Κατανοώντας τις μελλοντικές αλλαγές στην τήξη των πάγων λόγω του φαινομένου του θερμοκηπίου

Από RemoteSensing Wiki

Κατανοώντας τις μελλοντικές αλλαγές στην απορροή του τηγμένου χιονιού και παγετώνα λόγω της παγκόσμιας αύξησης της θερμοκρασίας ,εξαιτίας του φαινομένου του θερμοκηπίου στη λεκάνη Wangar Gad, Ινδία

B. P. Rathore1, Anil V. Kulkarni, and N. K. Sherasia

CURRENT SCIENCE, VOL. 97, NO. 7, 10 OCTOBER 2009

Τα Ιμαλάια έχουν μια από τις μεγαλύτερες συγκεντρώσεις παγετώνων και μόνιμων όγκων χιονιού. Αυτοί είναι ευαίσθητοι στην αλλαγή του κλίματος. Οι απορροές χιονιού και παγετώνων είναι σημαντικές πηγές ύδατος για τους ποταμούς των Ιμαλαίων. Λόγω των απότομων κλίσεων, όλα αυτά τα ρεύματα είναι πιθανές περιοχές για την παραγωγή υδρενέργειας. Για να γίνει κατανοητή η δυνατότητα των μικρών υπο-λεκανών, ένα πρότυπο απορροών του λιωμένου χιονιού έχει αναπτυχθεί για το nala Malana που βρίσκεται στη λεκάνη των ποταμών Parbati κοντά στο Kullu και στο Himachal Pradesh και που επικυρώνεται στο παρακείμενο nala Tosh στην ίδια λεκάνη. Στο πρότυπο, οι πληροφορίες που παρήχθησαν μέσω των τεχνικών τηλεπισκόπησης χρησιμοποιήθηκαν από κοινού με τις καθημερινές μέγιστες και ελάχιστες θερμοκρασίες, τις βροχοπτώσεις και την πτώση χιονιού. Αυτό το πρότυπο επεκτείνεται τώρα για να γίνει κατανοητή η επίδραση της παγκόσμιας αύξησης της θερμοκρασίας λόγω του φαινομένου του θερμοκηπίου στην απορροή ρευμάτων και την ηλεκτρική παραγωγή. Για να καταλάβουμε τις πιθανές αλλαγές απορροών και δύναμης, οι παράμετροι εισαγωγής υπολογίστηκαν με υποθετική άνοδο 1C στη θερμοκρασία από το 2004 ως το 2040. Η γραμμή του χιονιού υπολογίζεται για το 2040 χρησιμοποιώντας το παρόν ποσοστό ύψους και σφάλματος. Η μελλοντική αλλαγή στην τοπική έκταση του παγετώνα και το μόνιμο χιόνι υπολογίστηκαν χρησιμοποιώντας τη μαζική ισορροπία, το χρόνο απόκρισης και το ποσοστό στο τέλος για όλους τους παγετώνες στη λεκάνη. Το πρότυπο επικυρώθηκε για όλες τις εποχές του 2004 και για επιλεγμένες εποχές του 1997 ως το 2002. Το σφάλμα στην εκτίμηση των απορροών παρατηρήθηκε μεταξύ 2 και 5%, εκτός από το καλοκαίρι του 2002. Το πρότυπο προτείνει τη γενική μείωση της απορροής ρευμάτων από 8-28%, ανάλογα με την εποχή.

