This dissertation describes the research results from applying regional climate models (RCMs) to simulate the near-past and future evolution of Vatnajökull, the largest ice cap in Iceland, and investigate the sensitivity of ablation to albedo and spring snow cover.
The output of the RCM HIRHAM5 is first validated over Vatnajökull using available
automatic weather station and mass balance observations, and the albedo parameterisation is improved by adding an ice albedo map based on MODIS observations. Although the ice albedo map improves the simulations, there is still an average overestimation of the albedo simulations over the ablation season due to an overestimation in the amount of snowfall and the lack of simulations of the effect of dust storms. As a result, the mean ablation over the melt season is generally underestimated compared to observations. However, the specific mass balance is well simulated by the model, which captures the trends in mass loss since the 1991-92 glaciological year. The overestimation of the accumulation in HIRHAM5 was suspected to be partly due to the hydrostatic approximation used in the atmospheric model, and experiments forcing the well-validated snow pack model from HIRHAM5 with meteorological parameters from other climate models were therefore conducted. The snow pack model simulates the surface energy balance, the total melt, and subsurface processes like melt percolation and refreezing. The meteorological forcing from the non-hydrostatic (i.e. solves the vertical momentum equation) numerical weather prediction model (NWP) HARMONIE-AROME is shown to provide improved simulation over Vatnajökull, in particular due to improvements in the simulation of accumulation. The HARMONIE-AROME forced model is used to simulate the runoff from 1980-2015 and estimate the sensitivity of runoff to variations in spring snow thickness. It is found that the runoff is much more sensitive to changes in the summer weather overall, although the north-facing outlet glaciers Brúarjökull and Dyngjujökull show a large sensitivity to spring snow thickness. The effect of the ice albedo on the runoff from 1980-2015 is also investigated, with 14% of the runoff from Vatnajökull simulated to be derived from melting of exposed ice, and 27% of the runoff from Brúarjökull.
The future evolution of the ice cap is simulated by forcing the ice flow model PISM with simulated mass balance fields. The mass balance is simulated by the HIRHAM5 snow pack model, but with different meteorological forcing. For the reanalysis period (1980-2016), HARMONIE-AROME meteorological reanalysis forcing is used, and from 2017-2100 mass balance anomaly fields (1990-2010 reference period) from HIRHAM5 forced by EC-EARTH is used under the representative concentration pathway (RCP) 4.5 and 8.5 scenarios. From 2100-2300, the 2081-2100 climate is repeated. The simulations show that the ice cap loses 45% of its volume and 25% of its area by 2300, under the
RCP 4.5 scenario and 85% of its volume and 65% of its area in the RCP 8.5 scenario. Using available meteorological forcing from the Coordinated Regional Downscaling Experiment (CORDEX) simulations for the same period, a wide range of geometries are derived: 50-95% decrease in volume and 25-80% decrease in area.
Í ritgerðinni er lýst niðurstöðum rannsókna á að nota svæðisbundin loftlagslíkön til að
herma þróun Vatnajökuls, stærsta jökuls Íslands, nokkra undangengna ártugi og næstu
framtíð. Einnig er rannsakað hve næm leysing jökulsins er fyrir breytilegu endurkasti
sólarljóss frá yfirborði (endurkastsstuðli; en: albedo) og þykktar snjólags að vori.
Fyrst var metið hve vel svæðisbundna loftlagslíkanið HIRHAM5 lýsir aðstæðum á
Vatnajökli með því að bera lýsingu þess við mæligögn frá sjálfvirkum veðurstöðvum og
afkomumælingar. Endurkastsstuðull ísyfirborðs jökulsins (eftir að vetrarsnjó hefur leyst)
í líkaninu er metinn eftir gögnum frá MODIS gervihnettinum. Jafnvel þótt niðurstöður
líkansins verði á þennan hátt nær sanni, er ennþá að jafnaði of hár endurkastsstuðull á
leysingatíma bæði vegna þess að snjóþykktin á sporðum er ofmetin í líkaninu og ekki
er tekið tillit til loftborins ryks sem berst í yfirborðið og dekkir það. Vegna þessa er
hermda leysingin heldur minni en sú mælda að jafnaði. Þrátt fyrir þessa annmarka
hermir líkanið heildarafkomu jökulsins vel og sýnir samskonar sveiflur í massa tapi
og hafa verið mældar síðan jökulárið 1991-92. Ofmat ákomu í HIRHAM5 er a.m.k.
að hluta til vegna nálgunar sem gerð er í lofthjúpshluta líkansins (hydrostatic approximation) og því voru gerðar tilraunir með að keyra snjósöfnunarhluta líkansins, sem
er vel staðfestur, með veðurfarsþáttum frá öðrum loftlagslíkönum. Með því að nota
veðurþætti frá veðurspá líkaninu HARMONIE-AROME, sem ekki gerir þessa nálgun
(non-hydrostatic model) fást betri niðurstöður fyrir afkomu Vatnajökuls, sérstaklega
vegna bættrar úrkomu í líkaninu. HARMONIE-AROME var þess vegna notað til að
herma leysingu Vatnajökuls jökulárin 1980 til 2015 og meta hversu næm leysingin er
fyrir þykkt snjólags að vori. Niðurstöður sýna að leysing alls jökulsins ræðst að mestu
leiti af sumarveðri, þótt að leysing norðurjöklanna; Brúarjökuls og Dyngjujökuls, sé
einnig mjög háð þykkt snjólags að vori. Áhrif endurkastsstuðuls íssins á leysingu eru
einnig metin á sama tímabili; 14% leysingar alls Vatnajökul er vegna bráðnunar íss sem
kemur undan snjólagi vetrar en 27% leysingar Brúarjökuls.
Þróun Vatnajökuls í framtíðinni er hermd með ísflæðilíkaninu PISM og mati afkomu út
frá loftlagslíkani sem byggir á spá um þróun loftlags. Afkoman er hermd með snjóhluta
HIRHAM5 líkansins með mismunandi veðurþáttum. Fyrir tímabilið 1980-2016 eru
notaðir veðurþættir frá endurgreiningu HARMONIE-AROME líkansins. Fyrir tímabilið 2017-2100 eru notuð metin frávik frá viðmiðunartímabili (1990-2010), reiknuð
með HIRHAM5 með inngangstærðum frá EC-EARTH á jöðrunum og sviðsmyndunum
RCP4.5 and RCP8.5 um þróun loftlags. Fyrir tímabilið 2100-2300 er ísflæðilíkanið
keyrt áfram með endurteknu afkomumati áranna 2081-2100. Við lok reikninganna,
hermt ár 2300, hefur Vatnajökull misst 45% af rúmmáli sínu og 25% af flatarmáli sínu, ef miðað er við sviðsmynd RCP4.5, en misst 85% af rúmmáli og 65% af flatarmáli útfrá
sviðsmynd RCP8.5. Sams konar keyrslur með tiltækum framtíðarspám fyrir akomu
úr CORDEX verkefninu sýna að rýrnun ísrúmmáls getur orðið á bilinu 50-95% og
minnkun flatarmáls jökla 25-80%.
