Pôle Alpin Risques Naturels (PARN) Alpes–Climat–Risques Avec le soutien de la Région Rhône-Alpes (2007-2014)
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Fiche bibliographique

 

Réf. Thibert & al. 2013 - A

Référence bibliographique
THIBERT E., ECKERT N., VI C. (2013). Climatic drivers of seasonal glacier mass balances: an analysis of 6 decades at Glacier de Sarennes (French Alps). The Cryosphere, vol. 7(1). pp 47-66. PDF

Abstract: Refined temporal signals extracted from a winter and summer mass balance series recorded at Glacier de Sarennes (French Alps) using variance decomposition are related to local meteorological data and large-scale North Atlantic Oscillation (NAO) anomalies in terms of interannual variability, trends of the low-frequency signals, and breaks in the time series. The winter balance has increased by +23% since 1976 due to more precipitation in early and late winter. The summer balance has decreased since 1982 due to a 43% increase in snow and ice melt. A 24-day lengthening of the ablation period – mainly due to longer ice ablation – is the main component in the overall increase in ablation. In addition, the last 25 yr have seen increases in ablation rates of 14 and 10% for snow and ice, respectively. A simple degree-day analysis can account for both the snow/ice melt rate rise and the lengthening of the ablation period as a function of higher air temperatures. From the same analysis, the equilibriumline altitude of this 45° N latitude south-facing glacier has a sensitivity to temperature of +93m°C−1 around its mean elevation of 3100ma.s.l. over 6 decades. The sensitivity of summer balance to temperature is −0.62mw.e. yr−1 °C−1 for a typical 125-day-long ablation season. Finally, the correlation of winter and summer mass balance terms with NAO anomalies is investigated. Singularly, highest values are obtained between winter NAO anomalies and summer balance. Winter NAO anomalies and winter balance and precipitation are almost disconnected. However, these results strongly depend on how the NAO signal is smoothed, so that the link between Sarennes mass balance seasonal terms and NAO signal remains tenuous and hard to interpret.

Mots-clés
 

Organismes / Contact

Authors / Auteurs

  • Emmanuel Thibert, IRSTEA, UR ETGR Erosion Torrentielle Neige et Avalanches, BP 76
  • Nicolas Eckert, IRSTEA, UR ETGR Erosion Torrentielle Neige et Avalanches, BP 76
  • Christian Vincent, CNRS/UJF-Grenoble 1, LGGE Laboratoire de Glaciologie et Géophysique de l’Environnement, BP 96

(1) - Paramètre(s) atmosphérique(s) modifié(s)
(2) - Elément(s) du milieu impacté(s)
(3) - Type(s) d'aléa impacté(s)
(3) - Sous-type(s) d'aléa
  Glacier    

Pays / Zone
Massif / Secteur
Site(s) d'étude
Exposition
Altitude
Période(s) d'observation
French Alps Grandes Rousses Sarenne's Glacier south-facing 3000 1949 - 2010

(1) - Modifications des paramètres atmosphériques
Reconstitutions
 
Observations

Temperature trend :

Analysis with a breakpoint model similar to the one used for Sarennes highlights a gradual change in the middle of the 1970s (1974±5 yr) followed by a strong and continuous increase (+1.32 °C) since 1982. Increases were greatest in August and May (+1.85 and +1.66 °C) and smallest in September (+0.58 °C). In winter months, the temperature has risen by about 1 °C.

Precipitation trend :

Analysing the series with a breakpoint model identifies a marked change in 1976, with a strong shift separating two periods with a decreasing trend. This sharp breakpoint in winter precipitation is more regional than the 1982 one in summer temperature signal. Indeed, it is significant for snowfalls and weather series in the northern French Alps (Durand et al., 2009a, b) but is not obvious at the larger scale of the entire European Alps (Quadrelli et al., 2001).

Analyzing Lyon temperatures reveals that winter (October– May) temperatures increased by 1.09 °C, with the highest increases recorded in May, October and March (+1.67 °C, +1.48 °C and +1.23 °C, respectively). Warming in November to February is only +0.8 °C. Increased precipitation observed at Sarennes since 1976 could therefore be related to milder temperature conditions in winter, particularly in early and late winter.

NAO (North Atlantic Oscillation) :

In the North Atlantic and Alpine space, another commonly used large-scale driver is the NAO, which is an atmospheric variability mode known to have a great influence, especially on winter climate (e.g. Quadrelli et al., 2001).

Tendances de températures :

L’analyse des températures, avec un modèle de rupture similaire à celui utilisé dans le cas du glacier de Sarennes, met en avant un changement progressif au milieu des années 70, suivi d’une augmentation continue et importante de la température (+1.32 °C) à partir de 1982. Les hausses les plus importantes furent constatés en Août et Mai (+1.85 et +1.66 °C), les plus faibles en en Septembre (+0.58°C).