Κατά την διάρκεια των προηγούμενων εκατομμυρίων ετών, η γήινη επιφάνεια έχει ζήσει επαναλαμβανόμενες μεγάλες περιόδους παγετώνων και διαστήματα που χαρακτηρίζονται ως απότομα θερμές μεσοπαγετωνικές περίοδοι. Κατά τη διάρκεια της αιχμής των παγετώνων, περίπου 47 εκατομμύρια τετραγωνικά χιλιόμετρα έκτασης καλύφθηκε από τους παγετώνες, τρεις φορές περισσότερο από την παρούσα κάλυψη πάγου στην γήινη επιφάνεια 1. Οι φυσικές διακυμάνσεις στη γήινη τροχιά είναι καλά συγχρονισμένες με τις ατμοσφαιρικές διακυμάνσεις στο μεθάνιο και το διοξείδιο του άνθρακα, που οδηγούν στους επαναλαμβανόμενους κύκλους των παγετώνων. Εντούτοις, αυτή η φυσική δύναμη κύκλων έχει αλλάξει λόγω του φαινομένου του θερμοκηπίου, που προκαλείται από τις προκαλούμενες από τον άνθρωπο αλλαγές στο γήινο περιβάλλον. Μερικές από τις υποθέσεις προτείνουν ότι αυτή η αλλαγή έχει αρχίσει πολύ πριν από την αρχή της βιομηχανικής επανάστασης. Αυτό έχει οδηγήσει σε μια αύξηση στην γήινη μέση θερμοκρασία από 0.6 έως 0.2 C, από το 1900 (παρ. 3). Επιπλέον, οι πρόσφατες εξελίξεις στη διαμόρφωση του κλίματος προτείνουν ότι τα υπάρχοντα αέρια και τα αερολύματα θερμοκηπίων στην ατμόσφαιρα έχουν οδηγήσει στην απορρόφηση 0.85 - 0.15 W/m2 περισσότερη ενέργεια από τη γη από την εκπεμπόμενη στο διάστημα. Αυτό σημαίνει την πρόσθετη παγκόσμια αύξηση της θερμοκρασίας λόγω του φαινομένου του θερμοκηπίου περίπου 0.6 C χωρίς περαιτέρω αλλαγή στην ατμοσφαιρική σύνθεση. Αυτή η παρατήρηση υποστηρίχθηκε περαιτέρω από την τέταρτη έκθεση αξιολόγησης που δημοσιεύθηκε από τη διακυβερνητική επιτροπή σχετικά με την αλλαγή του κλίματος το 2007, όπου η θέρμανση 0.2 C ανά δεκαετία προβάλλεται για τις επόμενες δύο δεκαετίες, ακόμα κι αν η συγκέντρωση όλων των αερίων θερμοκηπίων και τα αερολύματα παραμένουν σταθερές στο επίπεδο του έτους 2000. Επιπλέον, οι καλύτερες εκτιμήσεις της συνολικά μέσης θέρμανσης της επιφάνειας του αέρα για τα διαφορετικά σενάρια θέρμανσης ποικίλλουν μεταξύ 1.8 C και 4.0 C (παρ. 5). Αυτό θα έχει μια βαθιά επίδραση στην κρυόσφαιρα των Ιμαλαίων.

Σε αυτήν την ανακοίνωση, συζητούμε τις αλλαγές στην απορροή και την ηλεκτρική παραγωγή στο Wangar Gad, ενός παραπόταμου του ποταμού Satluj στο Himachal Pradesh (σχήμα 1) που οφείλεται στην άνοδο της θερμοκρασίας κατά 1 C. Το πρότυπο απορροών του τηγμένου χιονιού και των παγετώνων αναπτύχθηκε αρχικά για να υπολογίσει το υδροδυναμικό του χιονιού και το ρεύμα για το χειμώνα, το καλοκαίρι, το μουσώνα και το φθινόπωρο. Οι πληροφορίες που παρήχθησαν μέσω της τηλεπισκόπησης όπως η τοπική έκταση των παγετώνων, η μόνιμη κάλυψη χιονιού, οι εποχιακές περιοχές κάλυψης χιονιού, συσσώρευσης και αφαίρεσης, το ύψος του χιονιού και οι παγετώνες χρησιμοποιήθηκαν από κοινού με τις καθημερινές μέγιστες και ελάχιστες θερμοκρασίες και τις βροχοπτώσεις. Αρχικά, το πρότυπο αναπτύχθηκε στο nala Malana και επικυρώθηκε έπειτα στο nala Tosh στο Himachal Pradesh. Αυτό το πρότυπο τώρα τροποποιείται περαιτέρω για να αξιολογήσει τις μακροπρόθεσμες αλλαγές στην απορροή ρευμάτων λόγω των αλλαγών στο χιόνι και τον παγετώδη βαθμό. Η μέση τοπική έκταση του χιονιού για κάθε μήνα υπολογίστηκε, χρησιμοποιώντας τα δορυφορικά στοιχεία πολλών ημερών των αισθητήρων WiFS και AWiFS του ινδικού δορυφόρου τηλεπισκόπησης (IRS). Συνολικά 66 λήψεις αναλύθηκαν για να υπολογίσουν τη μέση μηνιαία και έπειτα σταθμισμένη εποχιακή κάλυψη χιονιού.

