Simulation of the dynamics of the Hansbreen tidal glacier (Svalbard) based on the stochastic model

The dynamics of the Hansbreen tidal glacier (Svalbard) is manifested at different time scales. In addition to the long-term trend, there are noticeable inter-annual fluctuations. And the last ones are precisely the subject of this work. Based on general conclusions of the theory of temporal dynamics...

Full description

Bibliographic Details
Published in:Journal of Geophysical Research: Earth Surface
Main Authors: A. Kislov V., A. Glazovsky F., А. Кислов В., А. Глазовский Ф.
Other Authors: A.V.Kislov was supported by the RFBR grant № 18-05-60147 and the State funding АААА-А16-116032810086-4. A.F.Glazovsky was supported by the RFBR grant № 18-05-60109 and acknowledge funding from the State Contract 0148-2019-0004 (АААА-А19-119022190172-5)., А.В. Кислов благодарен за поддержку этой работы гранту РФФИ № 18-05-60147 и финансированию госбюджетной темы АААА-А16-116032810086-4. А.Ф. Глазовский благодарен за поддержку этой работы гранту РФФИ № 18-05-60109 и финансированию по Госзаданию 0148-2019-0004 (АААА-А19-119022190172-5).
Format: Article in Journal/Newspaper
Language:Russian
Published: IGRAS 2019
Subjects:
Online Access:https://ice-snow.igras.ru/jour/article/view/603
https://doi.org/10.15356/2076-6734-2019-4-441
id ftjias:oai:oai.ice.elpub.ru:article/603
record_format openpolar
institution Open Polar
collection Ice and Snow
op_collection_id ftjias
language Russian
topic modeling
Svalbard
tidal (tidewater) glacier
the Fokker-Plank equation
the Langevin equation
моделирование
приливный ледник
уравнение Ланжевена
уравнение Фоккера–Планка
Шпицберген
spellingShingle modeling
Svalbard
tidal (tidewater) glacier
the Fokker-Plank equation
the Langevin equation
моделирование
приливный ледник
уравнение Ланжевена
уравнение Фоккера–Планка
Шпицберген
A. Kislov V.
A. Glazovsky F.
А. Кислов В.
А. Глазовский Ф.
Simulation of the dynamics of the Hansbreen tidal glacier (Svalbard) based on the stochastic model
topic_facet modeling
Svalbard
tidal (tidewater) glacier
the Fokker-Plank equation
the Langevin equation
моделирование
приливный ледник
уравнение Ланжевена
уравнение Фоккера–Планка
Шпицберген
description The dynamics of the Hansbreen tidal glacier (Svalbard) is manifested at different time scales. In addition to the long-term trend, there are noticeable inter-annual fluctuations. And the last ones are precisely the subject of this work. Based on general conclusions of the theory of temporal dynamics of the massive inertial objects, the observed inter-annual changes in the length of the glacier can be explained as a result of the accumulation of anomalies of the heat fluxes and water flows. In spite the fact that the initial model of glacier dynamics is deterministically based on the physical law of conservation of ice mass (the so-called the «minimal model» was used), the model of length change is interpreted as stochastic. From this standpoint, it is the Langevin equation, which includes the effect of random temperature anomalies that can be interpreted as a white noise. From a mathematical point of view, this process is analogous to Brownian motion, i.e. the length of the Hansbreen glacier randomly fluctuates in the vicinity of its stable equilibrium position. Based on the Langevin equation, we passed to the Fokker–Planck equation, the solution of which allowed us to obtain the distribution function of the probabilities of interannual fluctuations of glacier length, which is close to the normal law. It was shown that the possible range of the variability covers the observed interval of the length fluctuations. The pdf is close to normal distribution. Для моделирования межгодовой динамики длины ледника Ханса на Шпицбергене использована «минимальная модель», интерпретируемая как стохастическое уравнение Ланжевена с переходом к уравнению Фоккера–Планка. Получена формула, выражающая дисперсию колебаний длины ледника в зависимости от его параметров. Сопоставление расчётов с данными наблюдений позволило получить хорошие результаты.
author2 A.V.Kislov was supported by the RFBR grant № 18-05-60147 and the State funding АААА-А16-116032810086-4. A.F.Glazovsky was supported by the RFBR grant № 18-05-60109 and acknowledge funding from the State Contract 0148-2019-0004 (АААА-А19-119022190172-5).
