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The Antarctic Peninsula region has experienced a recent cooling for about 15 years since the beginning of the 21st century. In Livingston Island, this cooling has been of 0.8°C over the 12-yr period 2004–2016, and of 1.0°C for the summer average temperatures over the same period. In this paper, we analyse whether this observed cooling has implied a significant change in the density of the snowpack covering Hurd and Johnsons glaciers, and whether such a density change has had, by itself, a noticeable impact in the calculated surface mass balance. Our results indicate a decrease in the snow density by 22 kg m-3 over the study period. The density changes are shown to be correlated with the summer temperature changes. We show that this observed decrease in density does not have an appreciable effect on the calculated surface mass balance, as the corresponding changes are below the usual error range of the surface mass balance estimates. This relieves us from the need of detailed and time-consuming snow density measurements at every mass-balance campaign. This research was funded by the Spanish State Plan for Research and Development projects CTM2014-56473-R and CTM2017-84441-R.

Five 20-m deep firn cores were extracted and analyzed for density and stratigraphy, two full energy balance weather stations were deployed, equipped with 16 m long thermistor strings to measure firn temperature, and over 300 km of ground penetrating radar data were collected. Preliminary firn cores analysis reveals increasing frequency and thickness of ice lenses toward lower ice-sheet elevations, in agreement with other recent work in the area. The collected data will facilitate advances in our understanding of the spatio-temporal distribution and variability of firn refreezing and its role in the surface mass balance of the Greenland Ice Sheet.

With the aim of studying the processes occurring at the front of marine-terminating glaciers, we couple a fjord circulationmodelwithaflowlineglacierdynamicsmodel,withsubglacialdischargeandcalving,whichallowsthe calculation of submarine melt and its influence on calving processes.

Satellite remote sensing based on optical or radar instruments has enable us to measure glacier-wide surface velocities as well as changes both in glacier extent and in surface elevation with good coverage worldwide.

It is known that the Amundsenisen Icefield in Southern Spitzbergen (Svalbard achipelago) is temperate with an upper layer of snow and firn. It is an accumulation area and, though ice/water mass balance is clearly subject to time evolution, observation data on the long-term elevation changes over the past 40 years (Nuth et al., 2010) allow to assume constant icefield surface. Within our study of the plausibility of a subglacial lake (Glowacki et al., 2007), here, we focus on the sensitivity of the system to the thermal effect of the firn and snow layers.

Momentum, mass and energy balance laws provide the tools for the study of the evolution of an icefield covering a subglacial lake. The ice is described as a non-Newtonian fluid with a power-law constitutive relationship with temperature- and stress-dependent viscosity (Glen?s law) [1]. The phase transition mechanisms at the air/ice and ice/water interfaces yield moving boundary formulations, and lake hydrodynamics requires equation reduction for treating the turbulence.

One of the outstanding problems of the modelling of temperate ice dynamics is the limited knowledge on the rheology of temperate ice and, in particular, on how the rate factor depends on the liquid water content. Though it is well known that the rate factor depends strongly on the water content, in practice the only available experimentally-based relationship is that by Duval (1977), which is only valid for water contents up to 1%. However, actual water contents found in temperate and polythermal glaciers are sometimes substantially larger.

Hansbreen is a tidewater glacier in Svalbard, with grounded tongue, about 16 km in length and ca. 2.5 km in width at its tongue. The calving front position has shown, over the recent decades, a general retreating trend, often rather smooth but with some occasional abrupt changes. We apply a full-Stokes model of glacier dynamics, incorporating a crevasse-depth calving model, with the aim of reproducing the glacier front positions observed since 1936 and analyzing the sensitivity of the model to environmental parameters.

Within our study of the plausibility of a subglacial lake under the Amundsenisen Icefield in Southern Spitzbergen, Svalbard achipelago (Glowacki et al., 2007), here we focus on the sensitivity of the system to the thermal effect of the firn and snow layers. Rough heat balance analysis shows that the firn layer plays an important role by driving the heat release to the atmosphere, so that its influence on the ice-water phase transition cannot be neglected (Bucchignani et al., 2012).

The assessment of the glacier thickness is one of the most widespread applications of radioglaciology, and is the basis for estimating the glacier volume. The accuracy of the measurement of ice thickness, the distribution of profiles over the glacier and the accuracy of the boundary delineation of the glacier are the most important factors determining the error in the evaluation of the glacier volume. The aim of this study is to get an accurate estimate of the error incurred in the estimate of glacier volume from GPR-retrieved ice-thickness data.