Το σχήμα 2 παρουσιάζει εικόνες AWiFS του IRS P6 κατά τη διάρκεια του φθινοπώρου 2004. Για να υπολογιστεί η εποχιακή κάλυψη χιονιού, έγινε εποπτευόμενη ταξινόμηση του WiFS και η μέθοδος NDSI για AWiFS. Ένα δείγμα AWiFS και των εικόνων NDSI δίνεται στα σχήματα 2 και 3 αντίστοιχα. Για να υπολογιστεί το χιόνι για το 2040, ένα ποσοστό σφάλματος 140 μ προστέθηκε στο παρόν ύψος χιονιού. Το ποσοστό σφάλματος υπολογίστηκε χρησιμοποιώντας τα στοιχεία θερμοκρασίας στον παγετώνα Chhota Shigri. Η τοπική έκταση του μόνιμου χιονιού και του παγετώνα υπολογίστηκε χρησιμοποιώντας την εικόνα IRS 1D LISS ΙΙΙ και η διανομή των παγετώνων παρουσιάζεται στο σχήμα 4. Για να υπολογιστεί η τοπική έκταση των παγετώνων και του μόνιμου χιονιού το 2040, χρησιμοποιήθηκαν πληροφορίες για τη μαζική ισορροπία, το πάχος παγετώνων και το ποσοστό τήξης στην ακμή. Η μαζική ισορροπία υπολογίστηκε χρησιμοποιώντας την αναλογία συσσώρευσης στην περιοχή (AAR). Η AAR υπολογίστηκε με την ανάλυση των εικόνων AWiFS από τον Ιούνιο μέχρι τον Σεπτεμβριο 2004. Το παγετώδες πάχος υπολογίστηκε χρησιμοποιώντας την εμπειρική σχέση μεταξύ του βάθους παγετώνων και του εμβαδού. Η αλλαγή στο παγετώδες μήκος υπολογίστηκε χρησιμοποιώντας το συγκεκριμένο ποσοστό μαζικής ισορροπίας και αφαίρεσης στο τέλος. Αυτή η σχέση αναπτύχθηκε για την περιοχή των Ιμαλαίων, όπου το βάθος υπολογίστηκε χρησιμοποιώντας τη γεωφυσική τεχνική στο Νεπάλ και την Κίνα. Ο χρόνος απόκρισης υπολογίστηκε χρησιμοποιώντας το παγετώδες ποσοστό πάχους και αφαίρεσης στο τέλος. Τα καθημερινά μέγιστο-ελάχιστα στοιχεία θερμοκρασίας και βροχοπτώσεων των ετών από το 2001 ως το 2004 χρησιμοποιήθηκαν. Αυτό το στοιχείο για τις μεμονωμένες ημέρες διορθώθηκε για το κατάλληλο ύψος χρησιμοποιώντας τις τιμές σφάλματος. Οι αλλαγές στο παγετώδες μήκος υπολογίστηκαν χρησιμοποιώντας το ακόλουθο τύπο L1 = L0 * (b/A0), όπου L1 είναι η αλλαγή στο μήκος τερμάτων (μ), L0 το μήκος στοιχείων ή μήκος του παγετώνα (μ), β η μείωση ή η αύξηση στη συγκεκριμένη μαζική ισορροπία (μ) και A0 το ποσοστό αφαίρεσης στο τέρμα (m/year). Ο παράγοντας λιωμένου χιονιού υπολογίστηκε χρησιμοποιώντας την εμπειρική σχέση με το χιόνι. Η γενική τάση στην πυκνότητα κάλυψης χιονιού λαμβάνεται από τον Bilello.. Στη λεκάνη Wangar Gad, 65 παγετώνες και μόνιμοι όγκοι χιονιού χαρτογραφήθηκαν. Σημαντικοί όγκοι παγετώνων με τα προεξέχοντα σημεία οριοθετήθηκαν. Οι πρότυπες παράμετροι για το 2004 και το 2040 δίνονται στον πίνακα 1.

