46 Jahre glaziologische Massenbilanz des Vernagtferners

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1 Band 45/46 (2011/12) S Z e i t s c h r i f t f ü r Gletscherkunde u n d G l a z i a l g e o l o g i e 2013 by Universitätsverlag Wagner Innsbruck 46 Jahre glaziologische Massenbilanz des Vernagtferners Christoph Mayer Heidi EscherVetter und Markus Weber München Mit 6 Abbildungen Zusammenfassung In diesem Artikel werden die Methodik und ausgewählte Ergebnisse der Massenhaushaltsbestimmung für den Vernagtferner Ötztaler Alpen Österreich geschildert Die Serie beginnt im Jahr 1965 sie zeigt einen anhaltenden starken Massenverlust seit Mitte der 1980er Jahre Die getrennte Betrachtung von Winter und Sommerbilanz belegt die Dominanz der sommerlichen Witterungsverhältnisse Für zwei Extremjahre (1976/77 und 2002/03) werden die Höhengradienten der Gesamtbilanz ebenso wie der Winter und Sommerbilanzen diskutiert wobei die Variabilität in den Winterwerten deutlich geringer ist als in den Sommerwerten 46 years of glaciological mass balance for the Vernagtferner Abstract For this manuscript methods and selected results of the mass balance determination are presented for the Vernagtferner Oetztal Alps Austria The series starts in 1965; it depicts strong continuous mass losses since the middle of the 1980ies The separate discussion of winter and summer balances shows the dominant role of the weather conditions in summer For two contrasting balance years (1976/77 und 2002/03) the altitudinal gradients of total winter and summer balances are presented showing the much smaller variability of the winter accumulation distribution compared to the summer values

2 220 Christoph Mayer Heidi EscherVetter und Markus Weber 1 Einleitung Gletscher repräsentieren keine statischen Eisreserven im Hochgebirge sondern sind dauernden Veränderungen unterworfen die hauptsächlich durch den Energieaustausch mit der Atmosphäre und den Masseneintrag an Schnee bestimmt werden Der Massenhaushalt der Gletscher in mittleren und hohen Breiten unterliegt daher einem saisonalen Zyklus wobei im Winter die Akkumulation und im Sommer die Ablation in Form von Schnee und Eisschmelze als Oberflächenprozesse dominieren Diese direkte Abhängigkeit der Gletscher von atmosphärischen Einflüssen und ihre Trägheit in Bezug auf den Transport von Firn und Eis aus den hochgelegenen Bereichen in die tieferliegenden Gletscherzungen machen sie zu einem höchst geeigneten Indikator der klimatischen Veränderungen (Braithwaite und Zhang 1999) Wetterlagen und Wetterphänomene haben dagegen eine charakteristische Zeitskala von Stunden bis Tagen sie dominieren durch die hohe Amplitude ihrer Variabilität die menschliche Empfindung Klimatische Entwicklungen mit typischen Zeitskalen von Dekaden und einer deutlich geringeren Variabilität werden durch das tägliche Wettergeschehen völlig überdeckt und spielen in der Umwelterfahrung des Menschen praktisch keine Rolle Gletscher wirken dagegen als Tiefpassfilter: ihre Veränderungen spiegeln die langfristigen klimatischen Variationen wieder während das Wettergeschehen keinen nennenswerten Einfluss auf den Massenumsatz von Gletschern hat (Roe 2011) Die Entwicklung der Gletschergeometrie wird in der kleinsten Zeiteinheit von den saisonalen Witterungsbedingungen gesteuert also dem Aufbau einer Schneereserve im Winter und dem Abbau von Schnee und Eisreserven im Sommer während die Massenumverteilung eher gleichmäßig durch den Eistransport erfolgt Für die Beschreibung der Auswirkung des Klimas auf das Gletscherverhalten ist es daher erforderlich eben diese kleinsten zeitlichen Einheiten des Massenumsatzes möglichst genau zu erfassen: einerseits den Aufbau der Reserven während des Winters in der Winterbilanz andererseits die Summe von Akkumulation und Ablation in der Jahresbilanz (Østrem und Brugman 1991) Die entsprechenden Messungen wurden am Vernagtferner im Jahr 1964 begonnen und stellen inzwischen eine der längeren Massenbilanzreihen eines Alpengletschers dar da sie fast zwei klimatische Perioden abdecken Deutlich längere Reihen finden sich nur vereinzelt z B in Skandinavien (Storglaciären/Schweden seit 1946) (Zemp et al 2010) in den Westalpen mit der Serie des Glacier de Sarennes seit 1948 (Vincent et al 2004) und mit dem Hintereisferner in der unmittelbaren Nachbarschaft des Vernagtferners für den seit 1952 Sommer und Winterbilanzen lückenlos vorliegen (Fischer 2010) Allerdings unterscheiden sich die Methoden der Datenerhebung und auswertung die in den verschiedenen Regionen eingesetzt werden im Detail Der folgende Text schildert die Vorgehensweise und ausgewählte Ergebnisse für den Vernagtferner