We present volume calculations, with detailed error estimates, for eight glaciers on Wedel Jarlsberg Land, southern Spitsbergen, Svalbard, and compare them to those obtained from area-volume scaling relationships. The volume estimates are based upon a dense net of GPR-retrieved ice thickness data collected over several field campaigns spanning the period 2004-2011.

We present the results of several radio-echo sounding surveys carried out on Johnsons and Hurd Glaciers, Livingston Island, Antarctica, between the 1999/2000 and 2004/05 austral summer campaigns, which included both radar profiling and common-midpoint measurements with low (20- 25 MHz)- and high (200MHz)-frequency radars. The latter have allowed us to estimate the radio-wave velocity in ice and firn and the corresponding water contents in temperate ice, which vary between 0 and 1.6% depending on the zone. Maximum ice thickness is ~200 m, with a mean value of 93.6 ± 2.5 m. Total ice volume is 0.968 ± 0.026 km3, for an area of 10.34 ± 0.03 km2. The subglacial relief of Johnsons Glacier is quite smooth, while that of Hurd Glacier shows numerous overdeepenings and peaks. The radar records suggest that Hurd Glacier has a polythermal structure, contrary to the usual assumption that glaciers in Livingston Island are temperate. This is also supported by other dynamical and geomorphological evidence.

Ground-based radio-echo sounding studies of Livingston Island ice cap, Antarctica, were started in 1999 at Johnsons and Hurd glaciers, in Hurd Peninsula, close to the Spanish Antarctic Station Juan Carlos I. Radar profiling continued in 2000 and 2003 along the main ice divides of the ice cap and in the upper parts of Huron and another unnamed glacier, both draining Bowles ice plateau towards Moon Bay. More detailed radar studies on Bowles ice plateau were performed in December 2006 using an icepenetrating radar VIRL-6, with central frequency of 20 MHz, and a Ramac/GPR radar with 200 MHz antennae, intended for deep penetration to bedrock and shallow penetration to determine the firn layer thickness, respectively. The radar equipment was installed on two Nansen sledges and two pulkas towed by snowmobiles. Georeferencing of radar data was accomplished by using a GPS receiver working in stand-alone mode. The endpoints of the radar profiles were more accurately georeferenced using differential GPS. The data collected were used to construct the ice thickness, glacier surface and bedrock elevation maps and to estimate the average ice thickness and total ice volume of the plateau, as well as the spatial distribution of snow accumulation. For time-to-depth conversion, an average radio-wave velocity determined from common midpoint measurements at several locations in Hurd Peninsula was used. The thickest ice (550 m) was found in the upper part of Huron glacier. This thickness is almost twice the maximum thickness found along the main ice divides (330 m) and almost three times that found in Hurd Peninsula (200 m). The bedrock in two large areas in the northern and southern parts of the plateau, towards Moon Bay and Huntress glacier, lies below sea level, at depths down to -200 m, indicating that, should the ice cap fully disappear, several separated islands would likely appear, even if isostacic rebound is taken into account.

