Hostname: page-component-6898cfcb55-zkb6p Total loading time: 0 Render date: 2026-11-11T15:28:08.070Z Has data issue: false hasContentIssue false

The Steady Profile of an Axisymmetric Ice Sheet

Published online by Cambridge University Press:  20 January 2017

I. R. Johnson*
Affiliation:
School of Mathematics and Physics, University of East Anglia, Norwich NR47 TJ, England
Rights & Permissions [Opens in a new window]

Abstract

Steady plane flow under gravity of an axisymmetric ice sheet resting on a horizontal rigid bed, subject to surface accumulation and ablation, basal drainage, and basal sliding is treated according to a power law between shear traction and velocity. The surface accumulation is taken to depend on height, and the drainage and sliding coefficient also depend on the height of overlying ice. The ice is described as a general non-linearly viscous incompressible fluid, and temperature variation through the ice sheet is neglected. Illustrations are presented for Glen’s power law (including the special case of a Newtonian fluid), and the polynomial law of Colbeck and Evans. The analysis follows that of Morland and Johnson (1980) where the analogous problem for an ice sheet deforming under plane flow was considered. Comparisons are made between the two models and it is found that the effect of the third dimension is to reduce (or leave unchanged) the aspect ratio for the cases considered, although no general formula can be obtained. This reduction is seen to depend on both the surface accumulation and the sliding law.

Résumé

Résumé

On traite de l’écoulement plan permanent sous l’influence de la gravité d’une calotte glaciaire présentant un axe de symétrie reposant sur un lit rigide horizontal, soumis en surface à une accumulation et une ablation, une évacuation au fond et un glissement sur le lit suivant une loi-puissance pour la relation vitesse/cisaillement. L’accumulation en surface a été choisie comme liée à la hauteur, les coefficients d’écoulement et de glissement dépendent également de la hauteur de la glace susjacente. La glace est considérée comme un fluide incompressible non linéairement visqueux et on néglige la variation de la température à l’intérieur de la glace. On prescrit des illustrations correspondant à la loi-puissance de Glen (y compris le cas particulier du fluide Newtonien) et à la loi polynomiale de Colbeck et Evans. L’analyse fait suite à celle de Morland et Johnson (1980) où un problème analogue a été abordé pour une calotte glaciaire se déformant par un écoulement plan. On fait des comparaisons entre les deux modèles et on trouve que l’effet de la troisième dimension est de réduire (ou de laisser inchangé) le rapport de relief dans les cas considérés bien qu’on ne puisse pas obtenir de formule générale. On considère que cette réduction dépend à la fois de l’accumulation en surface et de la loi de glissement.

Zusammenfassung

Zusammenfassung

Es wird der stationäre, ebene Fluss unter Schwerkraft eines achssymetrischen Eisschildes, der auf einem horizontalen, starren Untergrund ruht und sowohl Akkumulation und Ablation an der Oberfläche, als auch Abfluss und Gleiten am Untergrund erfährt, nach einem Potenzgesetz für die Geschwindigkeit bei Scherung und Zug behandelt. Für die Akkumulation an der Oberfläche wird Abhängigkeit von der Höhe angenommen; die Koeffizienten für Abfluss und Gleiten hängen von der Höhe des überlagernden Eises ab. Das Eis wird als eine allgemeine, nicht-linear viskose, unkomprimierbare Flüssigkeit beschrieben; Temperaturschwankungen im Eisschild werden vernachlässigt. Darstellungen beziehen sich auf Glen’s Potenzgesetzt (einschliesslich des Sonderfalls einer Newton’schen Flüssigkeit) und auf das Polynomgesetz von Colbeck und Evans. Die Analyse folgt der von Morland und Johnson (1980), wo das analogue Problem für einen Eisschild, der sich unter ebenem Fluss verformt, betrachtet wurde. Zwischen den beiden Modellen werden Vergleiche gezogen, wobei sich feststellen lässt, dass die Einbeziehung der dritten Dimension eine Reduktion (bzw. keine Veränderung) des Umrissverhältnisses der beiden betrachteten Fälle zur Folge hat, obwohl keine allgemeine Formel zu gewinnen ist. Diese Reduktion erweist sich als abhängig sowohl von der Oberflächenakkumulation wie vom Gleitgesetz.

Information

Type
Research Article
Copyright
Copyright © International Glaciological Society 1981
Figure 0

Fig. 1.Ice-sheet cross-section.

Figure 1

Table I.Radius ρm⋆ and height ηc for linear accumulation Q⋆(η) and linear sliding law (m = 1) with linear coefficient Λ(η). Solutions for Colbeck and Evans’ law (CE) and Glen’s law with n = 1, 3

Figure 2

Fig. 2.Comparison of Nye’s solution with the complete small-slope profile for Glen’s law with linear Λ and Q⋆, with λ0= Q0 (i) m = 1, n = 1, (ii) – – – – – m = 2, n = 3.

Figure 3

Fig. 3.Comparison of profiles for Colbeck and Evans’ law with linear Λ and Q⋆; (i) λ0 = 1, Q0= 1, m = 1, (ii)– – – – – λ 0 = 1, Q0 = 5, m = 1, (iii)     λ0 = 5, Q0 = 1, m = 1, (iv)–  –  –  – λ0 = 1, Q0= 1, m = 3.

Figure 4

Table II.Percentage decrease in the aspect ratio from plane to axisymmetric flow

Figure 5

Fig. 4.Comparison between plane and axisymmetric flow for Colbeck and Evans’ law with linear Λ, Q⋆, where λ0 = Q0 = 1, and m = 1; (i) plane flow, (ii)– – – – – axisymmetric flow.