Le réchauffement entre Novembre et Février ne se traduisit que par une augmentation de +0.8°C.

Tendances de précipitations :

L’analyse des séries, selon un modèle de rupture, permet d’identifier un changement important en 1976, séparant ainsi deux périodes marquées par une diminution des précipitations. Cette rupture dans la tendance des précipitations hivernales se trouve marquée à une échelle plus locale que celle de l’été 1982. En effet, si elle apparaît comme notable au niveau des tendances météos et des chutes de neige à l’échelle des Alpes Françaises du Nord, elle l’est beaucoup moins à l’échelle des Alpes Européennes.

L’analyse des températures de Lyon met en évidence une augmentation de 1.09°C, avec des pics enregistrés en Mai, Octobre et Mars (respectivement (+1.67 °C, +1.48 °C et +1.23 °C). L’augmentation des précipitations, observée à Sarennes depuis 1976, pourrait ainsi être la conséquence d’un adoucissement des conditions hivernales, particulièrement marqué en début et fin de période

ONA (Oscillation Nord Atlantique) :

Est également utilisé, comme témoin à petite échelle des variations atmosphérique, un phénomène touchant le système climatique : le NAO. Ce phénomène est connu pour avoir une forte influence sur l’Atlantique Nord et l’Arc Alpin, et particulièrement en période hivernale.

Modélisations
 
Hypothèses
 

Informations complémentaires (données utilisées, méthode, scénarios, etc.)

Temperature :

In the vicinity of Sarennes glacier, an automatic weather station operating at 3000ma.s.l. since 2004 records 30 min averages of air temperatures and relative humidity as well as wind speed and direction. To cover the entire mass balance record period, homogenised daily temperatures measured at the meteorological station (Météo-France) in Lyon (200ma.s.l.) are available. Lyon temperatures (May to October annual means) are plotted over the 1949–2007 period.

Precipitation :

To relate precipitation on the glacier to the valley station, the nearest (6 km) long (since 1907) daily precipitation record is the meteorological station (Météo France) located at Besse en Oisans at an elevation of 1400m a.s.l. Besse precipitations correlate poorly with Lyon but very well (r = 0.97) with Bourg d’Oisans 12 km away (Vincent and Vallon, 1997).

NAO :  

For this study, we used the classical monthly standardised series from Jones et al. (1997) complemented by Osborn (2006) for recent years. Three different cumulated anomalies have been considered: December to February (DJF, 3 months), November to March (NDJFBM, 6 months), and October to September (annual, 12 months). A difficulty is that, among the several large-scale or synoptic indices available, it is hard to identify which ones accurately summarise atmospheric fluctuations that can drive glacier mass balance.

Températures :

Aux alentours du glacier de Sarennes, une station météo automatique située à 3000m, enregistre depuis 2004, avec une périodicité de 30 min, la température et l’humidité moyenne de l’air, ainsi que la vitesse du vent et sa direction. Afin de couvrir l’intégralité de la période étudiée, sont utilisées les mesures journalières de température effectuées par une station météo à Lyon. Ces dernières sont utilisées sur la période de 1949 à 2007.

Précipitations :

Pour les données concernant les précipitations sur le glacier, ont été utilisées les mesures de la station météo de Bourg en Oisans (altitude 1400m), qui couvrent toute la période étudiée (mesures prises depuis 1907). Les précipitations enregistrées à Besse ne correspondent que très peu à celles mesurées à Lyon mais, à l’inverse, sont très fortement similaires à celles mesurées à Bourg d’Oisans.

ONA :

Dans le cadre de cette étude, nous avons utilisé les séries standardisées de manière mensuelle de Jones et al (1997), complétées par Osborn (2006) pour les années les plus récentes. Trois anomalies ont été répertoriées : Décembre à Février, Novembre à Mars et Octobre à Septembre. La difficulté est qu’il est difficile d’identifier, entre les différents indices synoptiques et ceux à petite échelle disponibles, celui qui joue sur les fluctuations atmosphériques à l’origine de la modification du bilan de masse du glacier.


(2) - Effets du changement climatique sur le milieu naturel
Reconstitutions
 
Observations
 Winter Mass Balance :

Winter accumulation at the high altitude of Glacier de Sarennes is closely related to valley precipitation with about 65% of common variance. Nevertheless, the ratio between accumulation and precipitation recorded in valley weather stations is up to 2.5 for an altitude difference of 1500 m, which represents an average altitudinal gradient of 840 mm(1000 m)−1 of annual precipitation.

