Subglacial Water Impact on long term glacier Dynamics

Dagens oppvarming av Grønland fører til en økning av issmelting. Dette danner mer vann som når bunnen av innlandsisen, og kan i stor grad påvirke isdynamikken. SWItchDyn vil undersøke den langsiktige effekten av økt smeltevann på isdynamikken. En økning i vanntrykk ved bunnen av isen trigger en akselerasjon av ishastighet. Denne trykkøkningen er imidlertid ikke direkte relatert til mengde tilgjengelig vann. Dette skyldes at dreneringssystemet under isen kan tilpasse seg hvor mye vann som er til stede. Ved lavt vanninntak vil dreneringssystemet kun kunne drenere en liten mengde vann under relativt høyt trykk. Når vanninntaket øker, øker trykket inntil et visst nivå hvor dreneringssystemet utvikler seg til å bli mer effektivt. Dette skiftet fra et ineffektivt til et effektivt dreneringssystem fører til et lavere vanntrykk og dermed en reduksjon av ishastighet. For å undersøke dette samspillet videre, vil SWItchDyn kombinere to tilnærminger. Vi vil bruke en numerisk modell til å få en bedre forståelse av forholdet mellom hydrologien og isdynamikken. Parallelt vil vi analysere observasjoner av ishastighet for å få en bedre forståelse av dagens hydrologisystem under isen. Deretter vil vi bruke resultatene fra begge tilnærmingene til å sette opp en realistisk modell av Grønlands vestkyst. Dette vil gi et anslag på hvor viktig smeltevannsøkning påvirker massetapet av Grønlandsisen. På modelleringssiden utførte vi en rekke forstyrrelseseksperimenter for å studere effekten av endringer i egenskapene til smeltesesongen. Våre resultater viser at lengre og mindre intense smeltesesonger fører til raskere hastighet enn korte smeltesesonger med høyere intensitet. Disse konklusjonene gjelder bare årlige gjennomsnittshastigheter, da en mer intens smeltesesong fortsatt vil utløse høyere maksimalhastighet. Det er også verdt å merke seg at breens respons er forskjellig ved ulike høyder, og det er et punkt vi vil undersøke nærmere i kommende arbeider. Våre siste resultater har vært rettet mot å klargjøre viktigheten av måten vi injiserer smeltevann på i våre subglasiale hydrologimodeller. Eksperimentene viser at injeksjon av vann på noen få spesifiserte steder i stedet for på hvert punkt i modellen har stor innvirkning på brehastighetene. Disse resultatene peker på behovet for ytterligere studier for bedre å kunne karakterisere vanntilførselen til det subglasiale miljøet for å produsere mer nøyaktige simuleringer i fremtiden. Arbeidet som er utført med analyse av fjernfølte hastighetsdata bekrefter at det bør utvises forsiktighet ved valg av tidspunkt og varighet av integrasjonsperioden som brukes til å beregne ishastigheter. Analysen vår har også vist at man bør være forsiktig med gjennomsnitt av hastighetstrender i store regioner som generelt har stor variasjon i sine trender. Noen foreløpige resultater ser også ut til å peke på at forholdet mellom tilgjengelighet av smeltevann og hastighet i store områder av Grønland kan ha blitt overvurdert. Ytterligere analyse av de fjernfølte hastighetene har bekreftet våre modelleringsresultater og vist at hastighetsvariasjonene i forhold til vanntilførselen var veldig relatert til høyden man undersøker fenomenet på. disse observasjonene garanterer en bedre klassifisering av høyder når man observerer effekten av smeltevanntilgjengelighet på breglidning i langsiktige simuleringer.

The outcomes of the project have been targeted to two different sub-disciplines. SWITchDyn's PhD has work extensively on the remote sensing part of the project giving advice on the best possible ways to treat ice velocities of low magnitude and how to interpret the trend that can be derived from those. From this work it appears that one should take more care than what is currently done in the selection of image pairs used to derive velocities in order to get reliable trends when the changes are small. Concurrent to that it appears that most of the trends that appear in the velocities are spatially heterogeneous and that one should take care when deriving trends from area averaged values. When looking at trends it also appears that the impact of runoff volume on ice velocities is not straightforward and highly variable depending on the surface elevation. SWItchDyn's PI has mostly worked on the response of the subglacial drainage system on different melt water forcing. Form this work it appears that the runoff volume is not the only value to consider when looking at the feedback between runoff and ice velocities. The temporal intensity of the water recharge is also an important factor to consider with longer melt season with a lower magnitude leading to faster glaciers. It seems that the impact of recharge magnitude holds also when investigating the spatial distribution of the water recharge, with more realistic inject ion from a limited numbers of moulins giving slower velocities than recharging the system from a uniform water sheet. This last outcome urges the community to move away from simpler forcing and find a good solution to produce realistic forcing to subglacial hydrology models. There is large potential to build upon the results of both the modeling and remote sensing work produced in SWIthcDyn. In term of modeling, the work done in SWItchDyn just opened the door to more extensive studies either on parameters that have not been investigated here, looking at longer timescales or more realistic settings. Some of those studies were clearly not achievable at the beginning of the project and the constant improvement of the subglacial hydrology model and it's coupling to ice dynamics during the duration of the project now allow to investigate new subjects.The remote sensing work of SWItchDyn has produced a huge database of velocities all over Greenland all the produced data is freely available and there is a wealth of data that has not been analyzed yet and could give a new insight on the effect of melt water volume on ice dynamics or other studies. The technical work of the PhD also sparked some interest into using annual velocity data and some work is ongoing to potentially allow to get higher temporal resolution time-series from annual velocity data which would allow to retain the advantages of annually derived data with a better temporal resolution.

Modelling of the basal velocities of glaciers remains an important problem in the prediction of the future evolution of glacier dynamics. While the current approach to glacier sliding is mainly based on the inversion of surface velocity measurements, this procedure is not well suited for the projection of future ice velocity. SWItchDyn will improve our understanding of the physical processes that impact the basal sliding of glaciers. SWItchDyn's main focus will be to investigate the evolution of the subglacial drainage system and its impact on glacier sliding under varying meltwater supply triggered by a changing climate. SWItchDyn will employ a dynamical ice sheet model to investigate remotely-sensed velocities and assess the link between climate change, subglacial hydrology, and glacier dynamics. Base on the knowledge provided by SWItchDyn it will be possible to carry out dynamical simulations with a coupled model explicitly resolving the sliding of glaciers and provide improved predictions of future sea-level rise.