Development of a local snow-ice model : the case of Colle Gnifetti

The regulating role of glaciers on catchment run-off is of fundamental importance in sustaining people living in low lying areas. The decrease in glacierized areas under the effect of climate change disrupts the amount and distribution of run-off, threatening water supply, agriculture and hydropower. Hence, it is important to understand and predict these changes moving to an integrated modeling of hydrological, nivological and glaciological processes. The different scales that characterize them make their integration not straightforward. In this work we propose a 1D model that combines the nivological and glaciological scales. The model was derived from mass balance and momentum equations and it consists of six ordinary differential equations describing the evolution of the snowpack and the firn below it. The model was applied at Colle Gnifetti, 4452 m a.s.l., Monte Rosa, and it was run for ten years with an hourly time step. Due to the absence of precipitation data a simplified approach to reconstruct them is proposed. The model predicts a mean annual accumulation in accordance with the cores but it is not able to reproduce the high spatial variability that characterizes the site. It also gives a better insight on how the accumulation in a high altitude site like Colle Gnifetti is related with atmospheric variables and therefore how it may respond to climate changes. The accumulation shows a higher correlation with melt days than with precipitation and this may lead to a counterintuitive response if forced with increasing temperature series. Even tough longer input series are needed to asses how the model reproduces the densification of firn over all the range of densities, the results obtained seem to suggest that a firn densification model developed for polar sites may also be used for a cold alpine glacier.

Il ruolo che i ghiacciai hanno nel regolare il deflusso in un bacino è di fondamentale importanza per il sostentamento delle persone che abitano le aree più a valle. La diminuzione nell'estensione dei ghiacciai a seguito del cambiamento climatico altera la quantità e la distribuzione del deflusso, minacciando così l’approvvigionamento idrico e l'attività agricola e idroelettrica. Diventa quindi di primaria importanza comprendere e predire questi cambiamenti, spostandosi su una modellazione integrata dei processi idrologici, nivali e glaciali. Le diverse scale che li caratterizzano rendono questo obiettivo non facile. In questa dissertazione viene proposto un modello locale che integra la scala nivale e glaciale. Il modello è stato ottenuto partendo dalle equazioni del bilancio di massa e di forze ed è composto da sei equazioni differenziali ordinarie che descrivono il manto di neve e il firn sottostante. Il modello è stato applicato al sito di Colle Gnifetti, 4452 m a.s.l., Monte Rosa, ed è stato eseguito per dieci anni con passo orario. Vista la mancanza di dati di precipitazione, viene proposto un metodo semplificato per ricostruirla. Il modello simula un accumulo annuale medio in accordo con i carotaggi ma non è in grado di riprodurre l'elevata variabilità spaziale che caratterizza il sito. Inoltre il modello fornisce una maggiore comprensione di come l'accumulo in un sito ad alta quota quale Colle Gnifetti sia legato alle variabili atmosferiche e quindi come potrebbe rispondere ai cambiamenti climatici. L'accumulo mostra una correlazione maggiore con il numero di eventi di fusione del manto nivale piuttosto che con la precipitazione e questo potrebbe portare a una risposta controintuitiva se forzato con una serie di temperature in aumento. Nonostante delle serie in input più lunghe siano necessarie per valutare l’accuratezza con cui il modello riproduce la densificazione del firn su tutto il range di densità, i risultati sembrano suggerire che un modello di densificazione sviluppato per i siti polari possa essere usato anche per un ghiacciaio alpino freddo.