• Energy Research

Abstract. Observations of glacier mass changes are key to understanding the response of glaciers to climate change and related impacts, such as regional runoff, ecosystem changes, and global sea level rise. Spaceborne optical and radar sensors make it possible to quantify glacier elevation changes, and thus multi-annual mass changes, on a regional and global scale. However, estimates from a growing number of studies show a wide range of results with differences often beyond uncertainty bounds. Here, we present the outcome of a community-based inter-comparison experiment using spaceborne optical stereo (ASTER) and synthetic aperture radar interferometry (TanDEM-X) data to estimate elevation changes for defined glaciers and target periods that pose different assessment challenges. Using provided or self-processed digital elevation models (DEMs) for five test sites, 12 research groups provided a total of 97 spaceborne elevation-change datasets using various processing approaches. Validation with airborne data showed that using an ensemble estimate is promising to reduce random errors from different instruments and processing methods but still requires a more comprehensive investigation and correction of systematic errors. We found that scene selection, DEM processing, and co-registration have the biggest impact on the results. Other processing steps, such as treating spatial data voids, differences in survey periods, or radar penetration, can still be important for individual cases. Future research should focus on testing different implementations of individual processing steps (e.g. co-registration) and addressing issues related to temporal corrections, radar penetration, glacier area changes, and density conversion. Finally, there is a clear need for our community to develop best practices, use open, reproducible software, and assess overall uncertainty to enhance inter-comparison and empower physical process insights across glacier elevation-change studies.

Global warming-induced melting and thawing of the cryosphere are severely altering the volume and timing of water supplied from High Mountain Asia, adversely affecting downstream food and energy systems that are relied on by billions of people. The construction of more reservoirs designed to regulate streamflow and produce hydropower is a critical part of strategies for adapting to these changes. However, these projects are vulnerable to a complex set of interacting processes that are destabilizing landscapes throughout the region. Ranging in severity and the pace of change, these processes include glacial retreat and detachments, permafrost thaw and associated landslides, rock–ice avalanches, debris flows and outburst floods from glacial lakes and landslide-dammed lakes. The result is large amounts of sediment being mobilized that can fill up reservoirs, cause dam failure and degrade power turbines. Here we recommend forward-looking design and maintenance measures and sustainable sediment management solutions that can help transition towards climate change-resilient dams and reservoirs in High Mountain Asia, in large part based on improved monitoring and prediction of compound and cascading hazards.

AbstractThis study explores the link between area increase of Imja Tsho (Lake) and changes of Imja Glacier (area ~25km2) under the influence of climate change using multitemporal satellite imagery and local climate data. Between 1962 and 2013, Imja Lake expanded from 0.03±0.01 to 1.35±0.05 km2 at a rate of 0.026±0.001 km2 a-1. The mean glacier-wide flow velocity was 37±30ma-1 during 1992–93 and 23±15ma-1 during 2013–14, indicating a decreasing velocity. A mean elevation change of –1.29±0.71ma-1 was observed over the lower part of the glacier in the period 2001–14, with a rate of –1.06±0.63ma-1 in 2001–08 and –1.56±0.80ma-1 in 2008–14. We conclude that the decrease in flow velocity is mainly associated with reduced accumulation due to a decrease in precipitation during the last few decades. Furthermore, glacier ablation has increased due to increasing maximum temperatures during the post-monsoon months. Decreased glacier flow velocities and increased mass losses induce the formation and subsequent expansion of glacial lakes under favourable topographic conditions.

Abstract The wide distribution of natural lakes over the Tibetan Plateau, the highest and largest plateau on Earth, have received extensive attention due to global warming. In this Review, we examine lake evolution, spatial patterns and driving mechanisms over the Tibetan Plateau. The changes in lake area, level and volume show a slight decrease from 1976 to the mid-1990s, followed by a continuous rapid increase. The spatial patterns show an overall lake growth in the north of the inner plateau against a reduction in the south, which are accompanied by most of the lakes cooling in the north against warming in the south, and longer ice cover duration in the north compared with the south. The changes in lake temperature are negatively correlated with water level variations and lake ice duration. Enhanced precipitation is the dominant contributor to increased lake water storage, followed by glacier mass loss and permafrost thawing. The decadal or longer lake expansion since the mid-1990s could have been driven by the positive phase of Atlantic Multidecadal Oscillation, and clear inflection points of lake area/level identified in 1997/1998 and 2015/2016 are attributed to strong El Nino events. In the near-term, the lakes will continue to expand. Future interdisciplinary lake studies are urgently required to improve understanding of climate-cryosphere-hydrosphere interactions and water resources management.

