Tömegváltozás meghatározása az Antarktiszon GRACE hónapos felbontású modellek alapján Földváry Lóránt MTA-BME Fizikai Geodézia és Geodinamikai Kutatócsoport

Bevezetés GRACE hónapos felbontású geopotenciális modelleket elterjedten használják az Antarktisz jégtakarójának időbeli változásainak vizsgálatára. A tapasztalatok alapján jelentősen eltérő eredményeket kapni ugyanazon mérésekből.

Alkalmazott GRACE modell: JPL, GFZ vagy CSR Bevezetés Alkalmazott GRACE modell: JPL, GFZ vagy CSR C2,0 együtthatók: SLR-ből meghatározott értékkel javítható [Cheng és Tapley, 2004; Cheng és Ries, 2007] Alkalmazott GIA modell: IJ05 [Ivins és James, 2005], ICE5G [Peltier, 2004], stb. „Sávosság”: Gauss-féle simítás [Jekeli, 1981], Langrange-féle szorzó-eljárás [Swenson és Wahr, 2002] The ice mass balance is certainly depend on the choice of the GRACE gravity models. The most commonly used sets are models of JPL, of GFZ and of CSR. It is found that GFZ and CSR solutions do not differ much. Further difference in the input data can be met with due to differences in the used C2,0 coefficient. It is known that the GRACE satellites orbit is not appropiate for an exact recovery of the second degree zonal. So several cases these are replaced with SLR derived coefficients. Jelszivárgás: tömegáthelyeződés szárazföld és óceán vagy a vizsgálati területek között csökkenthető egy nem- izotróp Gauss-szűrővel. [e.g. Guo et al., 2009]

Jelen tanulmány Adat: UTCSR RL04 Időtartam: 2002.112 - 2009.139 GIA modell: IGE5G simítás: Gauss-féle simítás, r=500 km

A trend meghatározása a periódikus változásokkal egyszerre történik: Egy N intervallumra átlagolt adatsor amplitúdóját ezen a módon alulbecsüljük mértékben. Ez éves és féléves periódusok esetén 1% illetve 5% alulbecsülést jelent. Ez már számottevő, ezért ennek figyelembevétele javallott: As it is know in spectral analysis, when one deals with averaged data, like in this case using monthly averaged data, the amplitude of the variation is underestimated.

Eredmények trend éves féléves

Eredmények nagyságrendek: tömegváltozás: 35,20 kg/m2 lineáris trend: 15,05 kg/m2 éves: 16,21 kg/m2 féléves: 7,58 kg/m2 fennmaradó: 3,49 kg/m2

Eredmények Az eredmény nagymértékben függ a használt GIA modelltől. IJ05 [Ivins és James, 2005] ICE5G [Peltier, 2004]

Tárgyalás Az antarktiszi tömegváltozás trend az alábbi hatások összege - tömegveszteség a jégolvadás következtében - felszíni jégfolyamok - hófelhalmozódás - GIA (viszko-elasztikus reakció a korábbi tömegátrendeződésekre) - jelenkori GIA (elasztikus, valósidejű reakció a jelenlegi tömegátrendeződésekre) - környező tömegátrendeződései (óceán, atmoszféra, hidrológia a vizsgálati területen kívül) - atmoszférikus tömegek átrendeződései

Ezek közül modellezhető jelenségek az alábbiak Tárgyalás Ezek közül modellezhető jelenségek az alábbiak - tömegveszteség a jégolvadás következtében - felszíni jégfolyamok - hófelhalmozódás - GIA (viszko-elasztikus reakció a korábbi tömegátrendeződésekre) - jelenkori GIA (elasztikus, valósidejű reakció a jelenlegi tömegátrendeződésekre) - környező tömegátrendeződései (óceán, atmoszféra, hidrológia a vizsgálati területen kívül) - atmoszférikus tömegek átrendeződései 10