А.В. Кислов благодарен за поддержку этой работы гранту РФФИ № 18-05-60147 и финансированию госбюджетной темы АААА-А16-116032810086-4. А.Ф. Глазовский благодарен за поддержку этой работы гранту РФФИ № 18-05-60109 и финансированию по Госзаданию 0148-2019-0004 (АААА-А19-119022190172-5).
format Article in Journal/Newspaper
author A. Kislov V.
A. Glazovsky F.
А. Кислов В.
А. Глазовский Ф.
author_facet A. Kislov V.
A. Glazovsky F.
А. Кислов В.
А. Глазовский Ф.
author_sort A. Kislov V.
title Simulation of the dynamics of the Hansbreen tidal glacier (Svalbard) based on the stochastic model
title_short Simulation of the dynamics of the Hansbreen tidal glacier (Svalbard) based on the stochastic model
title_full Simulation of the dynamics of the Hansbreen tidal glacier (Svalbard) based on the stochastic model
title_fullStr Simulation of the dynamics of the Hansbreen tidal glacier (Svalbard) based on the stochastic model
title_full_unstemmed Simulation of the dynamics of the Hansbreen tidal glacier (Svalbard) based on the stochastic model
title_sort simulation of the dynamics of the hansbreen tidal glacier (svalbard) based on the stochastic model
publisher IGRAS
publishDate 2019
url https://ice-snow.igras.ru/jour/article/view/603
https://doi.org/10.15356/2076-6734-2019-4-441
genre glacier
Polar Research
Svalbard
The Cryosphere
Tidewater
genre_facet glacier
Polar Research
Svalbard
The Cryosphere
Tidewater
op_source Ice and Snow; Том 59, № 4 (2019); 452-459
Лёд и Снег; Том 59, № 4 (2019); 452-459
2412-3765
2076-6734
op_relation https://ice-snow.igras.ru/jour/article/view/603/350
Яния Я., Мачерет Ю.Я., Наварро Ф.Х., Глазовский А.Ф., Василенко Е.В., Лапасаран Х., Гловацки П., Мигала К., Балут А., Пивовар Б.А. Вариации гидротермической структуры политермического ледника Ханс на Шпицбергене // МГИ. 2005. № 99. С. 75–88.
WGMS. Fluctuations of Glaciers Database. 2018. World Glacier Monitoring Service, Zürich, Switzerland. Online access: 04.04.2019. http://dx.doi.org/10.5904/ wgms-fog-2018-11.
Vieli A., Jania J., Kolondra L. The retreat of a tidewater glacier: observations and model calculations on Hansbreen, Spitsbergen // Journ. of Glaciology. 2002. V. 48. № 163. P. 592–600. https://doi. org/10.3189/172756502781831089.
Blaszczyk M., Jania J.A., Kolondra L. Fluctuations of tidewater glaciers in Hornsund Fjord (Southern Svalbard) since the beginning of the 20th century // Polish Polar Research. 2003. V. 34. № 4. P. 327–352. doi:10.2478/popore-2013-0024.
Oerlemans J., Jania J., Kolondra L. Application of a minimal glacier model to Hansbreen, Svalbard // The Cryosphere. 2011. V. 5. № 1. P. 1–11. doi:10.5194/tc5-1-2011.
Otero J., Navarro F., Lapazaran J.J., Welty E., Puczko D., Finkelnbrug R. Modeling the controls on the front position of a tidewater glacier in Svalbard // Frontiers in Earth Science. 2017. V. 5. P. 200–214. https://doi.org/10.3389/feart.2017.00029.
Reichert B.K., Bengtsson L., Oerlemans J. Recent glacier retreat exceeds internal variability // Journ. of Climate. 2002. V. 15. № 21. P. 3069–3081. https://doi. org/10.1175/1520-0442(2002)0152.0. CO;2.
Oerlemans J. Minimal glacier models. Igitur: Utrecht Publishing & Archiving Services. Universiteitsbibliotheek Utrecht, 2008. 91 p.