3 Glaziologische Massenbilanz des Vernagtferners Methoden zur Bestimmung der Massenbilanz Die Oberflächenmassenbilanz eines Gletschers kann mit unterschiedlichen Methoden bestimmt werden Regelmäßige Kartierungen der Oberflächentopographie erlauben die Differenzenbildung und damit die Berechnung des Volumenunterschiedes während des durch die Kartierungen vorgegebenen meist mehrjährigen Zeitabschnitts Allerdings beinhaltet die damit bestimmte Höhenänderung an einem Punkt auch den vertikalen Eistransport was eine punktuelle Bestimmung der Massenbilanz und damit auch des Vertikalprofils der Massenbilanz erschwert bzw unmöglich macht Das Integral über den gesamten Gletscher ( geodätische Bilanz ) gibt dagegen die tatsächliche Volumenänderung des Gletschers wieder Um aus der Volumenänderung die tatsächliche Massenänderung zu bestimmen ist die Kenntnis der Dichte des Materials (Schnee Firn Eis) und eventueller Hohlräume (Spalten Gletschermühlen) notwendig Zudem gehen basale Massenverluste des Gletschers durch die damit verbundene Einsenkung der Oberfläche auch in die geodätische Bilanz ein Die zweite Möglichkeit basiert auf der Bestimmung des Gebietsniederschlags und der Abflussmessung vom Gletscher während der gleichen Periode ( Hydrologische Methode ) Die Differenz zwischen Niederschlag und Abfluss entspricht der Massenbilanz des Gletschers sofern auch andere Verluste wie etwa die Verdunstung bestimmt werden können und die Unsicherheiten in der Bestimmung des Gebiets niederschlags nicht zu groß sind Auch in diesem Fall kann aber nur die Nettobilanz des Gesamtgletschers bestimmt werden während lokale Variationen durch diese Methode nicht aufgelöst werden Bei der glaziologischen Massenbilanzbestimmung wird der Massenumsatz punktuell direkt auf dem Gletscher gemessen und danach über die gesamte Gletscherfläche interpoliert Dabei wird der Massenverlust durch wiederholte Messungen der Länge von im Eis eingebohrten Pegeln ermittelt während die Akkumulation aus der Kombination von Schneehöhenmessungen mit Sondierungen und Dichtemessungen in Schnee bzw Firnschächten ermittelt wird Diese ursprünglich von Ahlmann (1948) auf skandinavischen Gletschern entwickelte Methode erlaubt es einerseits den bis zum Frühjahr akkumulierten Winterschnee zu bilanzieren und andererseits die Nettobilanz am Ende der sommerlichen Schmelzperiode zu quantifizieren Damit können Akkumulations und Ablationsperiode getrennt betrachtet werden Die punktuelle Bestimmung der Bilanz ist dabei sehr zuverlässig da Schneehöhe Abschmelzbetrag und Materialdichte mit hoher Genauigkeit bestimmt werden können Die Qualität der interpolierten Flächenverteilung sowie der integrierten Gesamtbilanz hängt allerdings stark von der Zahl und der gewählten räumlichen Verteilung der Messpunkte sowie dem Interpolationsverfahren ab Untersuchungen zur Repräsentativität von einzelnen Punktmessungen zeigen dass eine Flächendichte der Ablationspegel von 10 Stangen pro Quadratkilometer ausreichend erscheint bei den Akkumulationsschächten genügen normalerweise 4 pro Quadratkilometer (Hoinkes 1970) Dies ist speziell für die Definition der Messpositionen für die Jahresbilanz von Bedeutung Bei der Bestim

4 222 Christoph Mayer Heidi EscherVetter und Markus Weber mung der Winterbilanz ist in der Regel die räumliche Abdeckung durch die Schnee höhenmessungen sehr hoch Der Fehler wird maßgeblich durch die weniger umfassende Ermittlung der räumlichen Dichtevariation bestimmt Es sollten alle Höhenstufen Expositionen und Neigungen der Gletscheroberfläche im Pegelnetzwerk repräsentiert sein damit eine verlässliche Massenbilanzbestimmung erfolgen kann Die Analysen für den Vernagtferner werden im FixedDate System erstellt d h die Massenbilanz wird für den Zeitraum 1 Oktober bis 30 September des Folgejahres bestimmt Die Aufnahme der Winterschneedecke um den 30 April kennzeichnet das Ende der Akkumulationsperiode die Ablationsperiode umfasst demnach den Zeitraum 1 Mai bis 30 September 3 Massenbilanzbestimmungen am Vernagtferner 31 Jahresbilanz Der Vernagtferner erstreckt sich derzeit über ein Höhenintervall von etwa 2800 m bis 3600 m und teilt sich in drei Bereiche auf: den inzwischen völlig eigenständigen Schwarzwandteil die mittlere Zunge (Taschachbereich) und den orograpisch linken Teil des Brochkogelbereichs (Abb 4) Die mittlere Zunge mit ausgedehnten Flächen geringer Neigung repräsentiert den größten Teil der Gletscherfläche des zentralen Vernagtferners aber auch die einzigen größeren Akkumulationsgebiete der letzten Jahre: das Hochvernagtplateau unterhalb der Hochvernagtspitze und die Region des Taschachhochjochs liegen in diesem Teil des Gletschers Der Brochkogelbereich umfasst die höchsten Gebiete des Gletschers am Hinteren Brochkogel die jedoch durch ihre Südexposition und ihre Steilheit schon seit einigen Jahren zum Ablationsgebiet gerechnet werden müssen Die Verteilung der Pegelpositionen und der Lokationen der Firnschächte für die Bestimmung der Jahresmassenbilanz wurde im Laufe der Zeit immer wieder der sich lokal verändernden Charakteristik der Massenbilanz angepasst Während in den 1960er Jahren die relative Akkumulationsfläche (AAR: accumulation area ratio) noch deutlich über 50 % lag beträgt die AAR in den letzten Jahren regelmäßig weniger als 25 % Die Höhe der Gleichgewichtslinie (ELA: equilibrium line altitude) als der mathematisch abgeleiteten mittleren Höhe in der sich Ablation und Akkumulation die Waage halten hat sich in diesem Zeitraum von durchschnittlich 3053 m auf 3260 m erhöht Dementsprechend mussten Pegel für die Ablationsmessungen sukzessive in höheren Gletscherregionen installiert werden Derzeit sind am Vernagtferner 34 Ablationspegel installiert die den überwiegenden Teil des Ablationsgebietes abdecken Nur im steilen Anstieg zur Hochvernagtspitze und in den höheren Zonen des Brochkogelbereiches sind wegen der schwierigen Erreichbarkeit keine Pegel eingebohrt Die Pegel bestehen aus mehreren 2 m langen Holzstangen die mit flexiblen Federn verbunden sind Je nach Höhenlage werden diese Stangensequenzen m in das Eis eingebohrt Bei maximalen Schmelz

