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Estimation of the Antarctic surface mass balance using the regional climate model MAR (1979–2015) and identification of dominant processes

Authors :
Michiel R. van den Broeke
Vincent Favier
Anais Orsi
Cécile Agosta
Charles Amory
Hubert Gallée
Willem Jan van de Berg
Jan Melchior van Wessem
Christoph Kittel
Jan T. M. Lenaerts
Xavier Fettweis
Sub Dynamics Meteorology
Marine and Atmospheric Research
Laboratoire de glaciologie et géophysique de l'environnement (LGGE)
Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG)
Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Laboratoire des Sciences du Climat et de l'Environnement [Gif-sur-Yvette] (LSCE)
Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
CLIPS
Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG)
Institute for Marine and Atmospheric Research [Utrecht] (IMAU)
Utrecht University [Utrecht]
Département de Géographie
Université de Liège
Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Glaces et Continents, Climats et Isotopes Stables (GLACCIOS)
Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Institut des Géosciences de l’Environnement (IGE)
Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])
ANR-16-CE01-0011,EAIIST,Projet International d'exploration de la calotte polaire de l'Antarctique de l'Est(2016)
Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)
Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)
Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])
Source :
The Cryosphere, The Cryosphere, Copernicus 2019, 13 (1), pp.281-296. ⟨10.5194/tc-13-281-2019⟩, The Cryosphere, 2019, 13 (1), pp.281-296. ⟨10.5194/tc-13-281-2019⟩, Cryosphere, 13(1), 281. Copernicus Publications, The Cryosphere, Vol 13, Pp 281-296 (2019)
Publication Year :
2019
Publisher :
Copernicus GmbH, 2019.

Abstract

The Antarctic ice sheet mass balance is a major component of the sea level budget and results from the difference of two fluxes of a similar magnitude: ice flow discharging in the ocean and net snow accumulation on the ice sheet surface, i.e. the surface mass balance (SMB). Separately modelling ice dynamics and SMB is the only way to project future trends. In addition, mass balance studies frequently use regional climate models (RCMs) outputs as an alternative to observed fields because SMB observations are particularly scarce on the ice sheet. Here we evaluate new simulations of the polar RCM MAR forced by three reanalyses, ERA-Interim, JRA-55, and MERRA-2, for the period 1979–2015, and we compare MAR results to the last outputs of the RCM RACMO2 forced by ERA-Interim. We show that MAR and RACMO2 perform similarly well in simulating coast-to-plateau SMB gradients, and we find no significant differences in their simulated SMB when integrated over the ice sheet or its major basins. More importantly, we outline and quantify missing or underestimated processes in both RCMs. Along stake transects, we show that both models accumulate too much snow on crests, and not enough snow in valleys, as a result of drifting snow transport fluxes not included in MAR and probably underestimated in RACMO2 by a factor of 3. Our results tend to confirm that drifting snow transport and sublimation fluxes are much larger than previous model-based estimates and need to be better resolved and constrained in climate models. Sublimation of precipitating particles in low-level atmospheric layers is responsible for the significantly lower snowfall rates in MAR than in RACMO2 in katabatic channels at the ice sheet margins. Atmospheric sublimation in MAR represents 363 Gt yr−1 over the grounded ice sheet for the year 2015, which is 16 % of the simulated snowfall loaded at the ground. This estimate is consistent with a recent study based on precipitation radar observations and is more than twice as much as simulated in RACMO2 because of different time residence of precipitating particles in the atmosphere. The remaining spatial differences in snowfall between MAR and RACMO2 are attributed to differences in advection of precipitation with snowfall particles being likely advected too far inland in MAR.

Details

ISSN :
19940424 and 19940416
Volume :
13
Database :
OpenAIRE
Journal :
The Cryosphere
Accession number :
edsair.doi.dedup.....b8ddf0049f72cd2f237bc423aee4f5a1