Αρχικά το πρότυπο απορροών λιωμένου χιονιού και παγετώνων επικυρώθηκε χρησιμοποιώντας τα στοιχεία απορροών ρευμάτων του 2004 (πίνακας 2). Οι εκτιμήσεις της απορροής ρευμάτων ποικίλλουν από 21.5 έως 4.2 cumec στο μουσώνα και στον χειμώνα αντίστοιχα. Οι εκτιμήσεις απορροών έγιναν επίσης για το καλοκαίρι και το φθινόπωρο ως 15.6 και 9.4 cumec αντίστοιχα. Οι πρότυπες εκτιμήσεις συγκρίθηκαν με τις παρατηρήσεις πεδίου και το μέγιστο λάθος παρατηρήθηκε για το μουσώνα ως 4.1%. Τα λάθη για άλλη εποχή ήταν χαμηλότερα από το μουσώνα (πίνακας 2). Το πρότυπο επικυρώθηκε περαιτέρω χρησιμοποιώντας τα χειμερινά στοιχεία από το 1997-98 ως το 2001-02, τα στοιχεία φθινοπώρου του 2000 και του 2001 και τα θερινά στοιχεία του 2002. Αυτές οι εποχές επιλέχτηκαν ανάλογα με τη συστηματική διαθεσιμότητα των ιστορικών δορυφορικών στοιχείων. Το λάθος στην εκτίμηση απορροών ήταν λιγότερο από 7.5% και σε μια σειρά 4-5% (πίνακας 2).

Αυτό προτείνει την σταθερότητα του προτύπου για να υπολογίσει την εποχιακή απορροή. Προκειμένου να υπολογιστεί η απορροή ρευμάτων του 2040, οι πιθανές αλλαγές στις πρότυπες παραμέτρους υπολογίστηκαν χρησιμοποιώντας τη μεθοδολογία που δόθηκε στα προηγούμενα τμήματα. Ο πίνακας 1 παρουσιάζει αλλαγές στις παραμέτρους εισαγωγής, εάν η ατμοσφαιρική θερμοκρασία αυξάνεται από 1 C μέχρι το 2040. Η άνοδος στη θερμοκρασία θα επηρεάσει το ύψος χιονιού, την τοπική έκταση του εποχιακού χιονιού και τους παγετώνες. Εντούτοις, καμία σημαντική αλλαγή στο δείκτη θερμοκρασίας δεν παρατηρήθηκε, όπως υπολογίστηκε με τα μέσα του ύψους. Το Midaltitude είναι ένας μέσος όρος μεγίστου και ύψους χιονιού. Αυτή η μελέτη προτείνει ότι η απορροή ρευμάτων μεταξύ του 2004 και 2040 θα μειωθεί για το Wangar Gad, έναν μικρό παραπόταμο του ποταμού Satluj. Εντούτοις, η αλλαγή στην απορροή θα ποικίλει από εποχή σε εποχή. Η μέγιστη πτώση στην απορροή υπολογίστηκε στην εποχή του μουσώνα. Στο πρότυπο, το ποσό των βροχοπτώσεων του μουσώνα για το 2004 και το 2040 ήταν το ίδιο. Το πρότυπο προτείνει ότι το 2004, το λιωμένο χιόνι λόγω της βροχής στον πάγο είναι μια σημαντική πηγή απορροής ρευμάτων. Κατά τη διάρκεια της ίδιας περιόδου, η τοπική έκταση του εποχιακού χιονιού είναι μικρή και η συμβολή του εποχιακού χιονιού στην απορροή των ρευμάτων είναι λιγότερη. Επομένως, μέχρι το 2040, η τοπική έκταση των παγετώνων θα μειωθεί κατά 59%, έχοντας επιπτώσεις στην απορροή των ρευμάτων. Αφ' ενός, η μικρότερη απώλεια στην απορροή ρευμάτων υπολογίστηκε το καλοκαίρι (πίνακας 1). Το καλοκαίρι, δηλ. μεταξύ του Απριλίου και του Ιουνίου, η συμβολή του λιωμένου χιονιού στην απορροή δεν είναι υψηλή και το μεγαλύτερο μέρος της απορροής παράγεται από το εποχιακό λιωμένο χιόνι. Λόγω της υψομετρικής κατανομής στην περιοχή Wanger Gad, καμία σημαντική αλλαγή στον εποχιακό βαθμό χιονιού δεν αναμένεται μεταξύ του 2004 και 2040. Το φθινόπωρο παρουσιάζει απώλεια 20% στην απορροή ρευμάτων λόγω της αλλαγής στον παγετώδη βαθμό.