Varmaleiðing í einvíðu fjöllaga hjarnlíkani

Abstract

Í mildu og röku úthafsloftslagi Íslands, hafa jöklar náð fótfestu í fjallendi þar sem mikillar úrkomu gætir. Á hverju vori fer hópur vísindamanna á vegum Jarðvísindastofnunar Háskóla Íslands, Landsvirkjunar og Veðurstofu Íslands upp á stærstu jökulhvel landsins og er þá vetrarafkoma þeirra mæld. Til þess eru boraðir kjarnar í gegnum vetrarsnjóinn og niður í yfirborð síðasta sumars. Hitastig kjarnanna er skráð og með þessum mælingum má meta þá orku sem þarf til að þíða upp vetrarsnjóinn og kuldabylgju vetrar. Hiti vetrarsnævar ræðst að miklu leyti af lofthita þegar snjórinn fellur og varmaleiðingu milli einstakra laga. Í þessu verkefni var gerð tilraun til að spá fyrir um hitaferil í efstu snjóa- og hjarnlögum með því að leysa einvíðu varmaleiðnijöfnuna, með fasta stuðla, í einföldu líkani, sem tekur aðeins mið af lofthita við yfirborð, og í fjöllaga líkani, sem tekur einnig mið af hitastigi úrkomu. Útfærð var töluleg lausn með aðferð Crank-Nicolson, sem hermir fræðilega lausn í einsleitu hálfplani og er tölulega stöðug. Líkönin voru síðan þvinguð af bæði tilbúnum veðurgögnum, beinum mælingum á lofthita og hermdum gögnum úr endurgreiningu á veðri. Helstu niðurstöður eru þær að varmaleiðing ein og sér getur ekki hermt hitaferill efstu snjóa- og hjarnlaga, því hrip leysingavatns niður í vetrarsnjóinn hitar hann upp. Niðurstöður fjöllaga líkansins falla þó vel að mældum hitaferli þar sem leysing hefur ekki hafist að ráði.

In the mild but wet maritime climate of Iceland, large glaciers have formed in mountain regions of high precipitation. Each spring a group of scientists, from the University of Iceland, National Power Company and Iceland Meteorology Office, head up to Iceland's largest glaciers and measure their winter mass balance. This is done by drilling through the winter snow and into the last summer's surface. By measuring the temperature of the drilled cores, the total energy needed to remove the winter cold, which reaches several meters down into the glacier surface, can by estimated. The temperature of the winter snow is determined by the air temperature at the time of snowfall and energy exchange with adjacent layers by heat conduction. In this study, the one dimensional heat equation, with constant coefficients, was solved in the uppermost snow and firn layers in an attempt to simulate measured heat profiles. A numerical solution was implemented in a simple model, which is only driven by air surface temperature, and a multilayer model, which also includes the temperature of precipitation. These models were then forced with constructed weather data, in situ temperature measurements and simulated weather from downscaled reanalysis. The most notable results are that heat conduction alone cannot explain measured heat profiles where meltwater has percolated into the snowpack. However, the results of the multilayer model fits measured data well if melt has not yet started.