Los modelos de termomecánica glaciar están definidos mediante sistemas de ecuaciones en derivadas parciales que establecen los principios básicos de conservación de masa, momento lineal y energía, acompañados por una ley constitutiva que define la relación entre las tensiones a las que está sometido el hielo glaciar y las deformaciones resultantes de las mismas. La resolución de estas ecuaciones requiere la definición precisa del dominio (la geometría del glaciar, obtenido a partir de medidas topográficas y de georradar), así como contar con un conjunto de condiciones de contorno, que se obtienen a partir de medidas de campo de las variables implicadas y que constituyen un conjunto de datos geoespaciales. El objetivo fundamental de esta tesis es desarrollar una serie de herramientas que nos permitan definir con precisión la geometría del glaciar y disponer de un conjunto adecuado de valores de las variables a utilizar como condiciones de contorno del problema. Para ello, en esta tesis se aborda la recopilación, la integración y el estudio de los datos geoespaciales existentes para la Península Hurd, en la Isla Livingston (Antártida), generados desde el año 1957 hasta la actualidad, en un sistema de información geográfica. Del correcto tratamiento y procesamiento de estos datos se obtienen otra serie de elementos que nos permiten realizar la simulación numérica del régimen termomecánico presente de los glaciares de Península Hurd, así como su evolución futura. Con este objetivo se desarrolla en primer lugar un inventario completo de datos geoespaciales y se realiza un procesado de los datos capturados en campo, para establecer un sistema de referencia común a todos ellos. Se unifican además todos los datos bajo un mismo formato estándar de almacenamiento e intercambio de información, generándose los metadatos correspondientes. Se desarrollan asimismo técnicas para la mejora de los procedimientos de captura y procesado de los datos, de forma que se minimicen los errores y se disponga de estimaciones fiables de los mismos. El hecho de que toda la información se integre en un sistema de información geográfica (una vez producida la normalización e inventariado de la misma) permite su consulta rápida y ágil por terceros. Además, hace posible efectuar sobre ella una serie de operaciones conducentes a la obtención de nuevas capas de información. El análisis de estos nuevos datos permite explicar el comportamiento pasado de los glaciares objeto de estudio y proporciona elementos esenciales para la simulación de su comportamiento futuro. ABSTRACT Glacier thermo-mechanical models are defined by systems of partial differential equations stating the basic principles of conservation of mass, momentum and energy, accompanied by a constitutive principle that defines the relationship between the stresses acting on the ice and the resulting deformations. The solution of these equations requires an accurate definition of the model domain (the geometry of the glacier, obtained from topographical and ground penetrating radar measurements), as well as a set of boundary conditions, which are obtained from measurements of the variables involved and define a set of geospatial data. The main objective of this thesis is to develop tools able to provide an accurate definition of the glacier geometry and getting a proper set of values for the variables to be used as boundary conditions of our problem. With the above aim, this thesis focuses on the collection, compilation and study of the geospatial data existing for the Hurd Peninsula on Livingston Island, Antarctica, generated since 1957 to present, into a geographic information system. The correct handling and processing of these data results on a new collection of elements that allow us to numerically model the present state and the future evolution of Hurd Peninsula glaciers. First, a complete inventory of geospatial data is developed and the captured data are processed, with the aim of establishing a reference system common to all collections of data. All data are stored under a common standard format, and the corresponding metadata are generated to facilitate the information exchange. We also develop techniques for the improvement of the procedures used for capturing and processing the data, such that the errors are minimized and better estimated. All information is integrated into a geographic information system (once produced the standardization and inventory of it). This allows easy and fast viewing and consulting of the data by third parties. Also, it is possible to carry out a series of operations leading to the production of new layers of information. The analysis of these new data allows to explain past glacier behavior, and provides essential elements for explaining its future evolution.

El objetivo de este Trabajo de Fin de Grado es diseñar e implementar un conjunto completo de prácticas que cubran los contenidos matemáticos de las prácticas actualmente disponibles aplicándolos a la resolución de problemas específicos de la ingeniería biomédica. Estas prácticas se implementan en Matlab, del que la UPM dispone la licencia de campus. Las prácticas van precedidas de un planteamiento de cada problema biomédico. Este planteamiento incluye la deducción del modelo matemático que representa el problema en cuestión, salvo que sea excesivamente complicado (en comparación con el nivel exigible en el GIB), en cuyo caso se realizará una introducción teórica del proceso físico-químico a estudiar. Lo que se busca es que los problemas sean representativos de los temas estudiados a lo largo del grado en otras asignaturas. Las prácticas incluyen además un código Matlab ya escrito (total o parcialmente) o simplemente las instrucciones para la escritura del código por parte del alumno. Lo que se pretende con estas prácticas es reforzar el aprendizaje del alumno, tanto en sus aspectos de planteamiento/modelización de problemas, como en los de resolución, presentación escrita/gráfica de resultados y análisis de los mismos. Para lograr los objetivos expuestos se ha realizado en primer lugar una exhaustiva revisión bibliográfica sobre el tema, seguido del diseño de las prácticas, su implementación en Matlab y la prueba de los códigos. Una vez verificado su correcto funcionamiento, se redactó una guía del alumno, que contiene tanto el planteamiento teórico de la práctica como las instrucciones para su realización, y una guía del profesor, que incluye las soluciones de las prácticas y, en su caso, los problemas más habituales esperados en la resolución de las mismas. Se pretende con esta guía del profesor disponer de un manual que pueda ser fácilmente utilizado por posibles monitores de prácticas que ayuden al docente en su labor durante las sesiones de laboratorio de la asignatura.

