Modulation of glacier ablation by tephra coverage from



Yüklə 118,7 Kb.
Pdf görüntüsü
tarix01.02.2018
ölçüsü118,7 Kb.
#23365


Modulation of glacier ablation by tephra coverage from

Eyjafjallajökull and Grimsvötn volcanoes, Iceland: an automated

field experiment

Rebecca Möller

1, 2

, Marco Möller



1, 3

, Peter A. Kukla

2

, and Christoph Schneider



3

1

Department of Geography, RWTH Aachen University, Aachen, Germany



2

Geological Institute, Energy and Minerals Resources Group, RWTH Aachen University, Aachen, Germany

3

Geography Department, Humboldt-Universität zu Berlin, Germany



Correspondence to: Rebecca Möller (rebecca.moeller@geo.rwth-aachen.de)

Abstract. This Article reports results from a field experiment investigating the influence of volcanic tephra coverage on glacier

ablation. These influences are known to be significantly different from those of moraine debris on glaciers due to the contrasting

grain size distribution and thermal conductivity. Influences of tephra deposits on glacier ablation have hardly been studied so

far. For the experiment, artificial plots of two different tephra types from Eyjafjallajökull and Grimsvötn volcanoes were

installed on a snow-covered glacier surface of Vatnajökull ice cap, Iceland.Ablation was automatically monitored along with

5

atmospheric variables and ablation on a non-tephra covered reference site over the summer season 2015. For each of the two



volcanic tephra types, three plots (∼1.5 mm, ∼8.5 mm and ∼80 mm) were monitored. After limiting the records to a period

of reliable measurements, a 50-days dataset of hourly records was obtained, which can be downloaded from the Pangaea

data repository (https://www.pangaea.de; doi:10.1594/PANGAEA.876656). The experiment shows a substantial increase of

ablation under the ∼1.5 mm and ∼8.5 mm tephra plots when compared to uncovered conditions. Only under the thick tephra

10

cover some insulating effects could be observed. This result is in contrast to other studies which depicted insulating effects for



much thinner tephra coverson bare-ice glacier surfaces. Differences between the influences of the two different petrological

types of tephra exist but are small.

1 Introduction

Deposits of sedimentary materials on the surface of glaciers are known to have significant influence on glacier melt as they

15

alter the energy exchange processes at the surface (e.g., Nicholson and Benn, 2013; Mattson et al., 1993). The thickness of the



layer controls whether the dominant influencing factor at the glacier surface is the decrease of albedo or the increase of thermal

resistance (Möller et al., 2016). The former implies an increase of the energy gain to the glacier from solar radiation while

the latter implies a decrease because of reduced heat conduction to the glacier surface. As a result, thin layers of supraglacial

deposits lead to increased glacier melt, while thick layers imply decreased glacier melt or even insulation. With increasing layer

20

thickness the increase of glacier melt peaks at the so-called effective thickness. Afterwards, glacier melt decreases continuously



and returns to the level of uncovered conditions at the so-called critical thickness. Beyond this thickness, it decreases further

1

Earth Syst. Sci. Data Discuss., https://doi.org/10.5194/essd-2017-59



Open 

Access


 

Earth System 

 

Science


 

Data


D

iscussions

Manuscript under review for journal Earth Syst. Sci. Data

Discussion started: 6 July 2017

c Author(s) 2017. CC BY 4.0 License.



on and asymptotically approaches complete insulation (Adhikary et al., 1997).

A quantification of the influences from tephra coverage mostly relies on parametrisations. Often empirical in situ data are

used for calibration. However, most of the so far developed formulations are designed to capture the effects of moraine debris

deposits which are usually formed by layers with thicknesses in the order of meters or at least decimeters. Such studies dealing

with the relation between debris thickness and resulting modification of ablation are numerous in recent years (e.g., Collier

5

et al., 2015; Juen et al., 2014; Pratap et al., 2015; Rounce et al., 2015). Volcanically active regions of the world in sub-polar



and polar environments episodically experience the deposition of tephra on glacier surfaces after explosive volcanic eruptions.

