D4 Meteorologische und Energieinstrumentierung

Thema

Automatische Wetterstationen, die direkt auf der Oberfläche eines Gletschers oder Eisschildes installiert sind, messen die atmosphärischen Variablen, die die Energiebilanz dieser Oberfläche bestimmen: Lufttemperatur und -feuchtigkeit, Windgeschwindigkeit und -richtung, Luftdruck, Niederschlag sowie die auf das Eis treffende Strahlung. Von all diesen atmosphärischen Variablen ist die Strahlungsbilanz an der Eisoberfläche diejenige, die am direktesten darüber entscheidet, ob das Eis schmilzt oder im Gegenteil an Masse zunimmt.

Die Wirbelkovarianzmethode misst direkt die turbulenten Strömungen fühlbarer und latenter Wärme, die zwischen der Eisoberfläche und der darüber liegenden Atmosphäre ausgetauscht werden. Sie basiert auf der Korrelation zwischen schnellen Schwankungen der vertikalen Windgeschwindigkeit und ebenso schnellen Schwankungen der Lufttemperatur oder der spezifischen Feuchte. Diese turbulenten Strömungen fühlbarer und latenter Wärme sind entscheidende Komponenten der Energiebilanz der Eisoberfläche. Genau diese turbulenten Strömungen bestimmen die Geschwindigkeit, mit der das Eis direkt in die Luft sublimiert und schmilzt.

Ein Pyranometer misst die auf die Eisoberfläche treffende Sonnenstrahlung, während ein Pyrgeometer die langwellige Infrarotstrahlung erfasst, die dieselbe Oberfläche empfängt und abstrahlt. Zusammen ergeben diese beiden Instrumente eine vollständige Strahlungsbilanz, indem sie jede ihrer Komponenten separat quantifizieren. Sobald die Strahlungsbilanz und die turbulenten Strömungen fühlbarer und latenter Wärme vollständig quantifiziert sind, bestimmt die Energiebilanz der Eisoberfläche, wie viel überschüssige Wärme zum Schmelzen des Eises zur Verfügung steht.

Das zu erwartende Verhalten dieser Oberflächenenergiebilanz variiert je nach Gletscherzone: In der Akkumulationszone ist der Anteil der Sonnenstrahlung, den die Eisoberfläche reflektiert statt absorbiert, maßgeblich für die gesamte Energiebilanz. In der Ablationszone hingegen dominieren die turbulenten Strömungen fühlbarer und latenter Wärme, gemessen mit der zuvor beschriebenen Wirbelkovarianzmethode, diese Energiebilanz und bestimmen somit die Menge des schmelzenden Eises.

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