El objetivo fundamental de esta tesis es la caracterización de la morfología y del estado de deformaciones y tensiones del Glaciar Hurd (Isla Livingston, Archipiélago de las Shetland del Sur, Antártida), mediante una combinación de observaciones de campo, registros de georradar y simulaciones numéricas. La morfología y el estado de deformaciones y tensiones actuales son la expresión de la evolución dinámica del glaciar desde tiempos pretéritos hasta recientes, y su análisis nos dará las pautas con las cuales ser capaces de predecir, con el apoyo de las simulaciones numéricas, su evolución futura. El primer aspecto que se aborda es el estudio de las estructuras que pueden observarse en la superficie del glaciar. Describimos las distintas técnicas utilizadas (medidas de campo, fotointerpretación de ortofotografías, análisis geoquímico de cenizas volcánicas, etc.) y presentamos el análisis e interpretación de los resultados morfo-estructurales, así como la correlación, mediante análisis geoquímicos (fluorescencia de rayos X), entre las cenizas volcánicas que extruyen en la superficie del Glaciar Hurd y las del volcán Decepción, origen de las cenizas. Esto nos permite realizar una datación de las mismas como Tefra 1, correspondiente a la erupción de 1970, Tefra 2, correspondiente a las erupciones pre-1829, y el conjunto Tefra 3, asociado a las erupciones más antiguas. En segundo lugar nos ocupamos de las estructuras presentes en el interior del glaciar, cuya herramienta de detección fundamental es el georradar. Identificadas estas estructuras internas, las vinculamos con las observadas en la superficie del glaciar. También hemos estudiado la estructura hidrotérmica del glaciar, obteniendo una serie de evidencias adicionales de su carácter politérmico. Entre éstas se contaban, hasta ahora, las basadas en el valor del parámetro de rigidez de la relación constitutiva del hielo determinada por ajuste de modelos dinámicos y observaciones realizados por Otero (2008) y las basadas en las velocidades de las ondas de radar en el hielo determinadas con el método de punto medio común por Navarro y otros (2009). Las evidencias adicionales que aportamos en esta tesis son: 1) la presencia de estructuras típicas de régimen compresivo en la zona terminal del glaciar y de cizalla en los márgenes del mismo, y 2) la presencia de un estrato superficial de hielo frío (por encima de otro templado) en la zona de ablación de los tres lóbulos del Glaciar Hurd –Sally Rocks, Argentina y Las Palmas–, que alcanzan espesores de 70, 50 y 40 m, respectivamente. Este estrato de hielo frío está probablemente congelado al lecho subglaciar en la zona terminal (Molina y otros, 2007; esta tesis). Por último, nos ocupamos de la simulación numérica de la dinámica glaciar. Presentamos el modelo físico-matemático utilizado, discutimos sus condiciones de contorno y cómo éstas se miden en los trabajos de campo, y describimos el procedimiento de resolución numérica del sistema de ecuaciones parciales del modelo. Presentamos los resultados para los campos de velocidades, deformaciones y tensiones, comparando estos resultados con las estructuras observadas. También incluimos el análisis de las elipses de deformación acumulativa, que proporcionan información sobre las estructuras a las que puede dar lugar la evolución del estado de deformaciones y tensiones a las que se ve sometido el hielo según avanza, lentamente, desde la cabecera hasta la zona terminal del glaciar, con tiempos de tránsito de hasta 1.250 años, recogiendo así la historia de deformaciones en el glaciar. Concluyendo, ponemos de manifiesto en esta tesis que las medidas de campo de las estructuras y niveles de cenizas, las medidas de georradar y las simulaciones numéricas de la dinámica glaciar, realizadas de forma combinada, permiten caracterizar el régimen actual de velocidades, deformaciones y tensiones del glaciar, entender su evolución en el pasado y predecir su evolución futura. ABSTRACT The main objective of this thesis is to characterize the morphology and the state of strains and stresses of Hurd Glacier (Livingston Island, South Shetland Islands archipelago, Antarctica) through a combination of field observations, ground-penetrating radar measurements and numerical simulations. The morphology and the current state of strain and stresses are the expression of the dynamic evolution of the glacier from the past to recent times, and their analysis gives us the guidelines to be able to predict, with the support of numerical simulations, its future evolution. The first subject addressed is the study of structures that can be observed on the glacier surface. We describe the different techniques used (field measurements, photointerpretation of orthophotos, geochemical analysis of volcanic ashes, etc.) and we present the analysis and interpretation of the morpho-structural results, as well as the correlation with geochemical analysis (XRF) between the volcanic ashes extruded to the surface of Hurd Glacier and those of Deception Island volcano, from which the ashes originate. This allows us dating the ashes as Tephra 1, corresponding to the 1970 eruption, Tephra 2, corresponding to the pre-1829 eruptions, and the Tephra 3 group, associated with older eruptions. Secondly we focus on the study of the structures present within the glacier, which are detected with the help of ground-penetrating radar. Once identified, we link these internal structures with those observed on the glacier surface. We also study the hydrothermal structure of the glacier, getting a series of additional evidences of its polythermal structure. Among the evidences available so far, we can mention those based on the value of the stiffness parameter of the constitutive relation of ice, determined by fitting dynamic models to observations, as done by Otero (2008), and those based on the velocity of propagation of the radar waves through the glacier ice, measured using the common midpoint method, as done by Navarro et al. (2009). The additional evidences that we provide in this thesis are: 1) the presence of structures typical of compressive regime in the terminal zone of the glacier, together with shear at its margins, and 2) the presence of a surface layer of cold ice (overlying a layer of temperate ice) in the ablation zone of the three lobes of Hurd Glacier –Sally Rocks, Argentina and Las Palmas–, reaching thicknesses of 70, 50 and 40 m, respectively. This cold layer is probably frozen to the subglacial bed in the terminal zone (Molina and others 2007; this thesis). Finally, we deal with the numerical simulation of glacier dynamics. We present the physical-mathematical model, discuss its boundary conditions and how they are measured in the field work, and describe the method of numerical solution of the model’s partial differential equations. We present the results for the velocity, strain and stress fields, comparing these results with the observed structures. We also include an analysis of the ellipses of cumulative deformation, which provide information about the structures that can result from the evolution of the strain and stress regime of the glacier ice as it moves slowly from the head to the snout of the glacier, with transit times of up to 1,250 years, so picking the history of deformation of the glacier. Summarizing, we show in this thesis that field measurements of structures and ash layers, ground-penetrating radar measurements and numerical simulations of glacier dynamics, performed in combination, allow us to characterize the current regime of velocities, strains and stresses of the glacier, to understand its past evolution and to predict its future evolution.