Volcanic tephra deposits show a wider range of depositional thicknesses, i.e. from sub-millimeter to meter scale, than moraine

debris. They also feature distinctly different thermal properties (Brock et al., 2007). Studies dealing with the relation between

tephra thickness and the intensity of induced ablation change are remarkably less numerous than those dealing with moraine

10

debris, even if supraglacial tephra deposits are known to significantly influence glacier surface processes and mass balance



(e.g., Kirkbride and Dugmore, 2003; Möller et al., 2014; Nield et al., 2013). So far, only two recent studies carried out a

systematic, quantitative investigation of the influence of tephra deposits of varying thickness on glacier ablation (Dragosics et

al., 2016; Möller et al., 2016). However, both studies only rely on results obtained over very short periods. The experiments

covered periods of only 17 (Dragosics et al., 2016) or 13 days (Möller et al., 2016), respectively. Moreover, the experiment of

15

Dragosics et al. (2016) was carried out in an ex situ, non-local environment under controlled, partly laboratory-like conditions.



Here, we present a dataset of automated, continuous measurements of meteorological conditions and on-glacier snow ablation

under artificially installed plots of volcanic tephra of different type and thickness. The measurements were obtained from a

field experiment which was carried out on Vatnajökull ice cap, Iceland, over the summer season 2015. Snow melt rates under

different thicknesses of tephra during days with and without precipitation are compared to illustrate the variability of ablation

20

with tephra thickness and the influence of different meteorological conditions.



2 Field experiment

2.1 Study site

The field experiment was carried out at an elevation of ∼970 m a.s.l. (above sea level) on Tungnaárjökull (64.3253

N, 18.0476



W),


25

a glacier which is part of western Vatnajökull ice cap, Iceland (Fig. 1a). The site was situated on a slightly inclined surface,

facing approximately west-southwest. It was characterized by wind-compacted snow coverage with a homogeneous depth of

∼ 2.7 ± 0.2 m around the site according to snow-depth probing. Layering of the snow pack was not well-pronounced and snow

density showed little variability over the vertical profile with an integrated mean of ∼410 kg m

−3

.



2

Earth Syst. Sci. Data Discuss., https://doi.org/10.5194/essd-2017-59

Open 

Access


 

Earth System 

 

Science


 

Data


D

iscussions

Manuscript under review for journal Earth Syst. Sci. Data

Discussion started: 6 July 2017

c Author(s) 2017. CC BY 4.0 License.



2.2 Design and setup

The field experiment was set up in order to quantify the influence of different types and ticknesses of volcanic tephra on snow

ablation and to provide the opportunity to relate measured ablation to meteorological conditions. For this purpose a set of six

different artificial plots of tephra coverage with a diameter of 0.7 m were installed at the study site. Three of these plots were

made from tephra of Eyjafjallajökull volcano (EYV) and the other three from tephra of Grimsvötn volcano (GRV) (Fig. 1a).

5

Both types of tephra were deployed at thicknesses of ∼1.5 mm, ∼8.5 mm and ∼80 mm. This was done by weighing out tephra



material according to its bulk density (1,276 kg m

−3

for EYV and 791 kg m



−3

for GRV) as deployment by thickness is not

feasible in the mm-scale. The three thicknesses were meant to approximately match the effective thickness (1.5 mm) and the

critical thickness (8.5 mm) of the tephra and a thickness under which a dominance of insulation can be considered. The thick-

ness values were chosen according to results of a short, 13-days field experiment by Möller et al. (2016) which was carried out

10

on bare glacier ice using tephra of GRV.



Contiguous to the tephra plots, standard meteorological parameters were measured and recorded by an automatic weather sta-

tion (AWS). Air temperature and relative humidity at two levels (initially 0.3 m and 1.1 m above snow, but increasing according

to ablation), wind speed and direction, liquid precipitation and incoming and reflected shortwave radiation were measured along

with ablation. In order to also facilitate automatic measurements on the tephra plots, an aluminium structure for sensor instal-

15

lation was mounted (Fig. 1b). Over each of the six plots ultrasonic height gauges for continuous monitoring of ablation were



installed. Over the two ∼80 mm plots sensors for surface temperature measurements were installed in addition. Table 1 gives

an overview of all sensor and measurement specifications for both the AWS and the tephra plots. The ablation measurement at

the AWS provides a reference representing non-tephra covered conditions.

