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A Kinematic Wave Model of Glacier Surges

Published online by Cambridge University Press:  30 January 2017

Andrew C. Palmer*
Affiliation:
Engineering Department, Cambridge University, Cambridge, England
Rights & Permissions [Opens in a new window]

Abstract

The existing theory of kinematic waves on glaciers does not account for self-induced instability of the flow, or for surges which are not the result of external disturbances. Surges do however have much in common with kinematic waves. Unstable behaviour of glaciers can be explained by a straightforward modification of kinematic wave theory. In this modification the relation between the ice flow and the ice depth is not the same when the ice is accelerating as when it is slowing down. A similar effect has previously been shown to explain observed instabilities in the flow of highway traffic, a phenomenon which is otherwise adequately described by a simple kinematic wave theory.

Résumé

Résumé

Les théories existantes sur les ondes cinématiques sur les glaciers ne rendent pas compte de l’instabilité auto-induite de l’écoulement, ou des crues qui ne sont pas le résultat d’une perturbation externe. Le comportement instable des glaciers peut être expliqué par une modification linéaire de la théorie de l’onde cinématique. Dans cette modification la relation entre l’écoulement de la glace et son épaisseur n’est pas le même lorsque le mouvement de la glace vers l’aval est accéléré ou retardé. Un effet analogue a déjà été mis en évidence pour expliquer l’instabilité observée dans l’écoulement du trafic routier, un phénomène qui autrement serait bien décrit par la simple théorie des ondes cinématiques.

Zusammenfassung

Zusammenfassung

Die bestehende Theorie von kinematischen Wellen auf Gletschern berücksichtigt nicht selbstinduzierte Instabilität des Fliessens oder Gletcherausbrüche, die nicht durch äussere Störungen ausgelöst wurden. Gleichwohl haben Gletscherausbrüche vieles mit kinematischen Wellen gemein. Instabiles Verhalten von Gletschern kann durch eine einfache Modifikation der Theorie der kinematischen Welle erklärt werden. In dieser Modifikation ist das Verhältnis zwischen Eisfluss und Eistiefe bei wachsender Geschwindigkeit des Eises verschieden von dem bei abnehmender Geschwindigkeit. Mit einem ähnlichen Effekt konnten auch beobachtete Instabilitäten im Fliessen des Strassenverkehrs erklärt werden, einem Phänomen, das im übrigen hinreichend durch eine einfache Theorie der kinematischen Welle beschrieben wird.

Information

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

Fig. 1. Wave and particle trajectories in a surge on the Tikke Glacier (Alsek range, British Columbia). Data from Meier and Post (1969).

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Fig. 2. The relation between flow and concentration of highway traffic: simple theory (Lighthill and Whitham, 1955[b]).

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Fig. 3. The relation between velocity and headway for highway traffic: simple theory (Lighthill and Whitham, 1955[b]).

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Fig. 4. Velocity–headway relation for highway traffic: modified theory (Newell, 1962).

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Fig. 5. Vehicle trajectories in unstable traffic flow.

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Fig. 6. A conjectural relation between ice flow and ice depth in a glacier.

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Fig. 7. The relation between flow and depth at a fixed point at different times during a surge cycle.