El objetivo final de las investigaciones recogidas en esta tesis doctoral es la estimación del volumen de hielo total de los ms de 1600 glaciares de Svalbard, en el Ártico, y, con ello, su contribución potencial a la subida del nivel medio del mar en un escenario de calentamiento global. Los cálculos más exactos del volumen de un glaciar se efectúan a partir de medidas del espesor de hielo obtenidas con georradar. Sin embargo, estas medidas no son viables para conjuntos grandes de glaciares, debido al coste, dificultades logísticas y tiempo requerido por ellas, especialmente en las regiones polares o de montaña. Frente a ello, la determinación de áreas de glaciares a partir de imágenes de satélite sí es viable a escalas global y regional, por lo que las relaciones de escala volumen-área constituyen el mecanismo más adecuado para las estimaciones de volúmenes globales y regionales, como las realizadas para Svalbard en esta tesis. Como parte del trabajo de tesis, hemos elaborado un inventario de los glaciares de Svalbard en los que se han efectuado radioecosondeos, y hemos realizado los cálculos del volumen de hielo de más de 80 cuencas glaciares de Svalbard a partir de datos de georradar. Estos volúmenes han sido utilizados para calibrar las relaciones volumen-área desarrolladas en la tesis. Los datos de georradar han sido obtenidos en diversas campañas llevadas a cabo por grupos de investigación internacionales, gran parte de ellas lideradas por el Grupo de Simulación Numérica en Ciencias e Ingeniería de la Universidad Politécnica de Madrid, del que forman parte la doctoranda y los directores de tesis. Además, se ha desarrollado una metodología para la estimación del error en el cálculo de volumen, que aporta una novedosa técnica de cálculo del error de interpolación para conjuntos de datos del tipo de los obtenidos con perfiles de georradar, que presentan distribuciones espaciales con unos patrones muy característicos pero con una densidad de datos muy irregular. Hemos obtenido en este trabajo de tesis relaciones de escala específicas para los glaciares de Svalbard, explorando la sensibilidad de los parámetros a diferentes morfologías glaciares, e incorporando nuevas variables. En particular, hemos efectuado experimentos orientados a verificar si las relaciones de escala obtenidas caracterizando los glaciares individuales por su tamaño, pendiente o forma implican diferencias significativas en el volumen total estimado para los glaciares de Svalbard, y si esta partición implica algún patrón significativo en los parámetros de las relaciones de escala. Nuestros resultados indican que, para un valor constante del factor multiplicativo de la relacin de escala, el exponente que afecta al área en la relación volumen-área decrece según aumentan la pendiente y el factor de forma, mientras que las clasificaciones basadas en tamaño no muestran un patrón significativo. Esto significa que los glaciares con mayores pendientes y de tipo circo son menos sensibles a los cambios de área. Además, los volúmenes de la población total de los glaciares de Svalbard calculados con fraccionamiento en grupos por tamaño y pendiente son un 1-4% menores que los obtenidas usando la totalidad de glaciares sin fraccionamiento en grupos, mientras que los volúmenes calculados fraccionando por forma son un 3-5% mayores. También realizamos experimentos multivariable para obtener estimaciones óptimas del volumen total mediante una combinación de distintos predictores. Nuestros resultados muestran que un modelo potencial simple volumen-área explica el 98.6% de la varianza. Sólo el predictor longitud del glaciar proporciona significación estadística cuando se usa además del área del glaciar, aunque el coeficiente de determinación disminuye en comparación con el modelo más simple V-A. El predictor intervalo de altitud no proporciona información adicional cuando se usa además del área del glaciar. Nuestras estimaciones del volumen de la totalidad de glaciares de Svalbard usando las diferentes relaciones de escala obtenidas en esta tesis oscilan entre 6890 y 8106 km3, con errores relativos del orden de 6.6-8.1%. El valor medio de nuestras estimaciones, que puede ser considerado como nuestra mejor estimación del volumen, es de 7.504 km3. En términos de equivalente en nivel del mar (SLE), nuestras estimaciones corresponden a una subida potencial del nivel del mar de 17-20 mm SLE, promediando 19_2 mm SLE, donde el error corresponde al error en volumen antes indicado. En comparación, las estimaciones usando