Résumé. Les observations des changements de masse des glaciers sont essentielles pour comprendre la réponse des glaciers au changement climatique et aux impacts connexes, tels que le ruissellement régional, les changements écosystémiques et l'élévation du niveau de la mer à l'échelle mondiale. Les capteurs optiques et radar spatiaux permettent de quantifier les changements d'élévation des glaciers, et donc les changements de masse pluriannuels, à l'échelle régionale et mondiale. Cependant, les estimations d'un nombre croissant d'études montrent un large éventail de résultats avec des différences souvent au-delà des limites d'incertitude. Ici, nous présentons les résultats d'une expérience intercomparaison communautaire utilisant des données d'interférométrie stéréo optique spatiale (ASTER) et radar à ouverture synthétique (TanDEM-X) pour estimer les changements d'altitude pour des glaciers définis et des périodes cibles qui posent différents défis d'évaluation. En utilisant des modèles d'élévation numériques (DEM) fournis ou autotraités pour cinq sites de test, 12 groupes de recherche ont fourni un total de 97 ensembles de données de changement d'altitude spatiaux en utilisant diverses stratégies de traitement. La validation avec des données aéroportées a montré que l'utilisation d'une estimation d'ensemble promet de réduire les erreurs aléatoires provenant de différents instruments et méthodes de traitement, mais nécessite toujours une enquête et une correction plus complètes des erreurs systématiques. Nous avons constaté que la sélection de la scène, le traitement DEM et le co-enregistrement ont le plus grand impact sur les résultats. D'autres étapes de traitement, telles que le traitement des vides de données spatiales, les différences de périodes d'enquête ou la pénétration radar, peuvent toujours être importantes pour des cas individuels. Les recherches futures devraient se concentrer sur la mise à l'essai de différentes implémentations d'étapes de traitement individuelles (par exemple, le co-enregistrement) et aborder les questions liées aux corrections temporelles, à la pénétration radar, aux changements de zone glaciaire et à la conversion de densité. Enfin, notre communauté a clairement besoin de développer les meilleures pratiques, d'utiliser des logiciels ouverts et reproductibles et d'évaluer l'incertitude globale afin d'améliorer les comparaisons et de renforcer les connaissances sur les processus physiques dans les études de changement d'altitude des glaciers. Resumen. Observar los cambios en la masa de los glaciares es clave para comprender la respuesta de los glaciares al cambio climático y los impactos relacionados, como la escorrentía regional, los cambios en los ecosistemas y el aumento global del nivel del mar. Los sensores ópticos y de radar transportados por el espacio permiten cuantificar los cambios de elevación de los glaciares y, por lo tanto, los cambios de masa plurianuales, a escala regional y global. Sin embargo, las estimaciones de un número creciente de estudios muestran una amplia gama de resultados con diferencias que a menudo van más allá de los límites de incertidumbre. Aquí, presentamos el resultado de un experimento de intercomparación basado en la comunidad que utiliza datos estéreo óptico a bordo del espacio (ASTER) e interferometría de radar de apertura sintética (TanDEM-X) para estimar los cambios de elevación para glaciares definidos y períodos objetivo que plantean diferentes desafíos de evaluación. Utilizando modelos digitales de elevación (DEM) proporcionados o autoprocesados para cinco sitios de prueba, 12 grupos de investigación proporcionaron un total de 97 conjuntos de datos de cambio de elevación a bordo del espacio utilizando varias estrategias de procesamiento. La validación con datos aéreos mostró que el uso de una estimación de conjunto es prometedor para reducir los errores aleatorios de diferentes instrumentos y métodos de procesamiento, pero aún requiere una investigación y corrección más exhaustivas de los errores sistemáticos. Descubrimos que la selección de escenas, el procesamiento de DEM y el corregistro tienen el mayor impacto en los resultados. Otros pasos de procesamiento, como el tratamiento de vacíos de datos espaciales, las diferencias en los períodos de encuesta o la penetración del radar, aún pueden ser importantes para casos individuales. La investigación