Cuffey K., Paterson W.S.B. The physics of glaciers. London: Academic Press, 2010. 704 p.
Демченко П.Ф., Кислов А.В. Стохастическая динамика природных объектов. Броуновское движение и геофизические примеры. М.: ГЕОС, 2010. 190 с.
Кислов А.В., Демченко П.Ф. Анализ эволюционных задач географии на основе математического аппарата броуновского движения // Вестн. МГУ. Сер. 5: География. 2012. № 2. С. 7–13. http://www.geogr.msu.ru/structure/vestnik/2012_2.php.
Kislov A.V., Morozova P.A. The Grosser Aletschgletscher dynamics: from a «Minimal model» to a stochastic equation // Geography. Environment. Sustainability. 2016. V. 9. № 1. P. 21–27. https:// doi.10.15356/2071-9388_01v09_2016_02.
Bassis J. The statistical physics of iceberg calving and the emergence of universal calving laws // Journ. of Glaciology. 2011. V. 57. № 201. P. 3–16. doi:10.3189/002214311795306745.
Hasselmann K. Stochastic climate models. Part 1. Theory // Tellus. 1976. V. 28. № 6. P. 473–485. https:// doi.org/10.1111/j.2153-3490.1976.tb00696.x.
Рытов С.М. Введение в статистическую радиофизику. Ч. 1. Случайные процессы. М.: Наука, 1976. 496 с.
Кляцкин В.И. Стохастические уравнения глазами физика. М.: Физматлит, 2001. 528 с.
Хромов С.П., Петросянц М.А. Метеорология и климатология. М.: Изд-во МГУ; М.: Изд-во РАН, 2006. 582 с.
https://ice-snow.igras.ru/jour/article/view/603
doi:10.15356/2076-6734-2019-4-441
op_rights Authors who publish with this journal agree to the following terms:Authors retain copyright and grant the journal right of first publication with the work simultaneously licensed under a Creative Commons Attribution License that allows others to share the work with an acknowledgement of the work's authorship and initial publication in this journal.Authors are able to enter into separate, additional contractual arrangements for the non-exclusive distribution of the journal's published version of the work (e.g., post it to an institutional repository or publish it in a book), with an acknowledgement of its initial publication in this journal.Authors are permitted and encouraged to post their work online (e.g., in institutional repositories or on their website) prior to and during the submission process, as it can lead to productive exchanges, as well as earlier and greater citation of published work (See The Effect of Open Access).
Авторы, публикующие статьи в данном журнале, соглашаются на следующее:Авторы сохраняют за собой авторские права и предоставляют журналу право первой публикации работы, которая по истечении 6 месяцев после публикации автоматически лицензируется на условиях Creative Commons Attribution License , что позволяет другим распространять данную работу с обязательным сохранением ссылок на авторов оригинальной работы и оригинальную публикацию в этом журнале.Редакция журнала будет размещать принятую для публикации статью на сайте журнала до выхода её в свет (после утверждения к печати редколлегией журнала). Авторы также имеют право размещать их работу в сети Интернет (например в институтском хранилище или персональном сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению и большему количеству ссылок на данную работу (См. The Effect of Open Access).