5 Glaziologische Massenbilanz des Vernagtferners 223 Abb 1: Karte des Vernagtferners von 2011 mit der Lage der Ablations (Zahlenangaben entsprechend der Pegelnummern) und der Akkumulationsmesspunkte (PHVP GG 1 TJ TJA THJ BRK) Die gelbe Umrandung entspricht der Gletschergrenze von 2009 die rote Linie repräsentiert die Gletschergrenze aus GPSMessungen vom Fig 1: Map of Vernagtferner for the year 2011 including positions of ablation stakes (numbers corresponding to stake numbers) and of the accumulation measurement points (phvp GGl TJ TJA THJ BRK) The yellow line gives the glacier extension of 2009 the red line represents the glacier margin based on GPS measurements of29 September 2011 raten von 45 m pro Jahr kann somit die Ablation mindestens drei Jahre lang gemessen werden bevor der Pegel erneut in das Eis gebohrt werden muss Die Akkumulation wird derzeit an drei aus verlängerbaren Aluminiumrohren bestehenden Pegeln gemessen die in den verbliebenen Akkumulationsgebieten auf dem Hochvernagtplateau am Sexenjoch und am Taschachhochjoch eingebohrt sind Die ehemaligen Akkumulationspegel am Taschachjoch und unterhalb des Hinteren Brochkogels befinden sich schon seit einigen Jahren in der Ablationszone An den Pegeln wird der Massenzuwachs durch die Längenmessung des Pegels und die Dichtemessung des Firns von der Oberfläche bis zur letztjährigen Sommeroberfläche in Schnee schächten bestimmt Dieser Sommerhorizont wird durch eine Farbmarkierung gekennzeichnet um dessen Identifikation zu erleichtern Etwa 12 m nordwestlich des Pegels am Taschachhochjoch wurde 2010 ein Metallgitter eingebracht das als Referenzhorizont fiir Schneeradarmessungen dient und damit die Datierung von Jahreshorizonten ermöglicht