20

2.3 Tephra sampling



Tephra sampling for deployment of the six different plots was done directly at the calderas of EYV and GRV (Fig. 1a) in

order to warrant the pristine character of the material. At EYV the tephra was acquired from inside the caldera (63.6314

N,

19.6373



W). This sampling was carried out on 7 May 2015. At GRV the tephra originates from rocky outcrops at the southern

caldera rim (64.4061

N, 17.2741



W). Here, sampling was done on 8 May 2015. At both locations, the tephra was taken from

25

active geothermal areas.



2.4 Measurements and data preparation

The experiment was brought into service on 10 May 2015 and delivered the first full-day record on 11 May 2015. From then

on, the measurement records provided hourly means or samples from the sensors described in Table 1 until 8 September 2015,

30

when ablation was so much advanced that the aluminium structures, holding the sensors above the tephra plots in place, col-



lapsed on 9 September 2015. Collapsing was easily identifiable from unreasonable radiation and distance measurements. For

3

Earth Syst. Sci. Data Discuss., https://doi.org/10.5194/essd-2017-59



Open 

Access


 

Earth System 

 

Science


 

Data


D

iscussions

Manuscript under review for journal Earth Syst. Sci. Data

Discussion started: 6 July 2017

c Author(s) 2017. CC BY 4.0 License.



the actual purpose of the experiment, i.e. for studying the influences of tephra coverage on ablation, the records had to be

narrowed down to a period without snow cover on top of the tephra. The selection of the suitable period is based on measured

surface temperatures on the tephra packs of the two ∼80 mm plots (Fig. 2).

Surface temperature is generally closely related to the daily cycles of air temperature and shortwave radiation. However, de-

spite this close relation, snow or ice surfaces cannot exceed 0

C. This implies that daily surface temperatures which follow a



5

regular above-zero cycle, indicate a completely snow or ice-free surface. In the case of our field experiment, this is the case for

the period after 15 June 2015 (Fig. 2). Up until this date, sub-zero surface temperatures prevail despite the presence of daily

air-temperature cycles, which regularly exceed 0

C. This indicates at least partly snow covered conditions on the surfaces of



the tephra plots.

From 4 August 2015 onwards, the daily cycles of surface temperature start to become irregular. In addition, the periodic, sub-

10

stantially positive offsets of surface temperature over air temperature, which occur consistently over the 15 June to 3 August



period, were replaced by rather irregular, predominantly negative offsets (Fig. 2). This combination of observations suggests

that the tephra packs start to disintegrate, giving room to snow or bare-ice outcrops which destroy the homogeneous surfaces

of the tephra plots. Over a homogeneous, low-albedo tephra cover shortwave radiation adds considerably to the energy gain

at the surface and thus drives surface temperatures far above the air-temperature level. Over a rather patchy tephra cover with

15

high-albedo bare-ice outcrops the integrated energy gain due to absorbed shortwave radiation is much lower. In addition, the



surface temperature of the outcrops is capped at 0

C. The integrated surface temperature of the tephra plots might thus lie well



below the air-temperature level.

Based on these considerations, we limit the field-experiment dataset with all its measurement records to the 50-days period 15

June to 3 August (Fig. 2). The final dataset contains hourly data for all meteorological parameters as measured at the AWS

20

(Fig. 3a). Moreover, it contains hourly data from all seven ablation sensors, i.e. distance measurements over the six tephra plots



and over the reference site at the AWS (Fig. 3b).

For illustration a comparative analysis of the ablation rates was carried out. To facilitate this analysis, running 24-hour differ-

ences, i.e. running daily ablation rates, were calculated for the data of each of the seven ablation sensors whenever distance

measurements exist at all six tephra plots and at the reference site. The latter is considered in order to assure full compara-

25

bility of the 24-hour ablation values. These running 24-hour differences are also part of the final dataset of the field experiment.