Summer Mass Balance :

Regarding snow and ice melt jointly, ablation has increased by 1.1mw.e. yr−1 (+43 %) since 1982 (Table 4). This is due to both longer and more intense ablation. The duration of snow and ice ablation rose from 115 to 139 days (+24 days, i.e. +19 %) between the two periods 1949–1982 and 1983– 2007. Ablation starts 13 days earlier in spring (May) and continues for 11 days longer in autumn (October). In parallel, ablation rates rose by 0.44 cmw.e. day−1 (+22 %) over the last 25 yr of the record. Therefore, the rise is due to both intensification (53 %) and longer ablation (47 %).

With respect to summer balance time series, a break is detected in 1982, and two explanatory processes underlie the very large increase of 1.1mw.e. yr−1 in ablation: changes in both ablation duration and ablation rate. Lengthening explains around 65% of the ablation rise with the ablation period tending to start 13 days earlier in spring and to end 11 days later in autumn. Snow ablation duration is mostly constant over 6 decades, so prolongation of the ablation season is due to a 24-day lengthening of the ice ablation period. The lowering of the glacier surface has a limited impact on Sarennes summer balance changes. An upper limit of 16% of the longterm trend can be identified. Its equivalence in atmospheric temperature forcing is +0.22 °C while +1.78 °C is observed over the last 25 yr of the record.

From a single temperature analysis based on a simple degree-day model, more than 80% of summer balance variations can be explained by the atmospheric temperature rise since the early 80s, explaining quantitatively both ablation lengthening and intensification.

The mean ELA of this 45° N latitude south-facing glacier was 3100ma.s.l. between 1949 and 2007. Around this mean position, the sensitivity of the equilibrium-line altitude to temperature change is about 93m°C−1. Regarding the sensitivity of the summer balance to temperature change, a value of −0.62mw.e. yr−1 °C−1 can be derived assuming a 125-day ablation period at 3000m a.s.l, as observed over the last 6 decades.

 

Bilan de Masse hivernal :

L’accumulation hivernale en haute altitude sur le glacier de Sarennes est étroitement reliée aux précipitations, avec environ 65% de corrélation. Cependant, le ratio entre l’accumulation et les précipitations enregistrées dans les stations météos a augmenté à 2.5 pour une différence d’altitude de 1500m, ce qui représente un gradient altitudinal moyen de 840 mm par 1000m de précipitations annuelles.

Bilan de masse estival :

En étudiant à la fois la fonte de la glace et de la neige, on observe une augmentation du taux d’ablation de 43% (1.1me.e) depuis 1982. Cette évolution est la conséquence d’une augmentation de la durée et de l’intensité de l’ablation. La durée de la période d’ablation de la glace et de la neige a augmenté de 115 à 139 jours entre les deux périodes 1949-1982 et 1982-2007. Elle commence 13 jours plus tôt en mai et se poursuit 11 jours plus longtemps en automne (octobre). En parallèle, on observe une augmentation du taux d’ablation de 0.44cme.e par jour (+22%) sur les 25 dernières années de mesure. L’augmentation est donc une résultante à la fois de l’intensification et de l’augmentation de la durée de l’ablation.

En observant les séries temporelles du bilan de masse estival, on constate une rupture en 1982. 2 phénomènes sont à l’origine de la très forte augmentation de 1.1me.e par an de l’ablation : les évolutions de la durée et du taux d’ablation. L’augmentation de la durée est à l’origine d’environ 65% de l’augmentation de l’ablation avec une période de fonte qui commence 13 jours plus tôt en mai et se termine 11 jours plus tard en automne. La durée de l’ablation de la neige étant constant sur les 60 dernières années, la prolongation de la période d’ablation résulte de l’augmentation de la période d’ablation de la glace. La diminution de la surface du glacier n’a, quant à elle, qu’un impact limité sur la balance estivale du glacier de Sarennes. Ainsi, une augmentation maximum de 16% du taux d’ablation peut-être observée sur le temps long. Cette augmentation peut être donc comparée à une augmentation de la température atmosphérique de 0.22°C, les 25 dernières années de mesures montrant une augmentation de 1.78°C.

A partir d’une analyse de la température fondée sur un modèle degré-jour, plus de 80% des variations du bilan de masse estival peuvent être expliquées par l’augmentation de la température atmosphérique depuis le début des années 80, à l’origine à la fois l’augmentation de la durée de la période d’ablation et de son intensification.

La Ligne d’Equilibre Glaciaire (LEA) de ce glacier exposé Sud était, en moyenne, située à 3100m entre 1949 et 2007. Autours de cette position moyenne, la sensibilité de l’altitude de la LEA au changement de température est d’environ 93m par degré. A partir de la sensibilité du bilan de masse aux changements de température et de l’estimation de 125 jours d’ablation à 3000m, comme observé depuis 60 ans, nous pouvons déduire une évolution de -0.62me.e par an par degré.

