Tích lũy tuyết của một lưu vực cao miền núi được suy diễn từ các phép đo LiDAR

Advances in Geosciences - Tập 32 - Trang 31-39
Kay Helfricht1,2, Johannes Schöber3,2, Bernd Seiser4,2, Andrea Fischer1,4, Johann Stötter3,2, Michael Kühn1
1Institute of Meteorology and Geophysics, University of Innsbruck, Austria
2alpS – Centre for Climate Change Adaptation Technologies, Innsbruck, Austria
3Institute of Geography, University of Innsbruck, Austria
4Institute of Mountain Research: Man and Environment, Austrian Academy of Sciences, Innsbruck, Austria

Tóm tắt

Tóm tắt. Sự phân bố không gian của việc tích lũy tuyết ảnh hưởng lớn đến quá trình lưu trữ nước theo mùa và sự phát sinh dòng chảy trong các lưu vực núi cao. Trong khi diện tích của lớp tuyết có thể được ghi nhận qua dữ liệu vệ tinh, việc đo đạc sự phân bổ độ sâu tuyết và do đó lượng nước tuyết (SWE) trên quy mô lưu vực là khá khó khăn. Nghiên cứu này trình bày ứng dụng của dữ liệu LiDAR trên không (Light Detecting And Ranging) để trích xuất độ sâu tuyết và phân bố tích lũy trong một lưu vực alpine. Các phép đo LiDAR trên không được thực hiện ở một lưu vực có băng tuyết tại dãy núi Ötztal vào đầu và cuối ba mùa tích lũy. Các mô hình địa hình kỹ thuật số (DEMs) tạo ra đã được sử dụng để tính toán sự thay đổi độ cao bề mặt trong suốt mùa đông. Những thay đổi về độ cao bề mặt này chủ yếu được coi là độ sâu tuyết và được thảo luận với liên quan đến lượng mưa đã đo được và các đặc điểm không gian của sự phân bổ tích lũy trong các khu vực có băng tuyết và không có băng tuyết. Để xác định sự tái phân bố lượng mưa lưu vực, độ sâu tuyết đã được chuyển đổi thành SWE bằng một mô hình hồi quy đơn giản. Các gradient tích lũy tuyết và sự redistributions tuyết đã được đánh giá cho các dải độ cao 100 m. Những thay đổi trung bình về độ cao bề mặt của toàn bộ lưu vực dao động từ 1,97 m đến 2,65 m trong các mùa tích lũy đã phân tích. Bằng cách phân tích sự phân bố độ sâu tuyết, các mẫu phụ thuộc vào độ cao đã được xác định như một hàm của địa hình về phương diện và độ dốc. Các DEM độ phân giải cao cho thấy rõ sự biến đổi cao hơn của độ sâu tuyết trong các khu vực thô ráp không có băng tuyết so với độ sâu tuyết trên các bề mặt băng mịn. Độ sâu tuyết trung bình trong các khu vực có băng tuyết cao hơn so với các khu vực không có băng tuyết. Độ sâu tuyết trung bình tối đa của các dải độ cao 100 m được tìm thấy giữa 2900 m và 3000 m so với mực nước biển trong các khu vực không có băng tuyết và giữa 2800 m và 2900 m so với mực nước biển trong các khu vực có băng tuyết tương ứng. Các gradient tích lũy đã tính toán dao động từ 8% đến 13% cho mỗi dải độ cao 100 m trong lưu vực quan sát. Sự phân bố độ cao của sự tích lũy được tính toán bằng cách áp dụng các gradient theo mùa này so với sự phân bố độ cao của SWE thu được từ dữ liệu quét laser trên không (ALS) cho thấy sự tái phân bố tổng thể của tuyết từ các dải cao hơn sang thấp hơn. Cung cấp cả thông tin về sự phân bố không gian của độ sâu tuyết và do đó thể tích của lớp tuyết, dữ liệu ALS là một nguồn quan trọng cho các phép đo tích lũy tuyết rộng rãi trong các lưu vực cao alpin. Những thông tin này về các đặc điểm không gian của sự phân bố tuyết là rất quan trọng để hiệu chỉnh các mô hình thủy văn nhằm tính toán một cách thực tế về sự phát sinh dòng chảy theo thời gian do tuyết tan.

Từ khóa


Tài liệu tham khảo

Abermann, J., Schneider, H., and Lambrecht, A.: Analysis of surface elevation changes on Kesselwand glacier – comparison of different methods, Zeitschrift für Gletscherkunde und Glazialgeologie, 41, 147–167, 2007.