6 224 Christoph Mayer Heidi EscherVetter und Markus Weber Die Bestimmung der Massenbilanz erfolgt rasterbasiert und erfordert eine Reihe von Prozessierungsschritten Die Analyse wird jeweils auf dem neuesten verfügbaren digitalen Geländemodell durchgeführt Falls möglich werden auch aktualisierte Gletschergrenzen für die Berechnungen herangezogen (vgl Abb 1) Zusätzlich zu den Pegelmessungen wird die Firnlinie (bzw die Altschneegrenze falls diese tiefer liegt) als Äquivalent der Gleichgewichtslinie berücksichtigt Diese wird entweder aus Bilddokumenten von Befliegungen oder aus den Aufnahmen der automatischen Kameras am Schwarzkögele rekonstruiert Die an der Gleichgewichtslinie auf Null gesetzten Massenbilanzwerte werden zusammen mit den Messwerten an den Ablations pegelpositionen auf ein Raster des Gletschers interpoliert (Pixelgröße 10 m) Ein Test verschiedener Interpolationsalgorithmen hat ergeben dass die KrigingMethode bei der gegebenen Pegelverteilung die realistischsten Ergebnisse liefert Für die Akkumulationsgebiete reichen die Punktinformationen von den drei Messstellen nicht aus da auch vereinzelte Akkumulationsflächen an anderen Orten existieren Daher wird für die Akkumulationszone eine Wichtungsfunktion verwendet die auf den gemessenen Schneeverteilungen basiert und mit den Messwerten an den Pegeln skaliert wird Die gewichteten Akkumulationswerte werden mit den anderen Punktmessungen kombiniert und dann auf die Gletscherfläche interpoliert Das daraus erzeugte Massenbilanzraster wird dann für die weiteren Berechnungen der Gesamtmassenbilanz der Höhenabhängigkeit der Massenbilanz sowie des AAR in das Programmpaket ArcGIS importiert Diese Vorgehensweise wird am Vernagtferner seit 2004 angewendet Für die Jahre von 1965 bis 2003 wurde folgendes Verfahren verwendet: Linien gleicher Akku mulation bzw Ablation wurden auf die Karte bzw den Schichtlinienplan des Gletschers übertragen (typischerweise im Maßstab 1:10000) Diese Linien wurden durch Triangulation zwischen den Messpunkten ermittelt wobei die charakteristischen Ablations muster aus vergangenen Jahren jeweils mit berücksichtigt wurden Zudem ist für die Konstruktion der Isolinien auch die Geländeform berücksichtigt worden (Reinhardt und Rentsch 1986; siehe Abb 4 als Beispiel für die Haushaltsjahre 1976/77 und 2002/03) Die hohe Anzahl von Ablationspegeln erlaubte eine relativ genaue Lagebestimmung der Isolinien für weite Teile des Ablationsgebietes Für die Akkumulationsverteilung wurden die Messungen der Frühjahrsbegehung Ende April (siehe unten) verwendet um eine charakteristische Form der Isolinien in diesem Gebiet zu erhalten In den ersten 23 Jahren wurde die sich daran anschließende Flächenintegration durch Planimetrierung ermittelt seit 1987 erfolgt dies digital 32 Winterbilanzen Jeweils möglichst zum 30 April wird die Schneeverteilung auf dem Vernagtferner durch Sondierungen ermittelt Dazu werden auf fünf bis sechs Messprofilen in den einzelnen Teilbereichen des Gletschers insgesamt Einzelsondierungen der

7 Glaziologische Massenbilanz des Vernagtferners 225 Schneedicke durchgeführt Eine räumlich hoch aufgelöste Analyse der Schneehöhenverteilung mittels flugzeuggestützter Laserscans ergab für den Winter 2011 ein sehr homogenes Bild der Schneehöhenverteilung auf dem Gletscher Diese Erkenntnis deckt sich mit aufgenommenen Radartranssekten aus den Jahren 2010 und 2011 (vgl auch Plattner et al 2006) Abgesehen von kleinräumigen lokalen Inhomogenitäten wie Windverlagerungen hinter Graten oder Lawinenakkumulation ist der dominierende Faktor der räumlichen Variabilität ein leichter Höhengradient (vgl Abb 6) Mittels einer Analyse der Radardaten der aufgenommenen Profile vom April 2010 konnte eine Dichtevariation entlang der Radarmessungen von maximal +/ 10 % beobachtet werden Die Schneehöhen entlang der Messprofile variierten für diese Untersuchung um +/ 30 % Daraus ergibt sich eine gewisse Höhenabhängigkeit der Wasserwerte des Winterschnees (vgl Abschn 44) Mithilfe von durchschnittlich vier bis sechs zusätzlichen Schneeschächten welche über den Gletscher auf verschiedenen Höhenstufen verteilt sind lässt sich somit die Dichteverteilung der Schneedecke sehr gut bestimmen Über die Jahre weichen die Dichtewerte der einzelnen Schächte in der Regel nur wenig voneinander ab die gemittelte Standardabweichung für diesen Zeitraum beträgt 22 kg/m³ (EscherVetter et al 2009) Der Wertebereich aller Jahre reicht von 330 kg/m³ bis 480 kg/m³ mit einem Mittelwert von 400 kg/m³ ±35 kg/m³ Aufgrund der geringen räumlichen Variation ist es möglich die jährlichen SondierungsSchneehöhen entlang der Messprofile mit der mittleren Dichte aller Schächte in Wasserwerte der Schneedecke umzurechnen Die beste Korrelation liefert die Interpolation der Höhenverteilung des Wasseräquivalents mit einem Polynom wobei dieses nur für den Höhenbereich mit tatsächlich gemessenen Werten angewendet wird; außerhalb dieses Bereichs wird der jeweilige Randwert konstant gehalten (vgl Abb 6) Die Multiplikation mit den mittleren Flächen für jeweils 50mHöhenstufen und die Integration über die Gletscherfläche liefert den Gesamtwert des Wasseräquivalents der Winterschneedecke für den Gletscher Eine ausführliche Beschreibung der Methodik findet sich bei EscherVetter et al (2009) 33 Sommerbilanzen Die Sommerbilanzen für die Gesamtfläche des Vernagtferners ergeben sich aus der Differenz der Winterbilanzwerte und der für die ganze Gletscherfläche bestimmten Gesamtmassenbilanz Diese Werte wurden bisher immer nur für den Gesamtgletscher ermittelt im Gegensatz zur Höhenverteilung von Akkumulations und Ablationswerten am Ende des Haushaltsjahres die für die ganze Zeitreihe in 50mHöhenintervallen vorliegt (wwwglaziologiede) In Abschn 44 werden für zwei Extremjahre der Serie erstmals auch die Höhengradienten der Sommerbilanzen gezeigt