Modélisations
 
Hypothèses
 

Sensibilité du milieu à des paramètres climatiques
Informations complémentaires (données utilisées, méthode, scénarios, etc.)
 Mass Balance sensitivity / NAO :

Correlations between the different seasonal components of the balance and NAO anomalies have been found to be rather weak and therefore hard to interpret. Furthermore, significant correlations only emerge for December to February NAO anomalies, and only for the summer balance. This finding is uncommon as the NAO is known to control winter precipitation in the Alps but to have a smaller influence on temperatures (Wanner et al., 2001). The winter balance as well as winter precipitation at the weather station in the vicinity seem disconnected from NAO deviations. Mass balance is connected to the NAO exclusively through the summer balance.

Therefore, this study suggests that the climatic control of interannual variability on the Sarennes mass balance by the synoptic signal summarised in the NAO index is weak and linked to temperature rather than winter precipitation.

Sensibilité du bilan de masse / ONA :

Les corrélations entre les différentes composantes saisonnières du bilan de masse et les anomalies de l’ONA sont apparues, de manière générale, comme assez faibles et, par conséquent, difficiles à interpréter. Cependant, Des corrélations importantes apparaissent seulement pour les anomalies de l’ONA entre décembre et Février, et pour la balance estivale. Cette découverte est étonnante dans la mesure où l’ONA est connue pour contrôler les précipitations hivernales dans les Alpes mais pour n’avoir que peu d’influence sur les températures. La balance hivernale aussi bien que les précipitations hivernales mesurées dans les stations météo apparaissent comme déconnectées des variations de l’ONA. Le bilan de masse n’est donc en relation avec l’ONA qu’à travers la balance estivale.

Ainsi, cette étude suggère que le contrôle climatique de la variabilité interannuelle du bilan de masse du glacier de Sarennes, par signal synoptique résumé dans l’index ONA, est faible et reliée avec la température plutôt qu’avec les précipitations hivernales.

Mass Balance Calculation :

Since 1949, systematic winter and summer mass balance measurements have been carried out.

On four to five sites, two different measurement methods are used for accumulation and ablation measurements: (1) cores are first drilled to measure winter mass balances from snow layering (stratigraphy) and density measurements, and (2) annual mass balances are determined from stakes inserted in ice. Measurements are repeated 6 to 7 times through the ablation period, not on fixed dates but based on use of the stratigraphic method to determine the maximum balance at the end of winter and minimum at the end of the ablation period (Cogley et al., 2010). Therefore, the numerous observations on the glacier make it possible to decipher changes in the rate and duration of ablation in summer balance variations. (...)

For each year of the period of record, the glacier-wide winter balance obtained from the analysis of variance has been plotted against precipitations recorded at Besse weather station over the same period (end of ablation season year n−1, measurement date winter balance year n; Fig. 6). Only days of solid precipitation with temperatures below 1 °C are concerned, rain being assumed to run off the glacier and not to contribute to mass balance when the temperature is higher. Temperatures on the glacier are calculated from the Lyon weather station with a 4.9 °C km−1 mean altitudinal gradient for the winter season.

Calcul du Bilan de masse :

Depuis 1949, des mesures du bilan de masse, en été et en hiver, ont été réalisé.

Sur 4 ou 5 sites, deux méthodes de mesures différentes ont été utilisées pour mesurer l’accumulation et l’ablation : (1) Des carottages ont tout d’abord été effectués pour mesurer le bilan de masse hivernal à partir des couches de neiges (stratigraphie) et des mesures de densité. (2) Le bilan de masse annuel est mesuré à partir de sondes plantés dans la glace. Les mesures sont répétées 6 ou 7 fois pendant la période d’ablation, non pas à des dates fixes mais en fonction des résultats obtenus grâce à une méthode de stratigraphie destinée à déterminer la balance maximum à la fin de l’hiver et celle minimum, à la fin de la période d’ablation. Le nombre d’observations sur le glacier rende possible la mise en évidence des évolutions du taux et de la durée de l’ablation dans les variations de balance estivale. (…)

Pour chaque année, les résultats obtenus à partir de l’analyse des variations de la balance hivernale ont été comparés avec les précipitations enregistrées à la station météo de Besse sur la même période. En partant du postulat que la pluie ruisselle sur le glacier et ne contribue pas au bilan de masse lorsque la température est supérieure à 1°C, seuls les jours avec des précipitations solides sont traités. Les températures sur le glacier sont calculées à partir de la station météo de lyon, en prenant 4.9°C par Km comme gradient altitudinal pendant la saison hivernale.


(3) - Effets du changement climatique sur l'aléa
Reconstitutions
 
Observations
 
Modélisations
 
Hypothèses
 

Paramètre de l'aléa
Sensibilité du paramètres de l'aléa à des paramètres climatiques
Informations complémentaires (données utilisées, méthode, scénarios, etc.)
 
 
 

(4) - Remarques générales
 

(5) - Syntèses et préconisations
 

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