3 Results

Ablation measurements over the field-experiment period considered in the dataset (15 June to 3 August 2015) reveal a loss of

2.25 m of snow cover at the reference site and between 2.21 m and 2.97 m at the tephra plots (Fig. 3b). During the entire period

30

the study site showed snow coverage. The high ablation sumsled to increased measurement uncertainty in the course of the



study period due to a probable extension of the sensors’ measurement areas beyond the borders of the individual tephra plots

and erosion of the previously homogenous artificially set up tephra layer. Nevertheless, the running daily ablation rates, i.e. the

4

Earth Syst. Sci. Data Discuss., https://doi.org/10.5194/essd-2017-59



Open 

Access


 

Earth System 

 

Science


 

Data


D

iscussions

Manuscript under review for journal Earth Syst. Sci. Data

Discussion started: 6 July 2017

c Author(s) 2017. CC BY 4.0 License.



slopes of the ablation curves, show rather little variability with time, even if temporary increases are observable during end of

June and during mid July. When comparing the different ablation curves to each other it appears that the ablation rates tend to

harmonize over the second half of July, suggesting an incipient disintegration of the different tephra packs presumably due to

erosion by meltwater.

Major disturbances are present in the ablation curves of two of the GRV tephra plots (∼8.5 mm and ∼80 mm) in mid July (Fig.

5

3b). On 14 July the measured distance at the ∼8.5 mm GRV tephra plot increased by ∼0.20 m, followed by an increase of



≥0.15 m at the ∼80 mm GRV tephra plot on 16 July. These disturbances coincide with a major rain event (Fig. 3a). It can thus

not be ruled out that partial destructions of the tephra plots and of the upper layers of the snowpack occurred at this date and

distorted all subsequent distance measurements at the six tephra plots.

The running daily ablation rates in relation to tephra thickness (Fig. 4) mostly confirms the findings of previous studies (Kirk-

10

bride and Dugmore, 2003; Mattson et al., 1993; Möller et al., 2016). At the thin (∼1.5 mm) tephra plots ablation was substan-



tially increased by a factor of 1.49±0.88 (mean ± one sigma over time) under EYV tephra and by a factor of 1.51±0.71 under

GRV tephra. At the tephra plots which were meant to match the critical thickness of the tephra (∼8.5 mm) ablation was equal

to uncovered conditions under EYV tephra (1.00 ± 0.61) and slightly increased under GRV tephra (1.17 ± 0.57). However,at

the thick tephra plots (∼80 mm) the observed ablation did not match expectations. Under EYV tephra ablation was close to

15

uncovered conditions (0.98 ± 0.73) and under GRV tephra only a slight insulation effect was present (0.85 ± 0.59). The rather



high standard deviations, however, suggest a considerable, misleading influence of sporadic, anomalously high and potentially

erroneous values. An assumption, which is supported by the distinctly more moderate medians of 0.93 (EYV) and 0.76 (GRV)

(Fig. 4), which indicate insulating conditions under both ∼80 mm tephra covers. Nevertheless, the rather high ablation at the

two sites with ∼80 mm tephra cover suggests a substantially different behaviour of snowpacks under tephra coverage than of

20

bare glacier ice under tephra coverage.



Distinct differences were observed between ablation rates during periods with and without precipitation (Fig. 4). On wet days

the increase of ablation under the thin tephra covers is much more pronounced than on dry days. The substantial increase of

ablation on wet days is in strong contrast to short-term measurements by Möller et al. (2016) on bare glacier ice where no

increase due to precipitation was found at all. Ablation under the ∼8.5 mm tephra covers is also higher on wet days than on

25

dry days. This implies that the critical thickness of wet tephra is generally higher than that of dry tephra. The strength of the



small insulation effect at the thick ∼80 mm tephra plots is, however, independent of the allocation to dry or to wet days.

Meteorological conditions during the field-experiment period (15 June to 3 August 2015) illustrate average summer conditions

(Fig. 3a). Air temperature mostly fluctuates between 0

C and +2



C with few outliers and shows a mean of +2.1±1.4

C

(mean ± one sigma). The mostly undisturbed daily shortwave radiation cycles suggest little cloud coverage. Accordingly, total



30

rainfall over the period only sums up to 40.2 mm. However, high wind speeds of 5.65±3.34 m s

−1

(mean ± one sigma) with



peak-wind periods reaching 12–19 m s

−1

might have led to considerable undercatch of precipitation by the tipping-bucket rain



gauge (Sugiura et al., 2006).

