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Analysis of Glacier Run-Off and Meteorological Observations*

Published online by Cambridge University Press:  30 January 2017

Gudmundur Gudmundsson
Affiliation:
Orkustofnun, Reykjavík, Iceland
Guttormur Sigbjarnarson
Affiliation:
Orkustofnun, Reykjavík, Iceland
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Abstract

Linear models of the relationships between meteorological observations and the flow of river Tungnaá at the western margin of glacier Vatnajökull were investigated by means of spectral analysis and estimation of the impulse response. Most of the variation of Tungnaá is confined to the lowest frequencies and the diurnal variations. The temperature has most effect on the rapid variations around 1 cycle/day whereas the largest coherences with the precipitation are in the lowest frequencies. The wind explains over 20% of the variations in the frequency range from 0–1 cycle/day, but this is partly due to its coherence with the precipitation. The time lag between changes in the temperature and the river is about 2 h, but the time lag between precipitation and the river is longer. Analysis of longer records of daily observations from Ϸjórsá shows that the coherence of the run-off and temperature increases at frequencies too low to be estimated from these data. At frequencies over 1 cycle/day most of the observed variations of the river cannot be explained by means of a linear relationship with the meteorological series.

Résumé

Résumé

Des relations linéaires entre les observations météorologiques et le débit de la rivière Tungnaá sur la bordure Ouest du glacier Vatnajökull furent recherchées par le moyen d’analyse spectrale et par estimation de la réponse. Le plupart des variations de la Tungnaá se limitent aux très basses fréquenes et aux variations diurnes. La température a le maximum d’effet sur les variations rapides d’environ un cycle par jour, tandis que les plus grandes cohérences avec les précipitations se trouvent dans les plus basses fréquences. Le vent explique plus de 20% des variations dans la gamme de fréquence entre 0 et 1 cycle par jour, mais c’est en partie due à sa liaison avec les précipitations. Le retard entre les changements de température et ceux de la rivière est d’environ deux heures, mais le temps de réponse entre les précipitations et le débit de la rivière est plus long. L’analyse d’enregistrement ancien d’observations quotidiennes venant de Ϸjórsá montre que le lien entre les débits et la température augmente à des fréquences trop faibles pour être estimées à partir de ces données. A des fréquences supérieures à un cycle par jour, la plupart des variations observées de la rivière ne peuvent pas être expliquées par une relation linéaire avec les séries météorologiques.

Zusammenfassung

Zusammenfassung

Die linearen Beziehungen zwischen meteorologischen Beobachtungen und der Wasserführung des Flusses Tungnaá am Westrand der Vatnajökull wurden durch spektrale Analyse und durch Schätzung der Impulsreaktion untersucht. Der grösste Teil der Schwankungen im Tungnaá beschränkt sich auf den Bereich der niedrigsten Frequenzen und der Tagesvariationen. Die Temperatur beeinflusst von allem die kurzdauernden Schwankungen im Bereich von 1 Zyklus pro Tag. Die Niederschläge hingegen äussern sich grösstenteils nur mit niedrigsten Frequenzen. Über 20% der Variationen im Frequenzbereich 0–1 Zyklus pro Tag kann durch Wind erklärt werden, jedoch liegt dies zum Teil daran, dass Wind und Niederschläge miteinander gekoppelt sind. Temperaturveränderungen machen sich mit etwa 2 Stunden Verzögerung im Fluss bemerkbar, Niederschläge aber erst nach einem längeren Zeitraum. Eine Analyse längerer Aufzeichnungen von täglichen Beobachtungen am Fluss Ϸjórsá zeigt, dass sich der Zusammenhang zwischen Wasserführung und Temperatur bei Frequenzen verstärkt, die zu niedrig sind, als dass sie aus unseren Daten abgeschätzt werden könnten. Bei Frequenzen über 1 Zyklus pro Tag können die meisten beobachteten Schwankungen des Flusses nicht durch lineare Beziehung zu den meteorologischen Daten erklärt werden.

Information

Type
Research Article
Copyright
Copyright © International Glaciological Society 1972
Figure 0

Fig. 1. Iceland. The location of Jökulheimar at the western margin of Vatnajökull and the main glacial melt-water streams in south-west Iceland.

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Fig. 2. The snout of Tungnaárjökull, showing the location of Jökulheimar meteorological station and Tungnaárkrökur water-level recorder.

Figure 2

Fig. 3. A sample of the observations analysed in this study.

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Fig. 4. Estimates of the power spectra of Tungnaá and the weather in Jökulheimar. In left-hand diagram, ….….……. is wind, — — — — is humidity, ________ is Tungnaá. In right-hand diagram ….….……. is temperature, — — — — is precipitation, ________ is cloudiness.

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Fig. 5. Estimates of the phases and coherences of Tungnaá with temperature T, wind W and precipitation P.

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Fig. 6. Estimates of the phases and coherences of Tungnaá with cloud cover C and humidity H.

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Fig. 7. Estimates of the power spectrum of Ϸjórsá at Urriðafoss.

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Fig. 8. Estimates of the phases and coherences in August of Phjórsá at Urriðafoss with the temperature T and precipitation P at Hæll.

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Table I. Phases and coherences of the meteorological series

Figure 9

Table II. Partial Phases and Coherences of Tungnaa with Meteorological Variables

Figure 10

Fig. 9. Estimates of the impulse response of Tungnaá to meteorological variables. In A, the independent variables are temperature and precipitation, in B temperature and wind, and in C precipitation and wind.