op_doi https://doi.org/10.15356/2076-6734-2019-4-44110.3189/17275650278183108910.2478/popore-2013-002410.5194/tc5-1-201110.3389/feart.2017.0002910.1175/1520-0442(2002)0152.010.3189/00221431179530674510.1111/j.2153-3490.1976.tb00696.x
container_title Journal of Geophysical Research: Earth Surface
container_volume 123
container_issue 5
container_start_page 1035
op_container_end_page 1051
_version_ 1810445284615913472
spelling ftjias:oai:oai.ice.elpub.ru:article/603 2024-09-15T18:07:55+00:00 Simulation of the dynamics of the Hansbreen tidal glacier (Svalbard) based on the stochastic model Моделирование динамики приливного ледника Ханса (Шпицберген) на основе стохастической модели A. Kislov V. A. Glazovsky F. А. Кислов В. А. Глазовский Ф. A.V.Kislov was supported by the RFBR grant № 18-05-60147 and the State funding АААА-А16-116032810086-4. A.F.Glazovsky was supported by the RFBR grant № 18-05-60109 and acknowledge funding from the State Contract 0148-2019-0004 (АААА-А19-119022190172-5). А.В. Кислов благодарен за поддержку этой работы гранту РФФИ № 18-05-60147 и финансированию госбюджетной темы АААА-А16-116032810086-4. А.Ф. Глазовский благодарен за поддержку этой работы гранту РФФИ № 18-05-60109 и финансированию по Госзаданию 0148-2019-0004 (АААА-А19-119022190172-5). 2019-12-01 application/pdf https://ice-snow.igras.ru/jour/article/view/603 https://doi.org/10.15356/2076-6734-2019-4-441 rus rus IGRAS https://ice-snow.igras.ru/jour/article/view/603/350 Яния Я., Мачерет Ю.Я., Наварро Ф.Х., Глазовский А.Ф., Василенко Е.В., Лапасаран Х., Гловацки П., Мигала К., Балут А., Пивовар Б.А. Вариации гидротермической структуры политермического ледника Ханс на Шпицбергене // МГИ. 2005. № 99. С. 75–88. WGMS. Fluctuations of Glaciers Database. 2018. World Glacier Monitoring Service, Zürich, Switzerland. Online access: 04.04.2019. http://dx.doi.org/10.5904/ wgms-fog-2018-11. Vieli A., Jania J., Kolondra L. The retreat of a tidewater glacier: observations and model calculations on Hansbreen, Spitsbergen // Journ. of Glaciology. 2002. V. 48. № 163. P. 592–600. https://doi. org/10.3189/172756502781831089. Blaszczyk M., Jania J.A., Kolondra L. Fluctuations of tidewater glaciers in Hornsund Fjord (Southern Svalbard) since the beginning of the 20th century // Polish Polar Research. 2003. V. 34. № 4. P. 327–352. doi:10.2478/popore-2013-0024. Oerlemans J., Jania J., Kolondra L. Application of a minimal glacier model to Hansbreen, Svalbard // The Cryosphere. 2011. V. 5. № 1. P. 1–11. doi:10.5194/tc5-1-2011. Otero J., Navarro F., Lapazaran J.J., Welty E., Puczko D., Finkelnbrug R. Modeling the controls on the front position of a tidewater glacier in Svalbard // Frontiers in Earth Science. 2017. V. 5. P. 200–214. https://doi.org/10.3389/feart.2017.00029. Reichert B.K., Bengtsson L., Oerlemans J. Recent glacier retreat exceeds internal variability // Journ. of Climate. 2002. V. 15. № 21. P. 3069–3081. https://doi. org/10.1175/1520-0442(2002)0152.0. CO;2. Oerlemans J. Minimal glacier models. Igitur: Utrecht Publishing & Archiving Services. Universiteitsbibliotheek Utrecht, 2008. 91 p. Cuffey K., Paterson W.S.B. The physics of glaciers. London: Academic Press, 2010. 704 p. Демченко П.Ф., Кислов А.В. Стохастическая динамика природных объектов. Броуновское движение и геофизические примеры. М.: ГЕОС, 2010. 190 с. Кислов А.В., Демченко П.Ф. Анализ эволюционных задач географии на основе математического аппарата броуновского движения // Вестн. МГУ. Сер. 5: География. 2012. № 2. С. 7–13. http://www.geogr.msu.ru/structure/vestnik/2012_2.php. Kislov A.V., Morozova P.A. The Grosser Aletschgletscher dynamics: from a «Minimal model» to a stochastic equation // Geography. Environment. Sustainability. 2016. V. 9. № 1. P. 21–27. https:// doi.10.15356/2071-9388_01v09_2016_02. Bassis J. The statistical physics of iceberg calving and the emergence of universal calving laws // Journ. of Glaciology. 2011. V. 57. № 201. P. 3–16. doi:10.3189/002214311795306745. Hasselmann K. Stochastic climate models. Part 1. Theory // Tellus. 1976. V. 28. № 6. P. 473–485. https:// doi.org/10.1111/j.2153-3490.1976.tb00696.x. Рытов С.М. Введение в статистическую радиофизику. Ч. 1. Случайные процессы. М.: Наука, 1976. 496 с. Кляцкин В.И. Стохастические уравнения глазами физика. М.: Физматлит, 2001. 528 с. Хромов С.П., Петросянц М.А. Метеорология и климатология. М.: Изд-во МГУ; М.: Изд-во РАН, 2006. 