5

Earth Syst. Sci. Data Discuss., https://doi.org/10.5194/essd-2017-59



Open 

Access


 

Earth System 

 

Science


 

Data


D

iscussions

Manuscript under review for journal Earth Syst. Sci. Data

Discussion started: 6 July 2017

c Author(s) 2017. CC BY 4.0 License.



4 Data description and availability

The final dataset is organized in one single csv file which is available for download (doi:10.1594/PANGAEA.876656) from the

Pangaea earth and environmental sciences data repository (https://www.pangaea.de/). It contains 2,904 hourly samples of 18

variables. Among these, the six variables related to ablation measurements over the artificial tephra plots are limited to 1,200

hourly samples only (cf. section 2.4). The structure of the file is outlined in Table 2.

5

5 Summary and outlook



A field experiment, studying the influences of different types of volcanic tephra on snow ablation, was conducted on Vatna-

jökull ice cap, Iceland, in summer 2015. Two types of Icelandic tephra were compared, one from Eyjafjallajökull volcano and

one from Grimsvötn volcano. Both tephras were sampled right before the start of the experiment at the calderas of the respec-

10

tive volcanoes. For the experiment, three different artificial plots of different thickness (∼1.5 mm, ∼8.5 mm and ∼80 mm) were



installed from both tephras. Ablation at all six tephra plots and at an uncovered reference site was monitored automatically

over the summer season as were surface temperature on the two ∼80 mm tephra plots and concurrent atmospheric variables.

The experiment was run from mid May to mid October. During this time, it could fulfil the purpose it was meant for over a

50-days period and delivered a dataset of hourly resolution, for the period 15 June to 3 August. This final dataset comprises

15

records of air temperature and relative humidity at two levels, wind speed and direction, rainfall, incoming and reflected short-



wave radiation, ablation (in terms of distance from sensor to surface) over a non-tephra covered reference site and over the six

tephra plots and surface temperature at the two ∼80 mm tephra plots. To illustrate the outcome and the successful completion

of the field experiment, we presented a comparison of ablation rates under the different tephra plots.

Ablation showed substantial median increases at the two ∼1.5 mm tephra plots (∼17% under Eyjafjallajökull tephra and ∼40%

20

under Grimsvötn tephra). However, ablation was also considerably increased at the ∼8.5 mm Grimsvötn tephra plot (median



of ∼11%), which contrasts results of previous studies on bare-ice glacier surfaces. Insulation was small even under the thick

∼80 mm plots (median reductions of ∼7% under Eyjafjallajökull tephra and ∼24% under Grimsvötn tephra). This also stands

in contrast to earlier bare-ice results, where almost full insulation was found under comparably thick tephra covers. The in-

crease of ablation on days with rainfall under thinner tephra covers is markedly higher than on days without rainfall. This is

25

in contrast to bare-ice conditions, where no ablation-increase is present on rainfall days at all. This finding leaves room for



further investigations. Overall, the quantitative influence of Grimsvötn tephra on ablation was found to be stronger than that of

Eyjafjallajökull tephra.

In conclusion, the experiment delivers a dataset which clearly illustrates that the influences of a supraglacial tephra cover on

glacier ablation are considerably different, depending on the surface of the glacier, i.e. snow or bare ice. To the knowledge of

30

the authors, this dataset is the first of its kind, as no continuous, automated ablation measurements over different types and



thicknesses of volcanic tephra on snow surfaces have been conducted so far. Together with the recorded, contemporaneous

meteorological conditions, this unique ablation dataset allows further in-depth studies of the influences of weather conditions

6

Earth Syst. Sci. Data Discuss., https://doi.org/10.5194/essd-2017-59



Open 

Access


 

Earth System 

 

Science


 

Data


D

iscussions

Manuscript under review for journal Earth Syst. Sci. Data

Discussion started: 6 July 2017

c Author(s) 2017. CC BY 4.0 License.



on sub-tephra snow melt. Moreover, it can readily be included as calibration or validation dataset in broader studies on the

influences of supraglacial particle covers on ablation.

Acknowledgements. The field experiment was funded by grants no. SCHN680/6-1 and KU1476/5-1 of the German Research Foundation

(DFG). We thank the Vatnajökull National Park administration for granting permission to carry out the experiment and the associated tephra

5

sampling at Grimsvötn caldera.



