Hostname: page-component-74656f9884-8r8nv Total loading time: 0 Render date: 2026-11-09T22:35:22.358Z Has data issue: false hasContentIssue false

Multivariate Statistical Analysis of Glacier Annual Balances

Published online by Cambridge University Press:  30 January 2017

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Abstract

A statistical analysis has been made of the annual balances collected during 16 consecutive years at 32 sites on the ablation area of the Glacier de Saint-Sorlin (French Alps). Only 38% of the 32 × 16 balances are known; moreover in 8 cases only the total balance for 2 consecutive years is known, and in one case the balance for 4 consecutive years. A comprehensive study of the errors leads us to assume the following linear model for the annual balance xjt at site j for year t:

where αj and βt are parameters depending upon the site and the year respectively, ηjt and η’jt are random errors with a Gaussian distribution and standard errors σ and σ’ respectively. Assuming some known value for σ’2/σ2 = ρ, the parameters αj and βt, their variance–covariance matrix, and the variance covariance matrix of the residuals are estimated in the most general case. The estimators being stable against variations in ρ, the value ρ = o may be assumed; this value docs not conflict with the behaviour of the estimates of the residuals. A test of the linear model derived from Tukey’s non-additivity test is positive. Although a much more general, non-linear model

gives a better representation of 13 × 6 balances forming a complete table of data, the linear model with σ ≈ 0.20 m is good enough to be used in theoretical studies or in routine work.

On a fait une analyse statistique des bilans annuels recueillis pendant 16 ans consécutifs en 32 emplacements sur la zone d’ablation du Glacier de Saint-Sorlin (Alpes Françaises). Seulement 38% des 32 × 16 bilans sont connus; de plus, dans 8 cas, seul le bilan total pour 2 années consécutives est connu, et dans un cas le bilan pour 4 années consécutives. Une étude détaillée des erreurs conduit à admettre le modèle linéaire suivant pour le bilan annuel xjt à l’emplacement j et pour l’année t:

où αj et βt sont des paramètres dépendant respectivement de l’emplacement et de l’année, ηjt et η’jt des erreurs aléatoires ayant une distribution gaussienne et des écarts-type σ et σ’. En admettant une valeur connue du rapport σ’2/σ2 = ρ, tes paramètres αj et βt, leur matrice des variances et covariances, et la matrice des variances et covariances des résidus sont estimés dans le cas le plus général. Les estimateurs étant stables vis-à-vis des variations de ρ, on peut adopter ρ = o, valeur compatible avec le comportement des estimateurs des résidus. Un test du modèle linéaire dérivé du test de non-additivité de Tukey est positif. Bien qu’un modèle bien plus général, non linéaire:

donne une meilleure représentation de 13 × 6 bilans formant un plan d’expérience complet, le modèle linéaire avec σ ≈ 0.20 m est suffisamment exact pour être utilisé dans les études théoriques ou les relevés de routine.

Zusammenfassung

Zusammenfassung

Jahresbilanzen, ermittelt an 32 Stellen im Ablationsgebiei des Glacier de Saint-Sorlin (Französische Alpen) in 16 Folgejahren, wurden einer statistischen Analyse unterzogen. Nur 38% der 32 × 16 Bilanzen sind bekannt: ausserdam liegt in 8 Fällen nur die Gesamtbilanz über 2 Folgejahre und in einem Fall die Bilanz über 4 Folgejahre vor. Eine sorgfältige Fehleruntersurhung führt zu der Annahme des folgenden linearen Modells für die Jahresbilanz xjt an der Stelle. j für das Jahr t:

worin σj und βt orts- bzw. jahresabhängige Parameter, ηjt und η’jt hingegen zufällige Fehler mit einer Gaussschen Verteilung und mittleren Fehlern σ und σ’ sind. Unter der Annahme eines bekannten Wertes für σ’2/σ2 = ρ werden die Parameter αj und βt. ihre Varianz-Kovarianz-Matrix und die Varianz-Kovarianz-Matrix der Restfehler für den allgemeinsten Fall abgeschätzt. Da die Schätzwerte unempfindlich gegen Änderungen von ρ sind, kann ρ = o gesetzt werden; dieser Wert steht nicht im Widerspruch zum Verhalten der Schätzwerte der Restfehler. Ein Test des linearen Modells, abgeleitet aus Tukeys Test für Nicht-Additivität, ist positiv. Obwohl ein weit allgemeineres, nichlineares Modell

jenen 13 × 6 Bilanzen, die einen vollständigen Datensatz bilden, besser gerecht wird, ist das lineare Modell mit σ ≈ 0,20 m ausreichend genau für theoretische Studien oder für Routinearbeiten.

Information

Type
Research Article
Copyright
Copyright © International Glaciological Society 1974
Figure 0

Fig. 1. The ablation zone of Glacier de Saint-Sorlin French Alps) in September 1972. Index j of the sites and movement of the stakes during the period of observation which differs according to the site). The numbers with two decimals are the estimated values of αjfor ρ = 0.

Figure 1

Table I. Annual Balances on Glacier de Saint-Sorlin in Metres of Ice (Signs Chanced).

Figure 2

Fig. 2. Geometrical interpretation of the best linear unbiased estimate . Xw = A is the projection of vector X of the N-space on subspace W, which has J + T − 1 dimensions. Its mathematical expectancy is A , also included in W. In the figure N = 3 and J +T − 1 = 2.

Figure 3

Table II. Values of j, t and the Square Root of Their Variance √Γkk−1 (The signs + before these square roots must not be taken in a strict sense. Only a likelihood ellipsoid is well defined).

Figure 4

Table III. Estimateo Values of the Residuals for Those Sequences Which have the Largest Ones (First value: ρ = 0; Second value: ρ = 1).

Figure 5

Fig. 3. Histogram of the estimates of the residuals ]n/p for ρ = 0 and ρ = 1. They are not independent random variables and do not follow a Gaussian law, although a Gaussian curve for a standard deviation (σ2 + 2 σ′2)½ has been drawn.

Figure 6

Table IV. Relative Values of the Estimate of the Likelihood Function.

Figure 7

Table V. Values of xjt — j —t = εjt.

Figure 8

Table VI. Values Of .