8 226 Christoph Mayer Heidi EscherVetter und Markus Weber 4 Ergebnisse 41 Kumulative Gesamtmassenbilanzen Die kumulative Reihe der Massenbilanzen des Vernagtferners (Abb 2) weist zwei Phasen mit positiven Werten auf (1964/65 bis 1967/68 und 1973/74 bis 1980/81) Die größten Massengewinne wurden mit 751 mm WW bzw 632 mm WW in den ersten beiden Jahren der Beobachtung gemessen (vgl Abb 3) Die Gewinne aus beiden Zuwachsphasen waren aber bereits in der Mitte der 1980er Jahre aufgezehrt und seither hat die ununterbrochene Reihe von Jahren mit negativen Massenbilanzen zu einem Verlust von im Mittel 175 m WW bezogen auf den Beginn der Messungen im Haushaltsjahr 1964/65 über die ganze Gletscherfläche geführt Besonders auffällig ist der starke Massenschwund in der ersten Dekade des 21 Jahrhunderts der Mittelwert der Jahre 2005/06 bis 2010/11 beträgt 880 mm WW Mit der mittleren Dichte von Eis ergibt sich somit im Mittel über die ganze Gletscherfläche ein Verlust von etwa 1 m Eismächtigkeit pro Jahr Der Trend zu immer negativeren Massenbilanzen hat mehrere Ursachen darunter die insbesondere in der letzten Dekade deutliche zunehmende Anzahl von Tagen mit positiven Lufttemperaturen über dem Gletscher (Braun et al 2013) Dadurch wächst die Fläche des Ablationsgebietes nicht nur in Relation zur Gesamtfläche des Gletschers sondern auch absolut (Abb 2) Gleichzeitig verringert sich die Größe des Akkumulationsgebietes und damit die Fläche möglicher positiver Beiträge zur Massenbilanz Eine Massenzunahme ist nur in den wenigen Zeiträumen zu beobachten in denen das Akkumulationsgebiet deutlich größer als das Ablationsgebiet ist Dies ist am Anfang der Reihe und zwischen 1975 und 1981 der Fall Die Fläche mit Massenzuwachs beträgt in den letzten Jahren nur etwas mehr als 1 km 2 gegenüber 7 km 2 mit Massenabnahme Im Jahr 2003 mit der bislang negativsten Massenbilanz fand überhaupt keine NettoAkkumulation mehr statt (siehe dazu auch die Abschnitte 43 und 44) Die Tendenz zur Verkleinerung der Akkumulationsfläche zeigt dass der Vernagtferner für die gegenwärtigen klimatischen Bedingungen weit von einem ausgeglichenen Zustand entfernt ist so dass auch in der Zukunft negative Massenbilanzen in ähnlicher Größenordnung zu erwarten sind Der fortschreitenden Ausdehnung des Ablationsgebietes in größere Höhen steht die obere Gletschergrenze nahe den Gebirgskämmen entgegen was zwangsläufig zu einer drastischen Verminderung des Akkumulationsgebietes führt Die gesamte Entwicklung führte zu der bereits angesprochenen Abtrennung des Schwarzwandteils im Jahr 2006 und es ist zu erwarten dass auch der mittlere und östliche Bereich in wenigen Jahren in eigenständige Eiskörper getrennt werden Eine detaillierte Analyse des abweichenden Verhaltens der verschiedenen Gletscherbereiche des Vernagtferners wurde von Reinwarth und EscherVetter (1999) durchgeführt Sie kamen zu dem Schluss dass die unterschiedliche FlächenHöhenverteilung der drei Teilgebiete einen maßgeblichen Einfluss auf die Massenbilanzen ausübt Dagegen spielt die Variation der Einstrahlungsverhältnisse in den unterschiedlich exponierten Geländeteilen erst in zweiter Linie eine Rolle

9 Glaziologische Massenbilanz des Vernagtferners f 0 E S N 5 :0 c Q) Cf) Cf) 10 Cl Cf) E 15 :::J ::: 8 6 5t () ::::r CD " Jahr Abb 2: Kumulative spezifische Massenbilanz Gesamtfläche und Fläche des Ablationsgebietes des Vernagtferners von 1964 bis 2011 Fig 2: Cumulative specific mass balance total area and ablation area ofvernagtferner Ähnliche Beobachtungen wurden auch am Hintereisferner gemacht der zu Beginn der Messungen in den 1950er Jahren bis in Höhenlagen von 2400 m NN reichte und damit deutlich negativere Massenbilanzen aufwies als der Vernagtferner Das Muster der Massengewinne und verluste ist jedoch bei diesem nur wenige Kilometer entfernten Gletscher durchaus vergleichbar 42 Jährliche Winter und Sommermassenbilanzserie Die Erhebung der Winterrücklage am Ende der Akkumulationsperiode begann im Jahr 1966 Wie in Abb 3 dargestellt weisen die winterlichen Massengewinne zwar eine gewisse Variation auf der lineare Trend über den Gesamtzeitraum ist aber mit einer Abnahme von 37 mm/a wesentlich geringer als derjenige für die Sommerbilanz (21 mm/a) oder für die Gesamtbilanz (26 mm/a) Die Gesamtbilanz wird daher vornehmlich durch das Abschmelzen im Sommer dominiert Die leichte Abnahme des Winterniederschlags spielt nur eine untergeordnete Rolle Ob sich in den niedrigeren Werten seit 2004 bereits eine klare Tendenz zur Niederschlagsabnahme im Winter abzeichnet kann derzeit noch nicht statistisch abgesichert werden