7

Earth Syst. Sci. Data Discuss., https://doi.org/10.5194/essd-2017-59

Open 

Access


 

Earth System 

 

Science


 

Data


D

iscussions

Manuscript under review for journal Earth Syst. Sci. Data

Discussion started: 6 July 2017

c Author(s) 2017. CC BY 4.0 License.



References

Adhikary, S., Seko, K., Nakawo, M., Ageta, Y., and Miyazaki, N.: Effect of surface dust on snow melt, Bull. Glacier Res., 15, 85–92, 1997.

Brock, B., Rivera, A., Casassa, G., Bown, F., and Acuña, C.: The surface energy balance of an active ice-covered volcano: Villarrica Volcano,

Southern Chile, Ann. Glaciol., 45, 104–114, doi:10.3189/172756407782282372, 2007.

Collier, E., Maussion, F., Nicholson, L. I., Mölg, T., Immerzeel, W. W., and Bush, A. B. G.: Impact of debris cover on glacier ablation and

5

atmosphere–glacier feedbacks in the Karakoram, Cryosphere, 9, 1617–1632, doi:10.5194/tc-9-1617-2015, 2015.



Dragosics, M., Meinander, O., Jónsdóttir, T., Dürig, T., De Leeuw, G., Pálsson, F., Dagsson-Waldhauserová, P., and Thorsteinsson, T.:

Insulation effects of Icelandic dust and volcanic ash on snow and ice, Arab. J. Geosci., 9, 126, doi:10.1007/s12517-015-2224-6, 2016.

Juen, M., Mayer, C., Lambrecht, A., Han, H., and Liu, S.: Impact of varying debris cover thickness on ablation: a case study for Koxkar

Glacier in the Tien Shan, Cryosphere, 8, 377–386, doi:10.5194/tc-8-377-2014, 2014.

10

Kirkbride, M. P., Dugmore, A. J.: Glaciological response to distal tephra fallout from the 1947 eruption of Hekla, south Iceland, J. Glaciol.,



49, 420–428, doi:10.3189/172756503781830575, 2003.

Mattson, L. E., Gardner, J. S., and Young, G. J.: Ablation on debris covered glaciers: an example from the Rakhiot Glacier, Punjab, Himalaya,

IAHS Redbooks, 218, 289–296, 1993.

Möller, R., Möller, M., Björnsson, H., Gudmundsson, S., Pálsson, F., Oddsson, B., Kukla, P. A., and Schneider, C.: MODIS-derived albedo

15

changes of Vatnajökull (Iceland) due to tephra deposition from the 2004 Grimsvötn eruption, Int. J. Appl. Earth Obs. Geoinf., 26, 256–269,



doi:10.1016/j.jag.2013.08.005, 2014.

Möller, R., Möller, M., Kukla, P. A., and Schneider, C.: Impact of supraglacial deposits of tephra from Grimsvötn volcano, Iceland, on glacier

ablation, J. Glaciol., 62, 933–943, doi:10.1017/jog.2016.82, 2016.

Nicholson, L., and Benn, D. I.: Properties of natural supraglacial debris in relation to modelling sub-debris ice ablation, Earth Surf. Proc.

20

Land., 38, 490—501, doi:10.1002/esp.3299, 2013.



Nield, J. M., Chiverrell, R. C., Darby, S. E., Leyland, J., Vircavs, L. H., and Jacobs, B.: Complex spatial feedbacks of tephra redistribution,

ice melt and surface roughness modulate ablation on tephra covered glaciers, Earth Surf. Proc. Landf., 38, 95–102, doi:10.1002/esp.3352,

2013.

Pratap, B., Dobhal, D. P., Mehta, M., and Bhambri, R.: Influence of debris cover and altitude on glacier surface melting: a case study on



25

Dokriani Glacier, central Himalaya, India, Ann. Glaciol., 56(70), 9–16, doi:10.3189/2015AoG70A971.

Rounce, D. R., Quincey, D. J., and McKinney, D. C.: Debris-covered glacier energy balance model for Imja-Lhotse Shar Glacier in the

Everest region of Nepal, Cryosphere, 9, 2295–2310, doi:10.5194/tc-9-2295-2015, 2015.