futura debe centrarse en probar diferentes implementaciones de pasos de procesamiento individuales (por ejemplo, registro conjunto) y abordar cuestiones relacionadas con correcciones temporales, penetración de radar, cambios en el área de los glaciares y conversión de densidad. Finalmente, existe una clara necesidad de que nuestra comunidad desarrolle las mejores prácticas, use software abierto y reproducible y evalúe la incertidumbre general para mejorar la intercomparación y potenciar los conocimientos de los procesos físicos en los estudios de cambio de elevación de glaciares. Abstract. Observations of glacier mass changes are key to understanding the response of glaciers to climate change and related impacts, such as regional runoff, ecosystem changes, and global sea-level rise. Spaceborne optical and radar sensors make it possible to quantify glacier elevation changes, and thus multi-annual mass changes, on a regional and global scale. However, estimates from a growing number of studies show a wide range of results with differences often beyond uncertainty bounds. Here, we present the outcome of a community-based inter-comparison experiment using spaceborne optical stereo (ASTER) and synthetic aperture radar interferometry (TanDEM-X) data to estimate elevation changes for defined glaciers and target periods that pose different assessment challenges. Using provided or self-processed digital elevation models (DEMs) for five test sites, 12 research groups provided a total of 97 spaceborne elevation-change datasets using various processing strategies. Validation with airborne data showed that using an ensemble estimate is promising to reduce random errors from different instruments and processing methods, but still requires a more comprehensive investigation and correction of systematic errors. We found that scene selection, DEM processing, and co-registration have the biggest impact on the results. Other processing steps, such as treating spatial data voids, differences in survey periods, or radar penetration, can still be important for individual cases. Future research should focus on testing different implementations of individual processing steps (e.g. co-registration) and addressing issues related to temporal corrections, radar penetration, glacier area changes, and density conversion. Finally, there is a clear need for our community to develop best practices, use open, reproducible software, and assess overall uncertainty in order to enhance inter-comparison and empower physical process insights across glacier elevation-change studies. الخلاصة. تعتبر ملاحظات التغيرات في كتلة الأنهار الجليدية أساسية لفهم استجابة الأنهار الجليدية لتغير المناخ والآثار ذات الصلة، مثل الجريان السطحي الإقليمي وتغيرات النظام الإيكولوجي وارتفاع مستوى سطح البحر العالمي. تتيح أجهزة الاستشعار البصرية والرادارية المحمولة في الفضاء قياس التغيرات في ارتفاع الأنهار الجليدية، وبالتالي التغيرات الكتلية متعددة السنوات، على نطاق إقليمي وعالمي. ومع ذلك، تظهر التقديرات من عدد متزايد من الدراسات مجموعة واسعة من النتائج مع وجود اختلافات غالبًا ما تتجاوز حدود عدم اليقين. هنا، نقدم نتائج تجربة مقارنة مجتمعية باستخدام بيانات الاستريو البصري المحمول في الفضاء (ASTER) وبيانات قياس التداخل بالرادار ذي الفتحة الاصطناعية (TanDEM - X) لتقدير تغيرات الارتفاع للأنهار الجليدية المحددة والفترات المستهدفة التي تشكل تحديات تقييم مختلفة. باستخدام نماذج الارتفاع الرقمية المقدمة أو ذاتية المعالجة (DEMs) لخمسة مواقع اختبار، قدمت 12 مجموعة بحثية ما مجموعه 97 مجموعة بيانات لتغيير الارتفاع المحمول في الفضاء باستخدام استراتيجيات معالجة مختلفة. أظهر التحقق من البيانات المحمولة جواً أن استخدام تقدير المجموعة يعد بتقليل الأخطاء العشوائية من الأدوات وطرق المعالجة المختلفة، ولكنه لا يزال يتطلب تحقيقًا أكثر شمولاً وتصحيحًا للأخطاء المنهجية. وجدنا أن اختيار المشهد ومعالجة DEM والتسجيل المشترك لها أكبر تأثير على النتائج. يمكن أن تظل خطوات المعالجة الأخرى، مثل معالجة فراغات البيانات المكانية أو الاختلافات في فترات المسح أو اختراق الرادار، مهمة للحالات الفردية. يجب أن تركز الأبحاث المستقبلية على اختبار التطبيقات المختلفة لخطوات المعالجة الفردية (مثل التسجيل المشترك) ومعالجة القضايا المتعلقة بالتصحيحات الزمنية واختراق الرادار وتغيرات المنطقة الجليدية وتحويل الكثافة. أخيرًا، هناك حاجة واضحة لمجتمعنا لتطوير أفضل الممارسات، واستخدام برامج مفتوحة وقابلة للتكرار، وتقييم عدم اليقين العام من أجل تعزيز المقارنة البينية وتمكين رؤى العمليات المادية عبر دراسات تغيير ارتفاع الأنهار الجليدية.