las relaciones V-A de otros autores son de 13-26 mm SLE, promediando 20 _ 2 mm SLE, donde el error representa la desviación estándar de las distintas estimaciones. ABSTRACT The final aim of the research involved in this doctoral thesis is the estimation of the total ice volume of the more than 1600 glaciers of Svalbard, in the Arctic region, and thus their potential contribution to sea-level rise under a global warming scenario. The most accurate calculations of glacier volumes are those based on ice-thicknesses measured by groundpenetrating radar (GPR). However, such measurements are not viable for very large sets of glaciers, due to their cost, logistic difficulties and time requirements, especially in polar or mountain regions. On the contrary, the calculation of glacier areas from satellite images is perfectly viable at global and regional scales, so the volume-area scaling relationships are the most useful tool to determine glacier volumes at global and regional scales, as done for Svalbard in this PhD thesis. As part of the PhD work, we have compiled an inventory of the radio-echo sounded glaciers in Svalbard, and we have performed the volume calculations for more than 80 glacier basins in Svalbard from GPR data. These volumes have been used to calibrate the volume-area relationships derived in this dissertation. Such GPR data have been obtained during fieldwork campaigns carried out by international teams, often lead by the Group of Numerical Simulation in Science and Engineering of the Technical University of Madrid, to which the PhD candidate and her supervisors belong. Furthermore, we have developed a methodology to estimate the error in the volume calculation, which includes a novel technique to calculate the interpolation error for data sets of the type produced by GPR profiling, which show very characteristic data distribution patterns but with very irregular data density. We have derived in this dissertation scaling relationships specific for Svalbard glaciers, exploring the sensitivity of the scaling parameters to different glacier morphologies and adding new variables. In particular, we did experiments aimed to verify whether scaling relationships obtained through characterization of individual glacier shape, slope and size imply significant differences in the estimated volume of the total population of Svalbard glaciers, and whether this partitioning implies any noticeable pattern in the scaling relationship parameters. Our results indicate that, for a fixed value of the factor in the scaling relationship, the exponent of the area in the volume-area relationship decreases as slope and shape increase, whereas size-based classifications do not reveal any clear trend. This means that steep slopes and cirque-type glaciers are less sensitive to changes in glacier area. Moreover, the volumes of the total population of Svalbard glaciers calculated according to partitioning in subgroups by size and slope are smaller (by 1-4%) than that obtained considering all glaciers without partitioning into subgroups, whereas the volumes calculated according to partitioning in subgroups by shape are 3-5% larger. We also did multivariate experiments attempting to optimally predict the volume of Svalbard glaciers from a combination of different predictors. Our results show that a simple power-type V-A model explains 98.6% of the variance. Only the predictor glacier length provides statistical significance when used in addition to the predictor glacier area, though the coefficient of determination decreases as compared with the simpler V-A model. The predictor elevation range did not provide any additional information when used in addition to glacier area. Our estimates of the volume of the entire population of Svalbard glaciers using the different scaling relationships that we have derived along this thesis range within 6890-8106 km3, with estimated relative errors in total volume of the order of 6.6-8.1% The average value of all of our estimates, which could be used as a best estimate for the volume, is 7,504 km3. In terms of sea-level equivalent (SLE), our volume estimates correspond to a potential contribution to sea-level rise within 17-20 mm SLE, averaging 19 _ 2 mm SLE, where the quoted error corresponds to our estimated relative error in volume. For comparison, the estimates using the V-A scaling relations found in the literature range within 13-26 mm SLE, averaging 20 _ 2 mm SLE, where the quoted error represents the standard deviation of the different estimates.