Sugiura, K., Ohata, T., and Yang, D.: Catch characteristics of precipitation gauges in high-latitude regions with high winds, J. Hydrometeorol.,

7, 984–994, doi:10.1175/JHM542.1, 2006.

30

8

Earth Syst. Sci. Data Discuss., https://doi.org/10.5194/essd-2017-59



Open 

Access


 

Earth System 

 

Science


 

Data


D

iscussions

Manuscript under review for journal Earth Syst. Sci. Data

Discussion started: 6 July 2017

c Author(s) 2017. CC BY 4.0 License.



Figure 1. Overview of the field experiment. The locations of tephra sampling at the calderas of Eyjafjallajökull volcano (EYV) and Grimsvötn

volcano (GRV) and the location of the field experiment are shown in (a). The installation of the field experiment itself is shown in (b). The

three plots in the foreground are covered by EYV tephra and the three plots in the back by GRV tephra.

9

Earth Syst. Sci. Data Discuss., https://doi.org/10.5194/essd-2017-59



Open 

Access


 

Earth System 

 

Science


 

Data


D

iscussions

Manuscript under review for journal Earth Syst. Sci. Data

Discussion started: 6 July 2017

c Author(s) 2017. CC BY 4.0 License.



Figure 2. Records of measured hourly surface temperatures at the two ∼80 mm tephra plots (upper graph) and calculated differences between

these surface temperatures and air temperatures measured at the automatic weather station (lower graph) over the period 11 May to 8

September. The air temperatures are calculated as the mean of upper and lower air temperature sensor at the AWS. The types of tephra (EYV

for Eyjafjallajökull volcano and GRV for Grimsvötn volcano) on which the surface temperatures were measured are indicated by greyscale.

The grey shading in the center of the time series indicates the period considered in the final dataset, i.e. 15 June to 3 August.

10

Earth Syst. Sci. Data Discuss., https://doi.org/10.5194/essd-2017-59



Open 

Access


 

Earth System 

 

Science


 

Data


D

iscussions

Manuscript under review for journal Earth Syst. Sci. Data

Discussion started: 6 July 2017

c Author(s) 2017. CC BY 4.0 License.



Figure 3. Hourly records of the measurements of all sensors installed at the automatic weather station are shown in (a) and measurements

of all sensors mounted at the field experiment installation are shown in (b). Records are shown for the period 15 June to 3 August. For air

temperature (T) and relative humidity (RH) the records of the upper sensor (blue line) are shown together with those of the lower sensor (red

line). Wind speed (blue line) is shown together with wind direction (red line); note the different y-axes here. Incoming shortwave radiation

(SWR, blue line) is shown together with reflected shortwave radiation (red line). As precipitation (P) only the liquid fraction has been

measured. Surface temperatures (ST) are shown for the ∼80 mm plots of tephra from Eyjafjallajökull volcano (EYV, blue line) and from

Grimsvötn volcano (GRV, red line). Cumulative ablation (A) is shown over the different plots (indicated by colour codes) of EYV tephra and

GRV tephra.

11

Earth Syst. Sci. Data Discuss., https://doi.org/10.5194/essd-2017-59



Open 

Access


 

Earth System 

 

Science


 

Data


D

iscussions

Manuscript under review for journal Earth Syst. Sci. Data

Discussion started: 6 July 2017

c Author(s) 2017. CC BY 4.0 License.



Figure 4. Running 24-hour ablation rates at the different plots of tephra from Eyjafjallajökull volcano (EYV) and from Grimsvötn volcano

(GRV) relative to ablation rates measured at the non-tephra covered reference site. The box plots give an overview of the data spread across

all running 24-hour values recorded during the field-experiment period (15 June to 3 August). Outliers are indicated as open circle symbols.

The mean values of relative ablation changes over the field experiment period are indicated by yellow triangles, the mean values over wet

(precipitation >0.1 mm) and dry (precipitation ≤0.1 mm) days are shown as colour-coded line graphs.

12

Earth Syst. Sci. Data Discuss., https://doi.org/10.5194/essd-2017-59



Open 

Access


 

Earth System 

 

Science


 

Data


D

iscussions

Manuscript under review for journal Earth Syst. Sci. Data

Discussion started: 6 July 2017

c Author(s) 2017. CC BY 4.0 License.