This study aims at improving our understanding of observed runoff changes in two glacier covered headwater catchments of the Tarim River in north-west China over the last 50 years, as well as at assessing possible future changes of glaciers and the water balance due to climate change. To this end, we applied an approach based on hydrological modeling. In order to increase the robustness of the results, the model was calibrated in a multi-objective way using daily runoff data, long-term runoff trends, and glacier mass balance data. The results show that the runoff increase over the last 50 years is to a large extent due to an increase in air temperature and an associated increase in glacier melt. Simulations with climate scenarios indicate a further temperature-induced increase of glacier melt in the beginning of the 21st century, but then glacier melt declines due to decreasing glacier areas. Decreasing glacier melt and increasing evapotranspiration result, despite projected increases in precipitation, in decreases of total discharge in 2070-2099 compared to 1971-2000. Целью данного исследования является анализ наблюдаемых изменений стока в двух горно-ледниковых бассейнов р. Тарима на северо-западе Китая за последние 50 лет, а также оценка возможных будущих изменений ледников и водного баланса, вызванные изменением климата. Для этой цели использовалась гидрологическая модель. Чтобы повысить надежность результатов, модель была откалибрована многоцелевым методом на основе ежедневных данных расходов воды, долгосрочных трендах и балансе массы ледников. Результаты показывают, что увеличение расходов за последние 50 лет во многом связано с увеличением температуры и связынным с этим усилением таяния ледников. Моделирование по климатическим сценариям показывает сперва дальнейшее увеличение талого стока связанного с повышением температуры в XXI веке, однако в дальнейшем с уменьшением ледниковой массы, результаты указывают на значительное снижение ледникового стока. Вместе с увеличением испарения это приводит к уменьшению общего расхода в 2070-2099 гг. по сравнению с 1971-2000 гг.

Este conjunto de datos proporciona valores atípicos de cambio de elevación (en metros) eliminados y llenos de huecos de los glaciares en el Muztagh Ata y el macizo occidental de Nyainqentanglha en la Alta Montaña de Asia de 2020 a 2022. Cet ensemble de données fournit des valeurs aberrantes de changement d'altitude (en mètres) des glaciers dans le massif du Muztagh Ata et du Nyainqentanglha occidental en Asie de haute montagne de 2020 à 2022. This data set provides outlier removed, gap filled elevation change values (in meters) of the glaciers in the Muztagh Ata and Western Nyainqentanglha massif in High Mountain Asia from 2020 to 2022. توفر مجموعة البيانات هذه قيم تغيير الارتفاع المملوءة بالفجوة (بالأمتار) للأنهار الجليدية في جبل مزطغ آتا وغرب نياينكينتانغلها في آسيا الجبلية العالية من عام 2020 إلى عام 2022.