Abermann, J., Lambrecht, A., Fischer, A., and Kuhn, M.: Quantifying changes and trends in glacier area and volume in the Austrian Ötztal Alps (1969-1997-2006), The Cryosphere, 3, 205–215, https://doi.org/http://dx.doi.org/10.5194/tc-3-205-200910.5194/tc-3-205-2009, 2009.

Abermann, J., Fischer, A., Lambrecht, A., and Geist, T.: On the potential of very high-resolution repeat DEMs in glacial and periglacial environments, The Cryosphere, 4, 53–65, https://doi.org/http://dx.doi.org/10.5194/tc-4-53-201010.5194/tc-4-53-2010, 2010.

Baltsavias, E.: Airborne laser scanning: basic relations and formulas, ISPRS J. Photogramm., 54, 199–214, https://doi.org/http://dx.doi.org/10.1016/S0924-2716(99)00015-510.1016/S0924-2716(99)00015-5, 1999.

Bergström, S.: The HBV-model – its structure and applications, Tech. Rep. SMHI Hydrology Report No. 4, Swedish Meteorological and Hydrological Institute Narrkoping, Sweden, 1992.

Blöschl, G. and Kirnbauer, R.: An analysis of snow cover patterns in a small alpine catchment, Hydrol. Process., 6, 99–109, https://doi.org/http://dx.doi.org/10.1002/hyp.336006010910.1002/hyp.3360060109, 1992.

Bollmann, E., Sailer, R., Briese, C., Stötter, J., and Fritzmann, P.: Potential of airborne laser scanning for geomorphologic feature and process detection and quantifications in high alpine mountains, Z. Geomorph., Supplementary Issues, 55, 83–104, https://doi.org/http://dx.doi.org/10.1127/0372-8854/2011/0055S2-004710.1127/0372-8854/2011/0055S2-0047, 2011.

Braun, L., Weber, M., and Schulz, M.: Consequences of climate change for runoff from Alpine regions, Ann. Glaciol., 31, 19–25, https://doi.org/http://dx.doi.org/10.3189/17275640078182016510.3189/172756400781820165, 2000.

Escher-Vetter, H., Kuhn, M., and Weber, M.: Four decades of winter mass balance of Vernagtferner and Hintereisferner, Austria: methodology and results, Ann. Glaciol., 50, 87–95, https://doi.org/http://dx.doi.org/10.3189/17275640978776967210.3189/172756409787769672, 2009.

Fischer, A.: Glaciers and climate change: Interpretation of 50 years of direct mass balance of Hintereisferner, Global Planet. Change, 71, 13–26, https://doi.org/http://dx.doi.org/10.1016/j.gloplacha.2009.11.01410.1016/j.gloplacha.2009.11.014, 2010.

Fischer, A., Schneider, H., Merkel, G., and Sailer, R.: Comparison of direct and geodetic mass balances on an annual time scale, The Cryosphere Discuss., 5, 565–604, https://doi.org/http://dx.doi.org/10.5194/tcd-5-565-201110.5194/tcd-5-565-2011, 2011.

Geist, T.: Application of airborne laser scanning technology in glacier research, Ph.D. thesis, Institute of Geography, University of Innsbruck, Austria, 2005.

Geist, T. and Stötter, J.: Documentation of glacier surface elevation change with multi-temporal airborne laser scanner data – case study: Hintereisferner and Kesselwandferner, Tyrol, Austria, Zeitschrift für Gletscherkunde und Glazialgeologie, 41, 77–106, 2007.

Geist, T. and Stötter, J.: Remote Sensing of Glaciers. Techniques for topographic, spatial and thematic mapping of glaciers, Chap. Airborne laser scanning in glacier studies, 179–194, Taylor and Francis, London, 2009.

Grünewald, T., Schirmer, M., Mott, R., and Lehning, M.: Spatial and temporal variability of snow depth and ablation rates in a small mountain catchment, The Cryosphere, 4, 215–225, https://doi.org/http://dx.doi.org/10.5194/tc-4-215-201010.5194/tc-4-215-2010, 2010.

Hollaus, M., Wagner, W., and Kraus, K.: Airborne laser scanning and usefulness for hydrological models, Adv. Geosci., 5, 57–63, https://doi.org/http://dx.doi.org/10.5194/adgeo-5-57-200510.5194/adgeo-5-57-2005, 2005.