10 228 CHRISTOPH MAYER HEIDI ESCHERVETTER und MARKUS WEBER f E 0 s N c ai 1000 N Q) Cl (/) 2000 "F 11 "I " J J r" _ i"" r a I I I I 1 I I I I 1 I I 1 1""1" Jahr Abb 3: Jahreswerte von spezifischer Winter Sommer und Gesamtmassenbilanz des Vernagtferners rur die Periode 1964/65 bis 2010/11 inklusive der linearen Trends der einzelnen Parameter (blau: Winterbilanz rot: Sommerbilanz gelb: Gesamtbilanz) Fig 3: Annual values of winter summer and total mass balance ofvernagtferner for the period 1964/65 to 2010/11 including the linear trends of the individual parameters (blue: winter balance red: summer balance yellow: total balance) 43 Massenbilanzverteilung am Beispiel der Haushaltsjahre 1976/77 und 2002/03 In Abb 4 ist die flächenmäßige Verteilung der Ablation bzw Akkumulation für die Haushaltsjahre 1976/77 mit deutlich positiver Massenbilanz (oben) und 2002/03 mit den bisher größten Massenverlusten (unten) wiedergegeben Die farbigen Intervalle basieren auf manuell analysierten Isolinien der spezifischen Massenbilanz und repräsentieren im Ablationsgebiet einen Abstand von 500 mm WW im Akkumulationsgebiet von 300 mm WW Die Basiskarten entsprechen den Schichtlinienplänen von 1979 bzw 2003 Die Witterungsverhältnisse im Jahr 1976/77 ließen nur eine geringe Ausdehnung des Ablationsgebietes zu Die Begrenzungslinie zwischen Ablationsund Akkumulationsgebiet stellt die NullLinie der Massenbilanz (die G leichgewichtslinie) dar und entspricht dem Farbwechsel von hellgrün nach hellblau Die Fläche des Akkumulationsgebietes nahm 88 % der Gesamtfläche des Gletschers ein Die Analyse zeigt neben einer tendenziellen Zunahme mit der Höhe auch eine heterogene Verteilung der Akkumulationsbeiträge im Gelände die hauptsächlich durch

11 Glaziologische Massenbilanz des Vernagtferners /77 b=+o35 m N t Sohw "dbre;oh 2002/03 b=213 m Or= 5'=O==190'00 m >12 m 09 12m m 03 06m o m m 05 10m 10 15m 15 20m m m m m m <45 m Vernagtferner Massenbilanz [m WW] Abb 4: Verteilung der spezifischen Massenbilanz für die Jahre 1976/77 und 2002/03 Fig_ 4: Specific mass balance distribution for the years 1976/77 and 2002/03

12 230 Christoph Mayer Heidi EscherVetter und Markus Weber die Reliefform geprägt wird Die maximalen Beträge mit über 12 m WW finden sich eng begrenzt in Senken im Leebereich unterhalb der Gipfel Direkt daneben gibt es auch windexponierte Orte an denen über das Jahr nur sehr wenig oder auch gar kein Schnee akkumuliert wird Das generelle Verteilungsmuster bleibt über viele Massenhaushaltsjahre in ähnlicher Weise erhalten vergleichbar mit der Ortsfestigkeit von Regenpfützen auf der Straße Weniger die Ausprägung der Extrema sondern vielmehr die Ausdehnung des Akkumulationsgebietes führt letztlich zu einem Flächen mittel der Massenbilanz von +352 mm WW und somit zu einem der positivsten Massenhaushalte der gesamten Messreihe Ein völlig anderes Bild zeigt die Analyse des Haushaltsjahres 2002/03 Das Ablationsgebiet umfasst hier die gesamte Gletscherfläche Erstmalig in der Messreihe des Vernagtferners fehlen Bereiche mit positiven Massenbilanzen völlig Das allgemeine Muster der Ablationsbeträge ist sehr viel einfacher als das der Akkumulation Die Isolinien sind mit Ausnahme weniger Bereiche in Schattenlagen durch den in Abschnitt 44 erläuterten Höhengradienten der Ablation dominiert sie verlaufen somit weitgehend parallel zu den Höhenlinien Im Sommer 2003 betrugen die Schmelzraten auf den tiefsten Bereichen der Gletscherzungen örtlich über 5 m WW und selbst in Höhenlagen oberhalb von 3100 m verlor der Gletscher noch über 2 m an Eismächtigkeit In der Summe wurde mit 213 m WW der bislang negativste Wert in der 46jährigen Messreihe der spezifischen Massenbilanz erreicht 44 Höhenabhängigkeit der spezifischen Massenbilanzen Die Abhängigkeit der spezifischen Massenbilanz von der Meereshöhe ist eine charakteristische Größe eines Gletschers und wird hauptsächlich von der Lage und Geometrie des Gletschers sowie den spezifischen Niederschlags und Schmelzverhältnissen bestimmt Abbildung 5 zeigt für die im Abschnitt 43 behandelten zwei Jahre mit deutlich positiven und stark negativen Massenbilanzen die Abhängigkeit der spezifischen Massenbilanz von der Höhe zusammen mit der FlächenHöhenverteilung des Gletschers Der Sommer 1977 ist durch niedrige Lufttemperaturen und häufige Schneefälle im Gesamtgletschergebiet geprägt Dementsprechend liegt die Gleichgewichtslinie am Ende des Haushaltsjahres mit einer Höhe von 2984 m NN sehr tief und der größte Teil des Gletschers gehört zum Akkumulationsgebiet (siehe auch Abb 4 oben) Im Gegensatz dazu umfasst das Ablationsgebiet im Haushaltsjahr 2002/03 am 30 September die gesamte Gletscherfläche Die hohe Lage der ELA oberhalb des Gletschers ist die Folge der extrem langen sommerlichen Schönwetterperiode die mit 98 Hitzetagen (hier definiert als Tage mit einem Lufttemperaturmaximum von mehr als +10 C an der Pegelstation) rund doppelt so viele aufweist wie der Durchschnitt der neunziger Jahre (50 Hitzetage) In der Verbindung mit hoher Sonneneinstrahlung und praktisch ausschließlich als Regen fallendem Niederschlag führt dieser Witterungsverlauf in allen Höhenlagen im Sommer zu extremen Abschmelzraten