Ezek közül elhanyagolható nagyságrendű jelenségek Tárgyalás Ezek közül elhanyagolható nagyságrendű jelenségek - tömegveszteség a jégolvadás következtében - felszíni jégfolyamok - hófelhalmozódás - GIA (viszko-elasztikus reakció a korábbi tömegátrendeződésekre) - jelenkori GIA (elasztikus, valósidejű reakció a jelenlegi tömegátrendeződésekre) - környező tömegátrendeződései (óceán, atmoszféra, hidrológia a vizsgálati területen kívül) - atmoszférikus tömegek átrendeződései 11

Így az észlelt trend főként az alábbi jelenségek eredménye: Tárgyalás Így az észlelt trend főként az alábbi jelenségek eredménye: - tömegveszteség a jégolvadás következtében - felszíni és felszínalatti jégfolyamok - hófelhalmozódás - GIA (viszko-elasztikus reakció a korábbi tömegátrendeződésekre) - jelenkori GIA (elasztikus, valósidejű reakció a jelenlegi tömegátrendeződésekre) - környező tömegátrendeződései (óceán, atmoszféra, hidrológia a vizsgálati területen kívül) - atmoszférikus tömegek átrendeződései 12

Így az észlelt trend főként az alábbi jelenségek eredménye: Tárgyalás Így az észlelt trend főként az alábbi jelenségek eredménye: - tömegveszteség a jégolvadás következtében - felszíni jégfolyamok - hófelhalmozódás - GIA (viszko-elasztikus reakció a korábbi tömegátrendeződésekre) valamint hibahatások, úgy mint - GRACE mérési hibák, geopotenciális modellhibák - jelenkori GIA modellhibák - javítások (atmoszférikus tömegváltozások, óceáni árapály, merev földkéreg árapálya) - stb. Stabil trendek és szabályos hibák csökkenthetők valamilyen differenciális eljárással Így az észlelt trend főként az alábbi jelenségek eredménye: - tömegveszteség a jégolvadás következtében - felszíni jégfolyamok - hófelhalmozódás - GIA (viszko-elasztikus reakció a korábbi tömegátrendeződésekre) valamint hibahatások, úgy mint - GRACE mérési hibák, geopotenciális modellhibák - jelenkori GIA modellhibák - javítások (atmoszférikus tömegváltozások, óceáni árapály, merev földkéreg árapálya) - stb. 13

A tömegváltozás trendjének időbeni változása 2. Trendbecslés minden pontban mozgó ablak segítségével 1. A tömegváltozás trendjének becslése minden pontban

A tömegváltozás trendjének időbeni változása 2 éves ablak 3 éves ablak 4 éves ablak 5 éves ablak

A tömegváltozás trendjének időbeni változása

A tömegváltozás trendjének időbeni változása A trend időbeli változását minden pontban meghatározzuk. 5 éves ablak 4 éves ablak 3 éves ablak 2 éves ablak átlag szórás

A tömegváltozás trendjének időbeni változása Tapasztalat: minden pontban a trend értéke alig függ az ablakmérettől, annál inkább a szórása. Pl. a teszt pontban: 2 éves ablak: -12.78 ± 18.46 kg/m2/év 3 éves ablak: -13.29 ± 9.14 kg/m2/év 4 éves ablak: -14.25 ± 3.08 kg/m2/év 5 éves ablak: -13.79 ± 1.81 kg/m2/év Ebből következik, hogy a trendbecslés nagyban függ a vizsgálati időszak időzítésétől és hosszától.

Trendváltozás becslése Meghatároztuk a trend időbeli változását minden ablakmérettel, minden pontban. Ezt követően lineáris trendet illesztettünk az trendértékek idősorához. -> trendváltozás

Trendváltozás becslése A trendváltozás konfidencia intervalluma (2 év):

Trendváltozás becslése A trendváltozás konfidencia intervalluma (3 év):

Trendváltozás becslése A trendváltozás konfidencia intervalluma (4 év):

Trendváltozás becslése A trendváltozás konfidencia intervalluma (5 év):

Trendváltozás becslése A 95% konfidencia intervallummal meghatározott valamennyi szélsőérték helyzetet kielégítő átlagos trendváltozást találtunk.

