Investigating the future evolution of Norwegian glaciers and hydrological impacts: an integrated modelling approach

EvoGlac-prosjektet (Investigating the future evolution of Norwegian glaciers and hydrological impacts: an integrated modelling approach)(2016-2019) hadde som hovedmål å etablere en fullt koblet atmosfære-isbre-hydrologi-modell med utgangspunkt i eksisterende og nye data fra Hardangerjøkulen, en platåbre i sentrale Sør-Norge. Denne breen ble valgt på grunn av at den er lett tilgjengelig fra Finse og at det finnes lange, sammenhengende tidsserier av massebalansevariasjoner og brefrontendringer. Prosjektets opprinnelige hypotese var at manglende forståelse av tilbakekoblinger og prosesser som er avhengige av romlig oppløsning i modellene resulterer i at endringer i breer og hydrologiske effekter som følge av bre-endringer, blir underestimert. Prosjektet var et samarbeid mellom 20 forskere fra Uni Research Klima AS (nå NORCE Klima), Universitetet i Bergen, Norges vassdrags- og energidirektorat (NVE), Universitet i Oslo, University of Leeds, England, og University Cooperation for Atmospheric Research (UCAR), Boulder, USA. EvoGlac var et tverrfaglig prosjekt med meteorologer, hydrologer, klimaforskere, modellører, glasiologer og kvartærgeologer, og prosjektet hadde som mål å utvikle et koblet atmosfære-isbre-hydrologisk modelleringssystem som gjør at forskere og beslutningstakere får økt forståelse av den fremtidige breutviklingen og smeltevannsavrenningen fra brevassdrag. For å nå målene til prosjektet, ble eksisterende data fra Hardangerjøkulen sammenstilt og det ble gjennomført feltkampanjer på Hardangerjøkulen, blant annet for å gjøre radarmålinger av snøfordelingen på breen. Dessuten ble det koblede atmosfære-isbre-hydrologiske modelleringssystemet utviklet, testet og deretter anvendt på Hardangerjøkulen. Hoveddelen av prosjektet bestod i å utvikle en modell som gjør det mulig å gjennomføre høyoppløselige og koblede simuleringer av breens utvikling i det 21. århundre. Simuleringene ble brukt til å undersøke de sentrale hypotesene og sammenligne de med eksisterende tilnærminger til å modellere isbreen og den hydroklimatiske responsen til atmosfæriske endringer, som for eksempel fremtidige scenarier for temperatur og nedbør i studieområdet. I EvoGlac-prosjektet ble den detaljerte, fysisk-baserte snømodellen 'Crocus' implementert i WRF-Hydro-modelleringssystemet på en slik måte at den fungerte som en bremodell (WRF-HydroGlac). Dette muliggjorde en direkte estimering av massebalansen på overflaten av Hardangerjøkulen og forbedrede simuleringer av issmelting og smeltevannsavrenning. Disse forholdene har stor innvirkning på smelting av snø og is, med påfølgende effekt på smeltevannsdreneringen i breelvene fra Hardangerjøkulen. Fram mot midten og slutten av det 21. århundre forventes det at både vinternedbør og sommertemperatur, de to viktigste faktorene som påvirker massebalansen, vil øke over Hardangerjøkulen. Dessuten er det estimert at det blir flere dager med nedbør som regn og intense nedbørshendelser over Hardangerjøkulen. Simuleringene viser at på tross av en forventet økning i vinternedbøren på omtrent 15%, vil en antatt gjennomsnittlig temperaturøkning på 3,5 grader celsius i sommerhalvåret mot slutten av dette århundre føre til at den årlige nettobalansen blir negativ. Med de anslåtte, fremtidige sommertemperatur- og vinternedbørverdiene kan det bli rundt 2 meter (vannekvivalenter) negativ årlig (netto-) massebalanse på Hardangerjøkulen mot slutten av det 21. århundre, mens fremtidige endringer i avrenning i brevassdragene rundt Hardangerjøkulen trolig blir mer komplisert. Fordi terrenget under Hardangerjøkulen er ujevnt og undulerende, kan en fremtidig tilbakesmelting føre til dannelse av nye innsjøer og betydelig omlegging av smeltevannsdreneringen i forhold til i dag. Dersom de mest sannsynlige klimascenariene slår til, kan hele eller store deler av Hardangerjøkulen være vekksmeltet mot slutten av dette århundre. Modellen som ble utviklet gjennom EvoGlac-prosjektet har gitt økt forståelse av Hardangerjøkulens fremtidige utvikling og konsekvenser for avrenningen og vannføringen i de omkringliggende brevassdragene. Modellverktøyet som ble utviklet med utgangspunkt i data fra Hardangerjøkulen kan overføres til andre breer og brevassdrag i Norge og i resten av verden. Resultatene fra prosjektet er under publisering i internasjonale, vitenskapelige tidsskrifter. I tillegg har EvoGlac-prosjektet formidlet resultatene til nasjonale, regionale og lokale institusjoner og beslutningstakere, samt til skoleelever i Bergensområdet.

The EvoGlac project represented a major interdisciplinary effort to create a coupled atmosphere-glacier-hydrological modelling system. It allowed researchers and decision makers to gain deeper understanding of the future evolution of glaciers and glaciated catchments. EvoGlac has interacted with regional public and private stakeholders to increase awareness, educate, and in the long term, enhance adaptation efforts. Three project meetings/workshops were held in Norway during the past three and a half years that brought national and international experts on atmosphere and hydro-cryosphere working and discussing issues around regional climate and hydrological impacts under warming climate and glacier retreat. Three field campaigns to Finse and Hardangerjøkulen and outreach activities were organised by the EvoGlac project during the project period 2016-2019. In 2020, Atle Nesje participated in the NRK TV program SNOWHOW, where he presented some of the measurements at Midtdalsbreen.

Glaciers provide natural storage and regulation of water supply to rivers, which, in turn, contribute to water supply for domestic and industrial consumption, irrigation and hydropower. There is a critical and pressing need to better understand the effects of climate change on glaciers, and the local-to-regional hydrological impacts these changes induce, in a holistic manner. However, the regional processes, mass balance and/or other glacial processes, are still poorly understood. Further, the impacts these changes have on water resources are typically investigated via a one-way chain of discrete models, which often have significant assumptions, missing feedbacks and mismatches in temporal and spatial resolution. EvoGlac represents a major interdisciplinary effort designed to create a novel fully-coupled atmosphere-glacier-hydrological modelling system, which will allow researchers and decision makers to gain deeper understanding of the future evolution of glaciers and glaciated watersheds. In order to meet the primary and secondary objectives described in the grant application form we propose to conduct field campaigns (WP1) and build (WP2), test (WP2), and then apply (WP3), a fully coupled atmosphere-glacier-hydrological modelling system over a well-monitored glacier complex in Norway (Hardangerjøkulen). The centerpiece of the project will be a multi-scale, very high-resolution, fully coupled, transient simulation for the entire 21st century, which will be used to investigate our central hypotheses and compare against existing model-chain and statistical approaches to modelling glacier and hydroclimate responses to warming. Additionally, EvoGlac will actively engage with regional public and private stakeholders to increase awareness, educate and, in the long term, enhance adaptation efforts and improve understanding of how future changes in glacier mass balance may alter streamflow and regional water resources in Norway.