Impacts of supraglacial lakes and snowmelt on glacier velocity on the example of the Baltoro Glacier in Pakistan

Language
en
Document Type
Doctoral Thesis
Granting Institution
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), Naturwissenschaftliche Fakultät
Issue Date
2024
Authors
Wendleder, Anna
Editor
Abstract

Millions of people live along the Indus River in Pakistan and are dependent on the meltwater from the glaciers in the Karakoram. Glacial meltwater also mainly controls the glacier dynamics which is a key information on glacier evolution in a changing climate. Timing and amount of meltwater influences the easonal evolution and the variation of glacier dynamic. Though, the glaciers in the Karakoram are not yet been sufficiently researched to better understand their glacier dynamics and their drivers. In addition, most of the glaciers are covered with an extensive debris cover and thus react more complex to climate changes than glaciers without debris. The focus of this work is to better understand the dynamics of Baltoro Glacier in Pakistan and hydrological drainage within the glacier. The long-term time series of glacier velocity fields derived from multi-mission Synthetic Aperutre Radar (SAR) data with high temporal and spatial resolution enable the monitoring of (intra-)seasonal and annual glacier dynamics. In combination with time series of supraglacial lakes derived from Earth observation data and precipitation and temperature from reanalysis and satellite-based data complex relationships were found between winter precipitation, summer melt, supraglacial lakes, crevasses and glacier acceleration. The high winter precipitation is associated with an acceleration of the glaciers in spring, while the heavy precipitation in spring leads to an increase in supraglacial lakes. The higher temperatures during the early melting season also influenced the formation of lakes and thus the increase in meltwater in the glacier. The mapping of supraglacial lakes is based on an annual resolution and little is known about their seasonal behaviour. The multi-temporal and multi-sensor summer time series made it possible to determine the characteristic filling and discharge periods, the lake area change over the years, and how the seasonal development varies over the years. The supraglacial lakes filled between mid-April to mid-June and drained between mid-June to mid-September and expanded faster than they contracted. A tendency towards the formation of larger lakes (>0.04 km2 ) over time is visible. The combination of the dense and high-temporal time series of supraglacial lakes with the glacier surface velocity, snowmelt, runoff, precipitation, and temperature derived of earth observation and reanalysis data enables to analyze influence of supraglacial lakes and snowmelt and the drivers of glacier velocity. The prolonged period of positive air temperatures in spring affected both snowmelt and supraglacial lake formation. Snow and ice melt had the greatest influence on the spring acceleration and the high glacier velocities in summer. The drainage of the supraglacial lakes caused the glacier acceleration in fall. The influence of melting and drainage of supraglacial lakes on glacier dynamics is therefore surprisingly large, with the former also leading to efficient drainage. Despite the insulation provided by the debris cover on the main branch, the Baltoro glacier is sensitive to temperature rise, leading to additional ice loss.

Abstract

Millionen von Menschen in Pakistan leben entlang des Indus und sind auf das Schmelzwasser der Gletscher im Karakorum angewiesen. Gletscherschmelzwasser steuert ebenso die Gletscherdynamik, die eine relevante Information über die Entwicklung der Gletscher in einem sich ändernden Klima ist, an. Zeitpunkt und Menge des Schmelzwassers beeinflussen die jahreszeitliche Veränderung der Gletscherdynamik. Die Gletscher im Karakorum sind jedoch noch nicht ausreichend erforscht, um ihre Gletscherdynamik und ihre Antriebskräfte besser zu verstehen. Darüber hinaus sind die meisten Gletscher mit einer ausgedehnten Schuttbedeckung versehen und reagieren daher komplexer auf Klimaänderungen als Gletscher ohne Schutt. Der Schwerpunkt dieser Arbeit liegt darauf, die Dynamik des Baltoro Gletschers in Pakistan und der hydrologischen Drainage im Gletscher zu verstehen. Die langen Zeitreihen der Gletschergeschwindigkeitsfelder, die aus verschiedenen Synthetic Aperture Radar (SAR) Daten mit hoher zeitlichen und räumlichen Auflösung abgeleitet werden, ermöglichen die Kartierung der saisonalen und jährlichen Gletscherdynamik. In Kombination mit Zeitreihen von supraglazialen Seen, die aus Erdbeobachtungsdaten abgeleitet wurden, sowie Niederschlag und Temperatur aus Reanalyse- und satellitengestützten Daten wurden komplexe Beziehungen zwischen Winterniederschlag, Sommerschmelze, supraglazialen Seen, Gletscherspalten und Gletscherbeschleunigung gefunden. Die hohen Winterniederschläge bewirken eine höhere Gletscherbeschleunigung im Frühjahr, während die starken Niederschläge im Frühjahr zu einer Zunahme der supraglazialen Seen führen. Die höheren Temperaturen während der frühen Ablationszeit trugen ebenfalls zur Bildung der Seen und somit einem Anstieg des Schmelzwassers im Gletscher bei. Die Kartierung der supraglazialen Seen basiert auf einer jährlichen Auflösung. Über ihr saisonales Verhalten ist nur wenig bekannt. Die multi-temporalen und multi-sensorischen Sommerzeitreihen ermöglichen es, Entstehung und Abfließen der Seen, die Veränderung der Seefläche im Laufe der Jahre und die jahreszeitliche Entwicklung zu bestimmen. Die supraglazialen Seen füllen sich zwischen Mitte April und Mitte Juni und entleerten sich zwischen Mitte Juni und Mitte September. Sie dehnen sich schneller aus als sie sich entleeren. In dem Beoabachtungszeitraum von nur 5 Jahren zeigte sich ein leichter Antieg zur Bildung größerer Seen (>0,04 km2). Die Kombination der hochtemporalen Zeitreihe der supraglazialen Seen mit den Gletscheroberflächengeschwindigkeiten, der Schneeschmelze, dem Abfluss, dem Niederschlag und der Temperatur, die aus Erdbeobachtungs- und Reanalysedaten abgeleitet wurden, ermöglicht es, den Einfluss der supraglazialen Seen und der Schneeschmelze sowie die Einflussfaktoren der Gletschergeschwindigkeit zu analysieren. Die langanhaltende Periode positiver Lufttemperaturen im Frühjahr wirkte sich sowohl auf die Schneeschmelze als auch auf die Bildung supraglazialer Seen aus. Schnee- und Eisschmelze hatten den größten Einfluss auf die Frühjahrsbeschleunigung und die höheren Gletschergeschwindigkeiten im Sommer. Der Abfluss der supraglazialen Seen verursachte eine Gletscherbeschleunigung im Herbst. Die Schmelze und die Drainage der supraglazialen Seen beenflussen die Gletscherdynamik, wobei die Schneeschmelze auch zu einer effizienten Drainage führt. Trotz der Isolierung durch die Schuttbedeckung am Hauptgletscher reagiert der Baltoro Gletscher sensibel auf Temperaturanstieg, was zu einem zusätzlichem Eisverlust führt.

DOI
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