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Institucional

Mcphee, James

Multidecadal estimation of hydrological contribution and glacier mass balance in the semi-arid Andes based on physically based modeling and geodetic mass balance

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Glaciers are of paramount importance in diverse environments, and due to the accelerated retreat experienced in recent decades, efforts have intensified to achieve a comprehensive understanding of key variables such as mass balance and glacial melting. However, the scarcity of data in regions that are difficult to access, such as the Andes Cordillera, hinders reliable glaciological studies of the historical period. This study examined the mass balance and melting dynamics of the Universidad Glacier, the largest in the semi-arid Andes, from 1955 to 2020, using the physically based Cold Regions Hydrological Model (CRHM). The model was calibrated with geodetic mass balance estimates available between 1955 and 2020 and evaluated against on-site observations available between 2012 and 2014. Change point analysis revealed three contrasting periods of mass balance evolution: significant mass loss for the periods 1955-1971 and 2006-2020 and near-equilibrium mass balance from 1971 to 2006. These loss and gain periods align with the negative phases of the Pacific Decadal Oscillation (PDO) and the positive ENSO (El Ni & ntilde

o) events, respectively. Simulated runoff from glacier melt showed a positive trend of 8% per decade since 1971. Calibrated and uncalibrated versions of the model showed similar temporal variability, but cumulative mass balance differed significantly. The model calibrated from 1955 to 2020 had a minimal overestimation of 0.1% in mass loss and slightly improved the representation of the annual albedo. Relative to this best-performing model, the model calibrated with geodetic mass balance estimates from 2000 to 2020 overestimated mass loss by 25%, whereas the uncalibrated model overestimated mass balance by 62%. Physically based modeling with parameters adjusted based on field observations is adequate to reproduce the most salient features of MB interannual variability. However, long-term projections may diverge significantly, and albedo parameterizations, including its spatial and temporal evolution throughout a glacier surface, are an avenue for future research.Los glaciares son de vital importancia en diversos entornos, y debido al retroceso acelerado experimentado en las últimas décadas, se han intensificado los esfuerzos para lograr una comprensión integral de variables clave como el balance de masa y el deshielo glaciar. Sin embargo, la escasez de datos en regiones de difícil acceso, como la Cordillera de los Andes, dificulta los estudios glaciológicos fiables del período histórico. Este estudio examinó el balance de masa y la dinámica de deshielo del glaciar Universidad, el más grande de los Andes semiáridos, desde 1955 hasta 2020, utilizando el Modelo Hidrológico de Regiones Frías (CRHM), basado en principios físicos. El modelo se calibró con estimaciones geodésicas de balance de masa disponibles entre 1955 y 2020 y se evaluó con observaciones in situ disponibles entre 2012 y 2014. El análisis de puntos de cambio reveló tres períodos contrastantes de evolución del balance de masa: una pérdida de masa significativa para los períodos 1955-1971 y 2006-2020 y un balance de masa cercano al equilibrio desde 1971 hasta 2006. Estos períodos de pérdida y ganancia se alinean con las fases negativas de la Oscilación Decadal del Pacífico (PDO) y los eventos ENSO (El Niño), respectivamente. La escorrentía simulada del deshielo de los glaciares mostró una tendencia positiva del 8 % por década desde 1971. Las versiones calibradas y no calibradas del modelo mostraron una variabilidad temporal similar, pero el balance de masa acumulado difirió significativamente. El modelo calibrado de 1955 a 2020 presentó una sobreestimación mínima del 0,1 % en la pérdida de masa y mejoró ligeramente la representación del albedo anual. En relación con este modelo de mejor desempeño, el modelo calibrado con estimaciones geodésicas del balance de masa de 2000 a 2020 sobreestimó la pérdida de masa en un 25 %, mientras que el modelo sin calibrar sobreestimó el balance de masa en un 62 %. La modelización basada en principios físicos con parámetros ajustados a partir de observaciones de campo es adecuada para reproducir las características más destacadas de la variabilidad interanual del balance de masa. Sin embargo, las proyecciones a largo plazo pueden divergir significativamente, y las parametrizaciones del albedo, incluyendo su evolución espacial y temporal a lo largo de la superficie del glaciar, constituyen una línea de investigación futura.

artículo original

glacier mass balance

extratropical Andes Cordillera

hydrological modeling

energy balance modeling

geodetic surface change

albedo calibration

10.3389/feart.2025.1517081

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Multidecadal estimation of hydrological contribution and glacier mass balance in the semi-arid Andes based on physically based modeling and geodetic mass balance

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Geosciences, Multidisciplinary

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ANID-Magister Nacional 2021 folio [22211060]

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