Table 1. Measured quantities at the field experiment installation and at the automatic weather station. For each variable the type of the sensor

is given along with its uncertainty and the type of data aggregation over each one hour record interval.

Variable

Sensor


Uncertainty

Aggregation

Air temperature

Vaisala HMP35C

±0.4K

Average


Relative humidity

Vaisala HMP35C

±3%

Average


Incoming SW radiation

Campbell Scientific CS300

±5%

Average


Reflected SW radiation

Campbell Scientific SP1110

±5%

Average


Rainfall

RM Young 52203

±2%

Total


Wind speed

RM Young 05103

±0.3ms

−1

Average



Wind direction

RM Young 05103

n.a.

Sample


Ablation (reference)

Campbell Scientific SR50

±1cm

Sample


Surface temperature

Campbell Scientific IRTS-P

±0.3K

Average


Ablation (tephra plots)

Campbell Scientific SR50A

±1cm

Sample


13

Earth Syst. Sci. Data Discuss., https://doi.org/10.5194/essd-2017-59

Open 

Access


 

Earth System 

 

Science


 

Data


D

iscussions

Manuscript under review for journal Earth Syst. Sci. Data

Discussion started: 6 July 2017

c Author(s) 2017. CC BY 4.0 License.



Table 2. Structure of the overall .csv dataset showing records obtained during 11 May 2015 to 08 September 2015. Records belonging to the

field-experiment period (15 June 2015 to 03 August 2015) are flagged accordingly (1 instead of 0 in column 2). Missing records or ablation

records over the artificial tephra plots outside the field-experiment period are indicted by -9999. The short names of the measured variables

are shown as given in the first header line of the .csv file. The associated units are shown together with the text given in the second header

line of the .csv file (in parentheses). Ablation is always shown in form of cumulative values. Short names indicate whether the records were

measured at the automatic weather station (AWS), over tephra from Eyjafjallajökull volcano (EYV) or over tephra from Grimsvötn volcano

(GRV).

Column No



Variable

Short name

Unit

1

Date and time



TIMESTAMP

YYYY/MM/DD HH:MM (DateTime)

2

Identifier for field-experiment period



FLAG

n.a. (Y1-N0)

3

Air temperature at upper sensor



AWS_AT_upp

C



(DegC)

4

Relative humidity at upper sensor



AWS_RH_upp

% (%)


5

Air temperature at lower sensor

AWS_AT_low

C



(DegC)

6

Relative humidity at lower sensor



AWS_RH_low

% (%)


7

Wind speed

AWS_WS

m/s (m/s)



8

Wind direction

AWS_WD



(Deg)



9

Rainfall


AWS_R

mm (mm)


10

Incoming SW radiation

AWS_SWR_in

W/m


2

(W/m


2

)

11



Reflected SW radiation

AWS_SWR_refl

W/m

2

(W/m



2

)

12



Ablation at bare glacier

AWS_ABL


m (m)

13

Surface temperature on 80.0 mm EYV tephra plot



EYV_ST_800

C



(DegC)

14

Ablation at 80.0 mm EYV tephra plot



EYV_ABL_800

m (m)


15

Ablation at 8.5 mm EYV tephra plot

EYV_ABL_85

m (m)


16

Ablation at 1.5 mm EYV tephra plot

EYV_ABL_15

m (m)


17

Surface temperature on 80.0 mm GRV tephra plot

GRV_ST_800

C



(DegC)

18

Ablation at 80.0 mm GRV tephra plot



GRV_ABL_800

m (m)


19

Ablation at 8.5 mm GRV tephra plot

GRV_ABL_85

m (m)


20

Ablation at 1.5 mm GRV tephra plot

GRV_ABL_15

m (m)


14

Earth Syst. Sci. Data Discuss., https://doi.org/10.5194/essd-2017-59

Open 

Access


 

Earth System 

 

Science


 

Data


D

iscussions

Manuscript under review for journal Earth Syst. Sci. Data

Discussion started: 6 July 2017



c Author(s) 2017. CC BY 4.0 License.

Yüklə 118,7 Kb.

Dostları ilə paylaş:




Verilənlər bazası müəlliflik hüququ ilə müdafiə olunur ©genderi.org 2024
rəhbərliyinə müraciət

    Ana səhifə