title: Modellierung der Massen- und Energiebilanz eines Gletschers, am Beispiel der Pasterze
Creators: name: Reisenhofer, Stefan
Publisher: name: :none
Year: 2009

description: Das Ziel der vorliegenden Diplomarbeit ist die räumliche verteilte Modellierung der Massen- und Energiebilanz eines Gletschers, am Beispiel der Pasterze. Der Schwerpunkt liegt dabei auf der Berechnung der Gletscherschmelze und des daraus resultierenden Gesamtabflusses mit einer hohen zeitlichen und räumlichen Auflösung. Im Theorieteil findet sich ein Überblick über die grundlegenden Begrifflichkeiten der Massenbilanz, deren zeitliche Abgrenzung, sowie Methoden zu deren Bestimmung. Weiters werden die Grundlagen der Energiebilanz eines Gletschers thematisiert. Im Anschluss werden verschiedene Modellansätze, die für die Berechnung der Massenbilanz eines Gletscher unter Verwendung von klimatologischen Paramtern herangezogen werden können, vorgestellt. Für die vorliegende Arbeit fand das rasterorientierte Energiebilanzmodell nach Hock (2005) Verwendung. Dieses Modell basiert auf der Eingabe von meteorologischen Randbedingungen, wie der Globalstrahlung, Lufttemperatur, Niederschlag, relative Luftfeuchtigkeit, Bedeckungsgrad und Windgeschwindigkeit. Das Energiebilanzverfahren basiert auf der Annahme einer schmelzenden Gletscheroberfläche mit 0°C und einer räumlich konstanten langwelligen Ausstrahlung mit 315.6 W/m². Die Extrapolation der Globalstrahlung erfolgt nach der Methode nach Hock und Noetzli (1997), bei welcher keine Seperation der Globalstrahlung in ihren direkten und diffusen Strahlungsanteil erfolgt und somit nur die Messungen der Globalstrahlung als Eingangsdaten benötigt werden. Für die Berechnung der Schneealbedo wurde die Parametrisierung nach Hock und Holmgren (2005), welche die Albedo in Abhängigkeit der Lufttemperatur und der Anzahl der Tage seit dem letzten Schneefallereignisses berechnet, herangezogen. Hierzu werden zur Vermeidung unrealistischer Albedowerte, Schwellenwerte für Neuschnee, Matsch und Firn festgelegt. Für die Berechnung der Eisalbedo wurde ein fixer Wert verwendet, wobei eine höhenbedingte Abnahme berücksichtigt wurde. Die turbulenten Wärmeflüsse wurden nach der Bulk-Methode nach Ambach (1986) berechnet. Für die Modellierung des Abflusses fand die modulare Zusatzroutine, nach dem Konzept der linearen Reservoire nach Baker et al. (1982) Verwendung. Die Arbeit stützt sich dabei auf umfangreiche Feldmessungen, die auf Österreichs größtem Gletscher, der Pasterze (47°06’ N und 12° 43’ E), seit dem Jahr 2004 im Rahmen des Projektes „Zukunftsprognose Pasterze“ von der Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik (ZAMG) durchgeführt werden. Es erfolgt die Bestimmung der Zugewinne und der Verluste nach der direkten glaziologischen Methode. Die zeitliche Abgrenzung erfolgt in Anlehnung an das hydrologische Jahr (1. Okt. – 30. Sept. des Folgejahres). Die meteorologischen Eingangsdaten für die Modellrechnung wurden von der Klimastation Hoher Sonnblick herangzogen. Der zugrundeliegenden Rasterdatensatz weist eine räumliche Auflösung von 5 m x 5 m auf. Die Modellierung erfolgte für zwei Jahre. Dabei stellte das Haushaltsjahr 2005/06 den Kalibrierungszeitraum und das Haushaltsjahr 2004/05 den Validierungszeitraum dar. Die Evaluierung der Modellgüte erfolgte anhand der punktuellen Ablationsmessungen, der räumlich verteilten Schneewasseräquivalenz (SWÄ), sowie der Abflussmessungen. Zusätzlich wurde mittels einer Sensitivitätsanalyse die Robustheit des Modells überprüft, indem die Schwellenwerte für unterschiedliche Oberflächnbeschaffenheiten der Albedo als auch der Rauhigkeitslängen für die Berechnung der turbulenten Wärmeflüsse variiert wurden. Für die Evaluierung der berechneten Energiebilanz wurden Messergebnisse vergangener Untersuchungen herangezogen. Generell wurden mit dem Energiebilanzmodell gute Ergebnisse erzielt, insbesondere auf dem Zungenbereich, da hier ausreichend Messungen für die Kalibrierung des Modells zur Verfügung standen. Die Gegenüberstellung der beobachteten mit der modellierten räumlich verteilten Schneewasseräquivalenz (SWÄ) zeigt im Speziellen, dass es zu erheblichen Abweichungen in steilerem Gelände sowie in Mulden- und Kammlagen, wo präferenziell Schnee vom Wind erodiert bzw. abgelagert wird, kommen kann, da diese Prozesse vom Modell nicht berücksichtigt werden. Weiters wurden mit der Abflussroutine gute Ergebnisse erzielt, was mit einer Modellgüte von r²=0.90 für den Kalibrierungszeitraum und r² = 0.88 für den Validierungszeitraum unterlegt wird. Die Ergebnisse zeigen einen signifikanten Einfluss auf die Wahl der Rauhigkeitslängen für die Berechnung der turbulenten Flüsse und sollten daher bei der Kalibrierung besondere Aufmerksamkeit geschenkt werden.