A tömegváltozás trendjének időbeni változása területi átlag teszt pont

Átlagos trendbecslés 2 éves ablak: -6.48 ± 21.34 kg/m2/év 3 éves ablak: -8.09 ± 13.00 kg/m2/év 4 éves ablak: -8.56 ± 6.93 kg/m2/év 5 éves ablak: -8.32 ± 2.77 kg/m2/év a teljes időszakra: -6.31 kg/m2/év A trendbecslés éves változása 5 éves idősor esetén (± 2.77 kg/m2/év) jó egyezést mutat csapadék modellből számolt hasonló jellegű becsléssel [Wahr et al., 2000] (± 3 kg/m2/yr )

A tömegváltozás trendjének periodikus változásai Láthatóan a trendváltozás periodikus jelleget is mutat. Mintegy 3.8 éves 40 kg/m2 amplitúdójú változást találtunk. A jel tartalmaz hosszabb periódusú (pl. tízéves) változásokat is, azonban a felhasznált időtartam nem elégséges ezek meghatározására.

Összefoglalás A GIA modell választása alapvető szerepű a jégolvadás vizsgálatában. A trend időbeli változásának meghatározásával a GIA modell jelentette bizonytalanság és egyéb szabályos hibák is csökkenthetők. A jégtakaró olvadásának vizsgálata erősen függ a vizsgálati időtartam időzítésétől és hosszától. A tömegváltozásnak még az előjele is eltérő lehet, megadván ezzel a meglehetősen változékony eredmények egyik okát.

Összefoglalás Jellemzően gyorsuló tömegvesztést (vagy lassuló tömeggyarapodást) találtunk Antarktisz területén, kivéve két területet, ezek a Queen Maud Land és a Ross Ice Shelf.

Összefoglalás Láthatóan a trendváltozás periodikus jelleget is mutat. Mintegy 3.8 éves 40 kg/m2 amplitúdójú változást találtunk. A jel tartalmaz hosszabb periódusú (pl. tízéves) változásokat is, azonban a felhasznált időtartam nem elégséges ezek meghatározására.

Összefoglalás A becsült trend értéke a teljes időszakra kevesebbre adódott, mint a mozgó ablakokkal kapott értékek. Egyelőre nem tudjuk ennek az okát. 2 év: -6.48 kg/m2/év 3 év: -8.09 kg/m2/év 4 év: -8.56 kg/m2/év 5 év: -8.32 kg/m2/év teljes időszak: -6.31 kg/m2/év

Összefoglalás A trendbecslés éves változása 5 éves idősor esetén (± 2.77 kg/m2/év) jó egyezést mutat csapadék modellből számolt hasonló jellegű becsléssel [Wahr et al., 2000] (± 3 kg/m2/yr )

Hivatkozások Cheng and Ries, 2007, JPL on-line GRACE technical note #05 Cheng and Tapley, 2004, JGR Guo et al., 2009, Geophys. J. Int. Ivins and James, 2005, Antarctic Science Jekeli, 1981, OSU Report Series No. 327 Peltier, 2004, Ann. Rev. Earth Planet Sci. Swenson and Wahr, 2002, JGR Wahr et al., 2000, JGR Yamamoto et al., 2008, Polar Science

Cheng and Ries, 2007, JPL on-line GRACE technical note #05 Cheng and Tapley, 2004, JGR Guo et al., 2009, Geophys. J. Int. Ivins and James, 2005, Antarctic Science Jekeli, 1981, OSU Report Series No. 327 Peltier, 2004, Ann. Rev. Earth Planet Sci. Swenson and Wahr, 2002, JGR Wahr et al., 2000, JGR Yamamoto et al., 2008, Polar Science Köszönöm a figyelmet!