13 Glaziologische Massenbilanz des Vernagtferners Vernagtferner 1977 Vernagtferner I 3200 '0 I Massenänderung (m) bzw Fläche (ha) Massenänderung (m) bzw Fläche (ha) Abb 5: Höhenverteilung der spezifischen Massenbilanz (Linie) und der Gletscherflächenanteile (Treppenkurve) in 50rnStufen für die Jahre 1976/77 und 2002/03 Fig 5: Altitudinal gradients of the specific rnass balance (line) and the glacier area shares (step curve) for 50 rn bands; data apply for the years 1976/77 and 2002/03 Dies zeigt sich sehr deutlich in Abbildung 6 in der die Höhenverteilung der spezifischen Sommer und Winterbilanzen für die beiden Haushaltsjahre gegenübergestellt sind Die Gesamtbilanz Sommer und Winterbilanz der Jahre 1976/77 und 2002/03 zeigt die bisher erfasste maximale Bandbreite der gesamten Serie da für die ersten beiden Haushaltsjahre der Beobachtungen keine Winterrücklagen bestimmt wurden Die dargestellten Resultate beruhen auf den in Abschn 32 geschilderten Analysen der Winterwerte die Sommerwerte ergeben sich aus der Differenz zu den am Ende des Haushaltsjahres gemessenen Gesamtwerten (Abschn 33) beide werden als Mittelwerte für 50mHöhenintervalle angegeben Für beide Bilanzjahre zeigen die Winterwerte im Vergleich zu den Sommer bzw Gesamtwerten nur eine geringe Abhängigkeit von der Höhe Die hier gezeigte Struktur mit den höchsten Winterrücklagewerten im mittleren Bereich des Gletschers findet sich in nahezu allen Haushaltsjahren am Vemagtfemer wieder (Beispiele zeigen EscherVetter et al 2009 oder Moser et al 1986) Dagegen ist bei den Sommerwerten ein starker Höhengradient erkennbar Im Sommer 2003 treten im untersten Zungenbereich im Mittel Verluste von fast 6 m Wasseräquivalent auf und selbst im höchstgelegenen Gletscherteil liegen sie noch bei mehr als 12 m Wasseräquivalent Die Werte im positiven Haushaltsjahr 76/77 sind mit 22 m WW in 2800 m NN vergleichbar mit denjenigen in ca 3300 m NN im Jahr 2002/03 d h etwa 500 m höher Abb 6 verdeutlicht die Abhängigkeit der Zunahme oder von Verlusten des Vernagtferners allein vom Verlauf der Witterung im Sommer Die Schneeakkumulation

14 232 CHRISTOPH MAYER HEIDI ESCHERVETTER und MARKUS WEBER E3300 CI) ;g 3200 :I: " " " 5 " ' 4 Sommer mww i : I 1977 I \ \ " \ \ \ ; I \ : / Winter J I 1 o 1 2 Abb 6: Höhengradienten der Winterwerte (durchgezogen) und der Sommerwerte (gestrichelt) der spezifischen Massenbilanz für die Jahre 1976/77 (blau) und 2002/03 (rot) Fig 6: Altitudinal gradients of winter (solid line) and summer specific mass balance data (dasheddotted lines) for the years 1976/77 (blue) and 2002/03 (red) im Winter unterscheidet sich in beiden Jahren auch in der Höhenverteilung nur unbedeutend die sommerliche Ablation dagegen erheblich 5 Ausblick Die Massenbilanzreihe wie sie seit 1964/65 mit der direkten glaziologischen Methode am Vemagtfemer gemessen wird zeigt einen deutlichen Trend zu immer größer werdenden spezifischen Massenverlusten obwohl der Gletscher erhebliche Flächenanteile in den tieferen Lagen verloren hat Diese Verluste sind in erster Linie auf das Abschmelzen des Eises durch den sommerlichen Witterungsverlauf zurückzuführen da die getrennte Analyse von Akkumulations und Ablationsperiode keine Entwick

