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Heat-Budget Measurements on the Quelccaya Ice Cap, Peruvian Andes *

Published online by Cambridge University Press:  30 January 2017

Stefan Hastenrath*
Affiliation:
Department of Meteorology, University of Wisconsin, Madison, Wisconsin 53706, U.S.A.
Rights & Permissions [Opens in a new window]

Abstract

During the June-August 1976 Quelccaya ice cap expedition, global, SW↓, and net long-wave radiation, LW↑↓, were measured through several complete day-night cycles, and for a wide range of cloudiness conditions. Field work further included albedo measurements along representative transects across the ice cap and lysimeter-type estimates of ablation. Automatic stations recording wind, temperature and sunshine duration were also installed.

Daily totals of SW↓ and LW↑↓ representative of completely clear and overcast days are derived. On this basis, empirical relationships allow the computation of monthly totals of radiation fluxes for an entire year from records of sunshine duration and temperature expected from the automatic stations.

The larger part of the plateau is situated above 5400 m and has an albedo mostly in excess of 80%. Sub-freezing temperatures essentially limit ablation to the energetically expensive sublimation. For clear sky, daily totals of SW↓and LW↑↓ are of the order of 312 and 53 W m–2, respectively. With the albedo found, net short-wave radiation SW↑↓ becomes of the same general magnitude as LW↑↓, and the energy left for ablation is near to nil. Cloudiness would reduce both SW↑↓ and LW↑↓, thus largely compensating the effect on the residual net radiation, SWLW↑↓. This is consistent with ablation measurements. Over the larger area of the ice plateau, ablation may be close to zero in a first approximation; some ablation, including melting, takes place near the lower-lying rim of the ice cap, and calving off steep cliffs seems to provide a major mechanism for the disposal of the ice mass.

Résumé

Résumé

Au cours de l'expédition de juin-août 1976 à la calotte de Quelccaya, la radiation globale, rayonnement incident de courte longueur d'onde et bilan net des rayonnements incidents et émis en grandes longueurs d'onde, ont fait l'objet de mesures au cours de plusieurs cycles jour- nuit complets pour une gamme étendue de conditions de nébulosité. Les observations courantes ultérieures comprenaient des mesures d'albédo le long de sections transversales de la calotte et des estimations de l'ablation au lysimètre. On a également installé des stations automatiques de mesure du vent, de la température et de la durée d'insolation.

On en a déduit des bilans journaliers des rayonnements incidents et du rayonnement de grande longueur d'onde émis et reçu pour les cas de journées entièrement claires ou totalement couvertes par les nuages. Sur cette base, des relations empiriques permettent le calcul des totaux mensuels du flux radiatif pour une année entière à partir des enregistrements des durées d'ensoleillement et des températures tirées des stations automatiques.

La plus grande partie du plateau est située au-dessus de 5400 m et a un albédo le plus souvent supérieur à 80%. Une température essentiellement négative limite l'ablation à la seule sublimation très coûteuse en énergie. Pour un ciel clair, les totaux journaliers de rayonnement solaire incident et du bilan de rayonnement de grande longueur d'onde sont de l'ordre respectivement de 312 et de 53 W m–2. Avec l'albédo trouvé, le bilan du rayonnement solaire incident devient du même ordre de grandeur que celui du rayonnement de grande longueur d'onde et l'énergie disponible pour l'ablation est voisine de zéro. La nébulosité réduit à la fois les rayonnements de courte longueur d'onde et de grande longueur d'onde, ce qui équilibre approximativement son effet sur le bilan net résiduel toutes longueurs d'onde. Ces résultats sont cohérents avec les mesures d'ablation. Sur de plus grandes surfaces du plateau glaciaire, l'ablation peut être à peu près nulle en première approximation; une certaine ablation, comprenant de la fusion, intervient près de la limite inférieure de la calotte; et le vêlage de falaises abruptes de glace semble être le mécanisme majeur de la disparition de la masse de glace.