Alrededor del 70 % del agua dulce del planeta se encuentra almacenada en la criosfera. Entre sus múltiples componentes, destacan los más de 200 mil glaciares distribuidos mundialmente. Su tamaño relativamente reducido (en comparación con los mantos de hielo de Groenlandia y Antártida) los hace más reactivos a los cambios atmosféricos y oceánicos, mostrando, por tanto, una respuesta más rápida al calentamiento climático. La pérdida de masa experimentada por estos glaciares contribuye en un 25-30 % a la subida del nivel del mar observada, con un 10-30 % de dicha pérdida asociada a la zona frontal en glaciares que acaban en el mar, asentados en el lecho rocoso y con frente casi vertical (tidewater glaciers), a través del desprendimiento de icebergs (calving)y la fusión submarina. Se ha demostrado que el océano puede ser un factor clave en la aceleración, adelgazamiento y retroceso de los glaciares de descarga (outlet glaciers) situados en la periferia de Goenlandia y la Antártida, promoviendo y acelerando la pérdida de masa de estos grandes mantos de hielo. Sin embargo, estos hallazgos son relativamente recientes y nuestro conocimiento se encuentra todavía en un estado prematuro. El objetivo de esta tesis es aportar conocimiento sobre los procesos físicos implicados en la interacción glaciar-océano. Para ello, hemos desarrollado un modelo numérico acoplado glaciar-océano, que nos ha permitido estudiar la influencia que la fusión frontal submarina ejerce sobre la dinámica glaciar, el calving y la evolución en la posición del frente. Asimismo, hemos utilizado un modelo sencillo que parametriza la pluma de flotabilidad que se genera en la interfase glaciar-fiordo, como consecuencia de las descargas súbitas de agua de deshielo a través de canales de descarga subglaciar. Con este modelo, hemos analizado cómo la fusión superficial de la propia cuenca glaciar favorece la estratificación en las aguas del fiordo asociado y hemos discutido las repercusiones que esto puede tener a niveles físico, biogeoquímico y ecológico. Por último, hemos desarrollado una versión computacionalmente menos costosa del modelo acoplado, el modelo glaciar-pluma, que resulta de utilidad para realizar predicciones a medio/largo plazo sobre la evolución temporal de un sistema glaciar-fiordo dado. Para llevar a cabo nuestras investigaciones, hemos utilizado observaciones de dos sistemas glaciar-fiordo, uno en Svalbard y el otro en Groenlandia. Los resultados de nuestros modelos sugieren que tanto la fusión submarina como la hidrofracturación de las grietas ejercen un control importante sobre la ablación frontal estacional, siendo la fusión submarina por sí sola insuficiente para explicar los patrones de retroceso estacional del frente glaciar observados. La magnitud de la fusión submarina y el calving durante la época estival ha resultado ser del mismo orden, lo cual pone de manifiesto el estrecho vínculo que existe entre ambos mecanismos de ablación. Además, los resultados de nuestros modelos sugieren un desfase de 4 a 5 semanas entre los máximos de fusión superficial y fusión submarina, lo que indica la complejidad del sistema de drenaje intra y subglaciar. Hemos encontrado que la fusión submarina es fuertemente dependiente de la evolución intraestacional de la intensidad de descarga subglaciar y la temperatura del agua en el fiordo, llegando a variar en tres órdenes de magnitud desde principios hasta finales de verano. Debido a esta dependencia, creemos que es importante imponer condiciones de contorno y forzamientos apropiados en los modelos predictivos, con el fin de obtener resultados más exactos. El modelo acoplado glaciar-pluma presentó mayores tasas de fusión submarina (hasta el 30 %) y produjo un perfil de fusión de tipo cuasilineal, mientras que las menores tasas de fusión del modelo glaciar-fiordo presentaron un perfil cuasiparabólico. A pesar de estas diferencias, las posiciones del frente predichas con ambos modelos, considerando los escenarios más realistas, han conseguido reproducir las posiciones del frente observadas. Usando únicamente el modelo de pluma, hemos encontrado que el aumento de estratificación en el fiordo, debido al aporte del agua dulce de deshielo glaciar, ejerce un control dominante en la extensión vertical de las plumas de flotabilidad asociadas al frente glaciar, llegando a inhibir su aparición en la superficie del fiordo. Ante un escenario de calentamiento global, que provoca un mayor aporte de agua dulce de deshielo a los fiordos circundantes, cabe esperar que la aparición de estas plumas en superficie sea cada vez menor, haciéndose más difícil su