15 Glaziologische Massenbilanz des Vernagtferners 233 lung zu immer geringeren Winterniederschlägen aufweist Außerdem ist eine Intensivierung der Schmelze festzustellen die mit einer gesteigerten Absorption von Energie an der Gletscheroberfläche verbunden ist (Weber 2008) Dies geschieht in erster Linie durch höhere Flussdichten der kurz und langwelligen Einstrahlung aber es wird dem Gletscher auch zunehmend mehr Energie über den turbulenten latenten Wärmestrom auf Grund einer generellen Zunahme der Feuchte zugeführt Mit der Aufspaltung in getrennte Eisflächen zeigt der Vernagtferner ein ähnliches Verhalten wie die bayerischen Gletscher auf der Zugspitze seit 1850 Während damals der Plattachferner noch eine große Fläche des Zugspitzplatts einnahm (Hirtlreiter 1992) zerfiel dieser seither in den Südlichen Nördlichen und Östlichen Schneeferner Seit der vollständigen Abtrennung des Schwarzwandbereichs in den Jahren hat dieser Prozess auch beim Vernagtferner eingesetzt und es ist nicht unwahrscheinlich dass bis zur Mitte des 21 Jahrhunderts nur noch Eisreste des ursprünglich mächtigen Ferners überdauern werden (vgl Braun et al 2013) 6 Literatur Ahlmann H W 1948: Glaciological Research on the North Atlantic Coasts Research Series No 1 Royal Geographical Society London: 83 p Braithwaite R J and Y Zhang 1999: Modelling changes in glacier mass balance that may occur as a result of climate changes Geografiska Annaler 81 A: Braun L N O Reinwarth und M Weber 2013: Der Vernagtferner als Objekt der Gletscherforschung in diesem Heft EscherVetter H M Kuhn and M Weber 2009: Four decades of winter mass balance of Vernagtferner and Hintereisferner Austria: methodology and results Annals of Glaciology 50 (50): Fischer A 2010: Glaciers and climate change: Interpretation of 50 years of direct mass balance of Hintereisferner Global and Planetary Change 71 (1 2): Hirtlreiter G 1992: Spät und postglaziale Gletscherschwankungen im Wettersteingebirge und seiner Umgebung Münchener Geographische Abhandlungen B15 Institut für Geographie der Universität München: 154 S Hoinkes H 1970: Methoden und Möglichkeiten von Massenhaushaltsstudien auf Gletschern; Ergebnisse der Messreihe Hintereisferner (Ötztaler Alpen) Zeitschrift für Gletscherkunde und Glazialgeologie VI (1 2): Moser H H EscherVetter H Oerter O Reinwarth und D Zunke 1986: Abfluss in und von Gletschern Gesellschaft für Strahlen und Umweltforschung München (GSF) Institut für Radiohydrometrie GSFBericht 41/86: Teil S Teil S hdl:10013/epic38511 Østrem G and M Brugman 1991: Glacier massbalance measurements: a manual for field and office work NHRI Science Report No 4 National Hydrological Research Institute Saskatoon: 224 p Plattner Ch L N Braun and A Brenning 2006: Spatial variability of snow accumulation on Vernagtferner Austrian Alps in winter 2003/04 Zeitschrift für Gletscherkunde und Glazialgeologie 39 (2003/2004): Reinhardt W and H Rentsch 1986: Determination of changes in volume and elevation of glaciers using digital elevation models for the Vernagtferner Ötztal Alps Austria Annals of Glaciology 8:

16 234 Christoph Mayer Heidi EscherVetter und Markus Weber Reinwarth O and H EscherVetter 1999: Mass balance of Vernagtferner Austria from 1964/65 to 1996/97: Results for three sections and the entire glacier Geografiska Annaler 81 A: Roe G H 2011: What do glaciers tell us about climate variability and climate change? Journal of Glaciology 57 (203): Vincent C G Kappenberger F Valla A Bauder M Funk and E Le Meur 2004: Ice ablation as evidence of climate change in the Alps over the 20 th century Journal of Geophysical Research 109: D10104 doi:101029/2003jd Weber M 2008: Mikrometeorologische Prozesse bei der Ablation eines Alpengletschers Bayerische Akademie der Wissenschaften Abhandlungen der MathematischNaturwissenschaftlichen Klasse Neue Folge H 177: 258 S und 40 Tafeln Zemp M P Jansson P Holmlund J GärtnerRoer T Koblet P Thee and W Haeberli 2010: Reanalysis of multitemporal aerial images of Storglaciären Sweden ( ) Part 2: Comparison of glaciological and volumetric mass balances The Cryosphere 4 (3): www thecryospherenet/4/345/2010/doi:105194/tc Manuskript erhalten am angenommen am Anschrift der Verfasser: Dr Christoph Mayer Dr Heidi EscherVetter Dr Markus Weber Kommission für Erdmessung und Glaziologie Bayerische Akademie der Wissenschaften AlfonsGoppelStr 11 D München christophmayer@kfgbadwde