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Improving Temporal and Spatial Estimates of Solid Precipitation and Accumulation in High Mountain Regions (High-SPA)

English title Improving Temporal and Spatial Estimates of Solid Precipitation and Accumulation in High Mountain Regions (High-SPA)
Applicant Salzmann Nadine
Number 178963
Funding scheme Project funding (Div. I-III)
Research institution Unité de Géographie Département des Géosciences Université de Fribourg
Institution of higher education University of Fribourg - FR
Main discipline Other disciplines of Environmental Sciences
Start/End 01.05.2018 - 30.04.2022
Approved amount 325'453.00
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All Disciplines (2)

Discipline
Other disciplines of Environmental Sciences
Hydrology, Limnology, Glaciology

Keywords (9)

snow accumulation; glacier mass balance; weather radar; snow water equivalent; precipitation ; mountain cryospere; weather forecast model; cosmic ray; high mountain regions

Lay Summary (German)

Lead
Die Menge des akkumulierten Niederschlags im Hochgebirge ist einer der entscheidenden Faktoren für das Verständnis der Massenänderung von Gletschern. Klimamodelle projektieren eine markante Änderung des Niederschlags, welcher vor allem im Hochgebirge räumlich und zeitlich sehr variable ist. In vielen Regionen wo Gletscher als temporäre Wasserspeicher dienen, wird sich das signifikant auf die Wasserverfügbarkeit auswirken. Um diese Veränderungen besser zu verstehen und abzuschätzen, benötigt es zuverlässige Messungen des Niederschlags im Hochgebirge. Diese Messungen sind aber äusserst schwierig aufgrund der extremen Bedingungen im Hochgebirge (zB. technische Probleme mit üblichen Messinstrumenten) und der Abgeschiedenheit (Zugang zu Messstationen). Als Folge gibt es im Hochgebirge bis heute kaum zuverlässige, qualitative gute und räumlich und zeitlich hoch aufgelöste, kontinuierliche Datenreihen, weder in den Alpen, und noch weniger in anderen Hochgebirgsregionen der Welt.
Lay summary
Inhalt und Ziele des Forschungsprojekts

Das Forschungsprojekt untersucht eine neue Methode zur Messung des Niederschlages / der Schneeakkumulation auf Gletschern im Hochgebirge. Die Methode basiert auf der Messung kosmischer Strahlung. Der Sensor wird direkt auf dem Gletschereis installiert und misst stündlich das Schneewasseräquivalent der darüberliegenden Schneedecke während der gesamten Winterperiode. Diese Schneedaten werden im nächsten Schritt mit Daten der Niederschlagsradars (Meteoswiss) kombiniert um die lokale Information räumlich zu extrapolieren. Mittels Analysen von operationellen Wettermodellen werden die Schneeakkumulationsdaten schliesslich für Gletscher simuliert, für welche keine direkten Niederschlagsmessungen zur Verfügung stehen.

Wissenschaftlicher und gesellschaftlicher Kontext des Forschungsprojekts
Wir entwickeln und kombinieren Methoden welche uns ermöglichen, den Niederschlag im Hochgebirge besser, und räumlich und zeitlich hoch aufgelöst zu quantifizieren. Damit wird ermöglicht, die ablaufenden Veränderungen der Gletscher im Hochgebirge besser zu verstehen und genauere Abschätzungen über die zukünfitge Wasserverfügbarkeit zu erstellen.
Direct link to Lay Summary Last update: 31.05.2018

Responsible applicant and co-applicants

Employees

Project partner

Associated projects

Number Title Start Funding scheme
137586 New monitoring techniques for understanding the response of very small glaciers to climate change 01.03.2012 Project funding (Div. I-III)
136279 The evolution of mountain permafrost in Switzerland 01.11.2011 Sinergia
156606 Hydrological climate change impact assessment - addressing the uncertainties (HIMAUI) 01.10.2014 Project funding (Div. I-III)
114738 Towards RCM-based modeling of high-mountain cryosphere systems in complex topography 01.11.2006 Fellowships for prospective researchers
169453 Changing glacier firn in Central Asia and its impact on glacier mass balance 01.04.2017 Project funding (Div. I-III)
155903 Snowline observations to remotely derive seasonal to sub-seasonal glacier mass balance in the Tien Shan and Pamir Mountains 01.01.2015 Project funding (Div. I-III)
134768 Helicopter-borne GPR for mapping snow accumulation distribution 01.04.2011 Project funding (Div. I-III)

Abstract

Precipitation estimates in high mountain regions are fundamental for the understanding of many key processes in research domains like glaciology, hydrology and/or climatology. In the European Alps, a relatively dense observation network and gridded climatologies are available. But at high altitudes, the accuracy of these data is low due to the lack of reliable measurements of precipitation and snow accumulation. A large number of glaciers are situated at these high altitudes storing temporally high amounts of precipitation. They are among the most important cryospheric components and represent a valuable indicator of climate change. The annual mass changes of glaciers are mainly dictated by the quantity of accumulated snow and by summer air temperature. The scarcity and the considerable uncertainties of precipitation estimates in high mountain regions are therefore a major drawback for enhancing our understanding of climate-cryospheric processes and limits the reduction of uncertainties in related climate impacts studies. This project aims at tackling this research need by providing combined methods, which are particularly suitable for measuring and modeling solid precipitation in complex high mountain topography. The main objectives will be achieved by a consistent derivation of continuous estimates of solid precipitation and snow accumulation in high mountain regions through1) measuring temporally highly resolved continuous in-situ SWE values in the accumulation area of two complementary Swiss mountain glaciers (Glacier de la Plaine Morte, GPM, and Findelengletscher, FIN) by installing a cosmic ray sensor (CRS). The CRS has already been tested on GPM during winter 2016/17 and delivered very promising data.2) deriving spatially and temporally highly resolved continuous estimates of solid precipitation and snow accumulation over the glacier's accumulation area by using weather radar composites (WRC). To keep data consistency, WRC will be validated by the CRS measurements (from 1) and available standard mass balance observations.3) simulating spatially and temporally highly resolved continuous solid precipitation and snow accumulation for GPM, FIN and eventually other glaciers by using the operational weather model analysis (COSMO-1), and to use the simulated precipitation elds to model mass balances on Swiss glaciers. This includes an in-depth performance analyses of COSMO-1 by comparing its simulations to the snow accumulation estimates generated in 1) and 2).Summarizing, High-SPA investigates in-situ ground measurements (CRS) and combines them with spatial measurements (weather radar) and model simulations (COSMO-1) in order to derive spatially and temporally highly resolved estimates of solid precipitation and snow accumulation in high mountain regions. The knowledge gained from this project will enhance our understanding of climate-cryosperic processes.
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