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Energy Exchange at a Glacier Surface: An Alternative to Aerodynamic Methods of Measurement

Published online by Cambridge University Press:  30 January 2017

A.C. Wager
Affiliation:
British Antarctic Survey, Madingley Road, Cambridge CB3 oET, England
A. W. Jamieson
Affiliation:
British Antarctic Survey, Madingley Road, Cambridge CB3 oET, England
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Abstract

Analysis of wind-speed measurements made over a six-month period on an Antarctic glacier showed that conditions near the surface were dominated by gravity winds flowing downhill. In such conditions there is no satisfactory method of calculating the amount of energy exchanged between the glacier and the atmosphere. It is also difficult to extrapolate satisfactorily energy changes measured at a single point to the whole glacier. Moreover the loss of five days’ meteorological records may cause an error as large as the total change in energy content of the glacier during a year. In view of these difficulties it is more fruitful to measure the changes in energy content of the glacier directly. This can be done by accurate measurements of ice temperature and density near the surface. By defining the total energy content of a glacier as the heat required to melt it, fractional changes in the energy content and mass occurring over a year are equal and indicate the probable lifetime of the glacier. Estimates based on data from an Antarctic glacier suggest that the long-term change of energy of the glacier (≈ 1.5 W/m2) could be measured with an accuracy of 10% within a year.

Résumé

Résumé

L’analyse des mesures de vitesse de vent réalisées pendant une période de six mois sur un glacier Antarctique a montré que les conditions près de la surface étaient dominées par les vents de gravité s’écoulant de haut en bas. Dans de telles conditions, il n’y a pas de méthode satisfaisante pour calculer la quantité d’énergie échangée entre le glacier et l’atmosphère. Il est également difficile d’extrapoler sur toute l’étendue d’un glacier de manière satisfaisante les échanges d’énergie mesurés en un point particulier. Bien plus, la perte de cinq jours de données météorologiques peut entraîner une erreur aussi grande que le bilan énergétique total du glacier pendant un an. En raison de ces difficultés, il est plus fructueux de mesurer directement le bilan énergétique du glacier. Ceci peut se faire par des mesures précises de température de la glace et de densité près de la surface. En définissant le contenu énergétique total d’un glacier comme la chaleur qu’il faudrait lui fournir pour le faire fondre, les changements partiels du contenu énergétique et de masse survenant au cours d’une année sont égaux et donnent une idée de la durée de vie probable du glacier. Des estimations basées sur des données recueillies sur un glacier d’Antarctique font penser que le bilan énergétique à long terme d’un glacier (de l’ordre de 1,5 W/m2) pourrait être mesuré avec une précision de 10% en une année.

Zusammenfassung

Zusammenfassung

Eine Analyse von Messungen der Windgeschwindigkeit während einer Periode von 6 Monaten auf einem antarktischen Gletscher zeigt, dass die Verhältnisse, an der Oberfläche durch abwärts wehende Schwerkraflwinde beherrscht sind. Unter solchen Bedingungen gibt es keine befriedigende Methode zur Berechnung der zwischen dem Gletscher und der Atmosphäre ausgetauschten Energie. Ebenso ist es schwierig, die an einem Punkt gemessenen Energieumsätze auf den ganzen Gletscher zufriedenstellend zu extrapolieren. Ausserdem kann der Verlust der meteorologischen Aufzeichnungen über 5 Tage einen Fehler verursachen, dessen Grössenordnung der Änderung des Energiegehaltes des Gletschers während eines ganzen Jahres entspricht. Im Hinblick auf diese Schwierigkeiten ist es vernünftiger, die Änderungen im Energicgehalt des Gletschers direkt zu messen. Dies kann durch genaue Messung der Eistemperatur und -dichte nahe der Oberfläche geschehen. Definiert man den gesamten Energiegehalt eines Gletschers als die Wärme, die zu seinem Abschmelzen nötig ist, so entsprechen sich teilweise Änderungen im Energiegehalt und in der Masse im Verlauf eines Jahres und geben einen Hinweis auf die wahrscheinliche Lebensdauer des Gletschers. Abschätzungen, die auf Daten von einem antarktischem Gletscher beruhen, lassen erwarten, dass langzeitige Änderungen der Energie (1,5 W/cm2) des Gletschers mit einer Genauigkeit von 10% innerhalb eines Jahres gemessen werden können.

Information

Type
Research Article
Copyright
Copyright © International Glaciological Society 1977
Figure 0

Fig. 1. Longtudinal section of a valley glacier showing zones with thru associated energy content.

Figure 1

Fig. 2. Vertical section near the glacier surface, q is the energy content of the prism bounded by pecked lines. It is calculated from the profiles of p and θ.

Figure 2

Table I. Annual change in energy of spartan glacier

Figure 3

Fig. 3. Cross-section of on ice sheet showing zones corresponding to those in a valley glacier.