Zusammenfassung

Zusammenfassung

Während der Quelccaya-Eiskap-Expedition im Juni-August 1976 wurden die Globalstrahlung, SW↓, und die langwellige Netto-Strahlung, LW↑↓, fortlaufend über mehrere vollständige Tag-Nacht-Zyklen gemessen, und zwar unter unterschiedlichen Bewölkungsverhaltnissen. Ferner wurden Albedomessungen längs ausgewählter Profile über das Eisplateau sowie Ablationsmessungen mittels Lysimeter durchgefuhrt, Ausserdem wurden automatisch Wind, Temperatur, und Sonnenscheindauer régistrierende Stationen aufgestellt.

Es werden für völlig wolkenlose und völlig bedeckte Tage repräsentative Tagessummen von SW↓ und LW↑↓ abgeleitet. Auf dieser Grundlage lassen sich Monatssummen der Strahlungsflüsse fur ein ganzes Jahr aus den erwarteten automatischen Registrierungen von Sonnenscheindauer und Temperatur mittels empirischer Beziehungen ableiten.

Der grössere Teil des Eisplateaus liegt oberhalb 5400 m und hat eine Albedo von mehr als 80%. Tem-peraturen unter dem Gefrierpunkt beschränken die Ablation im wesentliehen auf die energetisch aufwendige Verdunstung. Für wolkenlose Tage repräsentative Tagessummen von SW↓ und LW↑↓ betragen 312 und 53 W m–2. Die kurzwellige Netto-Strahlung hat die gleiche Grössenordnung wie LW↑↓, und die Für die Ablation verbleibende Energie ist nahezu Null. Bewolkung vermiridert zugleieh SW↓, und LW↑↓ und gleicht somit die Wirkung auf die verbleibende Strahlungsbilanz weitgehend aus. Das stimmt mit den Ablationsmessungen überein. Für den grösseren Flächenanteil des Eisplateaus mag die Ablation in erster Naherung Null sein; mässige Ablation, auch durch Schmelzung findet in den niedriger liegenden Rand-bereichen der Eiskappe statt; indessen scheint das Kalben über steile Klippen einen Hauptmechanismus fur den Abtransport der Eismassen darzustellen.

Information

Type
Research Article
Copyright
Copyright © International Glaciological Society 1978
Figure 0

Fig. 1. Orientation map. S summit, B base camp, elevations in m; ice rim indicated by heavy solid line and albedo traverses by dots. Automatic stations are installed at S and R.

Figure 1

Fig. 2. Approximate flow-line pattern constructed from surface topography.

Figure 2

TABLE I. APPROXIMATE AREA OF QUELCCAYA ICE CAP BY 100 m ELEVATION INTERVALS AND REPRESENTATIVE ALBEDO

Figure 3

Fig. 3. Kipp and Zone pyranometer, net radiometer and Assmann psychrometer at base-camp site. (Photography by S. Hastenrath June 1976.)

Figure 4

Fig. 4. Kipp and Zonen pyranomtter and net radiometer installed at summit site. (Photograph by S. Hastenrath, July 1976.)

Figure 5

Fig. 5. Lysimeter bowls and scale at summit site. (Photograph by S. Hastenrath, July 1976.)

Figure 6

Fig. 6. Global radiation at base-camp site. Dots, triangles, and squares denote clear sky, fractional cloudiness, and overcast, respectively. Broken lines indicate smoothed daily running means for clear sky and overcast.

Figure 7

TABLE II. RADIATION BUDGET AT QUELCCAYA ICE CAP

Figure 8

Fig. 7. Angular elevation of local horizon and of sun by azimuth at base-camp site; heavy signature identifies the azimuths with ice surfaces.

Figure 9

Fig. 8. Night-time net long-wave radiation LW↑↓ at base-camp site with various cloud cover C.

Figure 10

Fig. 9. Global radiation at summit site. Symbols as in Figure 6. Accents identify measurements in fog.

Figure 11

Fig. 10. Night-time net long-wave radiation LW↑↓ at summit site with various cloud cover C.

Figure 12

TABLE III. MONTHLY MEANS OF RADIATION SW↓ AT QUELCCAYA ICE CAP IN W m–2. "TOP" AND "CLEAR" DENOTE VALUES AT THE TOP OF THE ATMOSPHERE AND GLOBAL RADIATION AT THE SURFACE FOR COMPLETELY CLEAR DAYS, RESPECTIVELY