monitorización y teledetección. En general, y dado que el modelo acoplado glaciar-pluma disminuyó el tiempo de computación en un factor de más de 50, podemos decir que nuestro modelo glaciarpluma es un candidato idóneo para simular la evolución de los sistemas glaciares de tipo tidewater, siempre y cuando utilicemos restricciones apropiadas para el flujo de descarga subglacial y la temperatura ambiente del fiordo. ----------ABSTRACT---------- Around 70 % of the total freshwater volume on Earth is stored in the cryosphere. Among its components, there are more than 200 thousand glaciers distributed worldwide. The smaller size of the glaciers compared to the ice sheets of Antarctica and Greenland make them more responsive to atmospheric and/or oceanic forcing, in particular to global warming. The loss of mass experienced by these glaciers contributes 25-30% to the current observed sea level rise, with 10- 30% of such loss associated with frontal ablation from tidewater glaciers through calving and submarine melting. It has been shown that the ocean can be a key factor in the acceleration, thinning and retreat of the outlet glaciers around the periphery of Greenland and Antarctica, promoting and accelerating the mass loss from these large ice sheets. However, these findings are relatively recent and our knowledge is still in a premature stage. The objective of this thesis is to gain knowledge on the physical processes involved in glacier-ocean interactions and their feedback on glacier dynamics. To achieve it, we have developed a numerical coupled glacier-ocean model that allows us to study the influence that submarine melting exerts on glacier dynamics, calving and front position evolution. Likewise, we have built a simple plume model that parameterizes the buoyant plume generated at the glacier-fjord interface as a result of discharges of meltwater through subglacial channels. Using this plume model, we have studied the effect that surface meltwater exerts on fjord stratification, analyzing its impacts from physical, biogeochemical and ecological perspectives. Finally, we have built a computationally less demanding version of the coupled model, the glacier-plume model, aimed to simulate the medium/long-term response of glacier-fjord systems. To carry out our investigations, we have used observations of two glacier-fjord systems, one in Svalbard and the other in Greenland. The results of our model simulations suggest that both submarine melting and crevasse hydrofracturing exert important controls on seasonal frontal ablation, with submarine melting alone not being sufficient for reproducing the observed patterns of seasonal glacier front retreat. Both submarine melt and calving rates are of the same order of magnitude, suggesting the potential link between both mechanisms. Our model results also indicate that changes in submarine melting lag meltwater production by 4-5 weeks, indicating the complexity of the intra and subglacial drainage network. We have also proved the high sensitivity of submarine melting to the intraseasonal evolution of subglacial discharge and fjord temperature, increasing by up to three orders of magnitude from the beginning to the end of the melt season. Due to this dependency, we believe that it is important to properly constrain predictive models, in order to obtain more accurate results. Glacierplume and glacier-fjord coupled models differed in submarine melt rates (up to 30 % higher for the glacier-plume model) and also produced distinct meltundercutting front shapes, which had an effect on the net stress fields near the glacier front. The quasi-linear front shape of the glacier-plume model promoted higher calving rates than the quasi-parabolic front shape of the glacier-fjord model, although both models predicted similar front positions. From the plumeparameterization model alone, we have found that increased fjord stratification (from accumulation of surface meltwater inputs) exerts a dominant control on plume vertical extent, even preventing the plume from surfacing. Under projections of increased surface melting, the appearance of plumes at the fjord surface could become less common due to the increased fjord stratification, so plume monitoring and remote tracking might become harder to achieve. Overall, and given that the glacier-plume model diminished the computational time by a factor larger than 50, we think that our glacier-plume coupled model is a suitable candidate for future projections of tidewater glacier evolution, as long as we use appropriate constraints on subglacial discharge fluxes and ambient fjord temperatures.