582 с. https://ice-snow.igras.ru/jour/article/view/603 doi:10.15356/2076-6734-2019-4-441 Authors who publish with this journal agree to the following terms:Authors retain copyright and grant the journal right of first publication with the work simultaneously licensed under a Creative Commons Attribution License that allows others to share the work with an acknowledgement of the work's authorship and initial publication in this journal.Authors are able to enter into separate, additional contractual arrangements for the non-exclusive distribution of the journal's published version of the work (e.g., post it to an institutional repository or publish it in a book), with an acknowledgement of its initial publication in this journal.Authors are permitted and encouraged to post their work online (e.g., in institutional repositories or on their website) prior to and during the submission process, as it can lead to productive exchanges, as well as earlier and greater citation of published work (See The Effect of Open Access). Авторы, публикующие статьи в данном журнале, соглашаются на следующее:Авторы сохраняют за собой авторские права и предоставляют журналу право первой публикации работы, которая по истечении 6 месяцев после публикации автоматически лицензируется на условиях Creative Commons Attribution License , что позволяет другим распространять данную работу с обязательным сохранением ссылок на авторов оригинальной работы и оригинальную публикацию в этом журнале.Редакция журнала будет размещать принятую для публикации статью на сайте журнала до выхода её в свет (после утверждения к печати редколлегией журнала). Авторы также имеют право размещать их работу в сети Интернет (например в институтском хранилище или персональном сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению и большему количеству ссылок на данную работу (См. The Effect of Open Access). Ice and Snow; Том 59, № 4 (2019); 452-459 Лёд и Снег; Том 59, № 4 (2019); 452-459 2412-3765 2076-6734 modeling Svalbard tidal (tidewater) glacier the Fokker-Plank equation the Langevin equation моделирование приливный ледник уравнение Ланжевена уравнение Фоккера–Планка Шпицберген info:eu-repo/semantics/article info:eu-repo/semantics/publishedVersion 2019 ftjias https://doi.org/10.15356/2076-6734-2019-4-44110.3189/17275650278183108910.2478/popore-2013-002410.5194/tc5-1-201110.3389/feart.2017.0002910.1175/1520-0442(2002)0152.010.3189/00221431179530674510.1111/j.2153-3490.1976.tb00696.x 2024-06-28T03:05:47Z The dynamics of the Hansbreen tidal glacier (Svalbard) is manifested at different time scales. In addition to the long-term trend, there are noticeable inter-annual fluctuations. And the last ones are precisely the subject of this work. Based on general conclusions of the theory of temporal dynamics of the massive inertial objects, the observed inter-annual changes in the length of the glacier can be explained as a result of the accumulation of anomalies of the heat fluxes and water flows. In spite the fact that the initial model of glacier dynamics is deterministically based on the physical law of conservation of ice mass (the so-called the «minimal model» was used), the model of length change is interpreted as stochastic. From this standpoint, it is the Langevin equation, which includes the effect of random temperature anomalies that can be interpreted as a white noise. From a mathematical point of view, this process is analogous to Brownian motion, i.e. the length of the Hansbreen glacier randomly fluctuates in the vicinity of its stable equilibrium position. Based on the Langevin equation, we passed to the Fokker–Planck equation, the solution of which allowed us to obtain the distribution function of the probabilities of interannual fluctuations of glacier length, which is close to the normal law. It was shown that the possible range of the variability covers the observed interval of the length fluctuations. The pdf is close to normal distribution. Для моделирования межгодовой динамики длины ледника Ханса на Шпицбергене использована «минимальная модель», интерпретируемая как стохастическое уравнение Ланжевена с переходом к уравнению Фоккера–Планка. Получена формула, выражающая дисперсию колебаний длины ледника в зависимости от его параметров. Сопоставление расчётов с данными наблюдений позволило получить хорошие результаты. Article in Journal/Newspaper glacier Polar Research Svalbard The Cryosphere Tidewater Ice and Snow Journal of Geophysical Research: Earth Surface 123 5 1035 1051