Johannesson, T., Raymond, C., and Waddington, E.: Time-scale for adjustment of glaciers to changes in mass balance, J. Glaciol., 35, 355–369, 1989.

Jonas, T., Marty, C., and Magnusson, J.: Estimating the snow water equivalent from snow depth measurements in the Swiss Alps, J. Hydrol., 378, 161–167, https://doi.org/http://dx.doi.org/10.1016/j.jhydrol.2009.09.02110.1016/j.jhydrol.2009.09.021, 2009. \\hack

Kraus, K.: Geometrische Informationen aus Photographien und Laserscanaufnahmen, Band 1, Walter de Gruyter, Berlin – New York, 2004.

Kuhn, M.: Verification of a hydrometeorological model of glacierized basins, Ann. Glaciol., 31, 15–18, https://doi.org/http://dx.doi.org/10.3189/17275640078182022810.3189/172756400781820228, 2000.

Kuhn, M.: Redistribution of snow and glacier mass balance from a hydrometeorological model, J. Hydrol., 282, 95–103, https://doi.org/http://dx.doi.org/10.1016/S0022-1694(03)00256-710.1016/S0022-1694(03)00256-7, 2003.

Kuhn, M. and Batlogg, N.: Glacier runoff in Alpine headwaters in a changing climate, Hydrology, Water Resources and Ecology in Headwaters (Proceedings of the HeadWater'98 Conference held at Meran/Merano, Italy, April 1998), IAHS P., 248, 79–88, 1998.

Kuhn, M., Dreiseitl, E., Hofinger, S., Markl, G., Span, N., and Kaser, G.: Measurements and Models of the Mass Balance of Hintereisferner, Geogr. Ann. A, 81, 659–670, 1999.

Lehning, M., Grünewald, T., and Schirmer, M.: Mountain snow distribution governed by an altitudinal gradient and terrain roughness, Geophys. Res. Lett., 38, L19504, https://doi.org/http://dx.doi.org/10.1029/2011GL04892710.1029/2011GL048927, 2011.

Lui, X.: Airborne LiDAR for DEM generation: some critical issues, Prog. Phys. Geog., 32, 31–49, https://doi.org/http://dx.doi.org/10.1177/030913330808949610.1177/0309133308089496, 2008.

Mott, R., Schirmer, M., Bavay, M., Grünewald, T., and Lehning, M.: Understanding snow-transport processes shaping the mountain snow-cover, The Cryosphere, 4, 545–559, https://doi.org/http://dx.doi.org/10.5194/tc-4-545-201010.5194/tc-4-545-2010, 2010.

Nolin, A W.: Recent advances in remote sensing of seasonal snow, J. Glaciol., 56, 1141–1150, https://doi.org/http://dx.doi.org/10.3189/00221431179640607710.3189/002214311796406077, 2011.

Schöber, J., Achleithner, S., Bellinger, J., Schneider, K., Kirnbauer, R., and Schöberl, F.: Spatial and temporal characteristics of the alpine snow cover: 1. Empirical basis for regional and watershed scale applications, J. Hydrol., submitted, 2012.

Sevruk, B.: Correction of precipitation measurements: Swiss experience, WMO/TD, 104, 187–196, 1985.

Sevruk, B. and Mieglitz, K.: The effect of topography, season and weather situation on daily precipitation gradients in 60 swiss valleys, Water Sci. Technol., 45, 41–48, 2002.

Skaugen, T.: Modelling the spatial variability of snow water equivalent at the catchment scale, Hydrol. Earth Syst. Sci., 11, 1543–1550, https://doi.org/http://dx.doi.org/10.5194/hess-11-1543-200710.5194/hess-11-1543-2007, 2007.

Spross, M.: Die Kryosphäre Tirols im Wandel. Geostatistische Analysen zur Quantifzierung klimabedingter Veränderungen auf der Basis multitemporaler ALS-Daten, Master's thesis, Institute of Geography, University of Innsbruck, 2011.

Strasser, U.: Modelling of the mountain snow cover in the Berchtesgaden National Park, Berchtegaden National Park research report, Nr. 55, 2008.

Wehr, A. and Lohr, U.: Airborne laser scanning – an introduction and overview, ISPRS J. Photogramm., 54, 68–82, https://doi.org/http://dx.doi.org/10.1016/S0924-2716(99)00011-810.1016/S0924-2716(99)00011-8, 1999.

Thông tin
Thông tin xuất bản

Advances in Geosciences

Tập 32

31-39

Thông tin tác giả