Training course - La Paz 10-15 July 2016 Dr. Bernard Francou Director of Research Emeritus

TRES SÍNTESIS RECIENTES SOBRE LOS GLACIARES TROPICALES

Rabatel, A., Francou, B, Soruco, A., Gomez, J., Cáceres, B., Ceballos, J.L., Basantes, R., Vuille, M., Sicart, J.E., Huggel, C., Scheel, M., Lejeune, Y., Arnaud, Y., Collet, M., Condom, T., Consoli, G., Favier, V., Jomelli, V., Galárraga, R., Ginot, P., Maisincho, L., Mendoza, J., Ménégoz, M., Ramirez, E., Ribstein, P., Suarez, W., Villacis, M. & Wagnon, P., 2013. Current state of glaciers in the tropical Andes: a multi-century perspective on glacier evolution and climate change. The Cryosphere, 7, 81-102, 2013, www.the-cryosphere.net/7/81/2013/doi/10.5194/tc7-81-2013.

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Francou y 21 autores 2013

2

1. La red de observación en los Andes tropicales 2. Un retroceso multi-secular de los glaciares, acelerado a partir de los años 1976-1980 3. ¿porqué este retroceso acelerado? Relación con el calentamiento de la región andina 4. ¿el futuro?

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3

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4

Instituciones andinas

Instituciones francesas

IGEMA

Si usted está interesado en datos estadísticos, estudios o proyectos en el ámbito de la Meteorología, Hidrología y Recursos Hídricos, Agrometeorología y Ambiental, no dude en acercarse a nuestra lnstitución:

DIRECCIÓN REGIONAL DE AREQUIPA Av. Aviación S/N Zamácola (Cerro Colorado) Arequipa (Cuartel General del Ala Aerea N° 3) Telefax : 054-256116 E-Mail : [email protected], SEDE CENTRAL SERVICIO NACIONAL DE METEOROLOGÍA E HIDROLOGIA Jr. Cahuide N° 785 – Jesús María – Lima 11 E-Mail : [email protected] Internet : http://www.senamhi.gob.pe

Université Grenoble-Alpes

Instituciones internacionales

Banco Mundial

Glaciares monitoreados en los Andes tropicales puntos rojos: glaciares con largo balances de masa puntos amarillos y azules: glaciares con mediciones de longitud y areas largos hexagonos rojos: balances de masa reconstruidos desde 1963 (Cordillera Real de Bolivia)

5

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Los glaciares en los Andes tropicales retroceden desde 14-11 ka, pero de manera irregular

Jomelli et al. , 2014 Nature

Jomelli et al. , 2011 Nature

Ritacuba – SNC Colombia

Dataciones parciales de 57 morrenas del Nevado Telata (valle de Zongo)

7

Glaciar CHARQUINI SUR, Cordillera Real, Bolivia Morrenas datadas por liquenometría Rabatel et al., 2005 Quat.. Res

Rabatel et al., 2013 The Cryosphere Jomellli, 2009 PPP

8

°

1976

Soruco, 2008 Balance de masa acumulado de 20 glaciares de la Cordillera Real Soruco, A., Vincent, C., & Francou, B., 2009. Glacier decline between 1963 and 2006 in the Cordillera Real, Bolivia. Geophysical Research Letters, vol. 36, L03502, doi:10.1029/2008GL036238

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9

2006 km²

%

1976

1997

2006

21.8

15.4

11.8

-30

-46

HEI-INAMHI-IRD

Jordan, E., Ungerechts, L., Cáceres, B., Peñafiel, A. & Francou, B., 2005. Estimation by photogrammetry of the glacier recession on the Cotopaxi Volcano (Ecuador) between 1956 and 1997. 10 Hydrological Sciences/Journal des Sciences Hydrologiques, IAHS, 50, n°6: 949-961. UPDATED

Por dificultad de estimar la acumuación neta en altura, los balances estimados han podido ser exageremente negativos Ejemplo del Antisana 15 (Ecuador)

Calibrado geodético Modelo lineal de Lliboutry Sin correcciones

Basantes et al., 2016 J. Gaciol.

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Fecha UGRH / ANA

PEH Max 1930 1970 1990 2003

Superficie de glacaires km² ~900 850 723 620 528

Pérdidas %

0 14,2 27

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Georges Kinzl UGRH (Ames) Georges UGRH (ANA)

©B.Francou

~ - 30% en 30 años Tasa de retroceso menor que en Cordillera Real y volcanos ecuatorianos (razón posible: las más grandes lenguas són cubiertas de detritos)

Fuentes

12

Rabatel el al., 2013 .

Rabatel et al., 2013 The Cryosphere

10 glaciares10 glaciares

Cambios de superficies y longitudes ocurridos en 10 glaciers en Ecuador, Perú y Bolivia. Los cambios en el Perú vienen de mediciones de campo y son representados en forma acumulada comparando con 1980. Los cambios en Bolivia y Ecuador han sido calculados a partir de fotos aéreas y de mediciones directas de campo desde los 1990s. Son representados en forma acumulada y comparadas en áreas con 1963. IRD – ANA-UGRH - IHH-INAMHI-EMAAP-Q 13

Rabatel et al., 2013 The Cryosphere

Rabatel et al., 2013

Cambios de superficies de ocho glaciares de la Cordillera Real de Bolivia desde la máxima de la Pequeña Edad de Hielo. Antes de 1940, los estudios corresponden a datación de morrenas antiguas. 1963 es la fecha de referencia común

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14

1994

2005

©BF

©BF

2000

2006

©BF

©BF

IRD-IHH-IGEMA SENAMHI

©BF

2003

©PG

2009 15

BALANCE DE MASA: LOS PEQUEÑOS GLACIARES DE BAJA ALTITUD PIERDEN DOS VECES MÁS QUE LOS GRANDES QUE MANTIENEN AMPLIAS ZONAS DE ACUMULACIÓN EN ALTURA

Rabatel et al., 2013 The Cryosphere

Colombia Ecuador Peru Bolivia

Rabatel el al., 2013 .

Balance de masa annual acumulado de 8 glaciares en los Andes [2006 sirve de referencia comuna] Training course La Paz 10-15 07 2016

16

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Francou et al. 2013

Evolución de la acumulación neta medida a 5800 m sobre el glaciar de Zongo en septiembre de cada año (AC-5800: trazo lleno rojo, en mm de equivalente agua). Paralelamente, se presenta la precipitación acumulada medida cada mes en un pluviómetro la zona de ablación del glaciar a 5100 m (P2 5100: trazo punteado azul, en mm de agua). En barras, el ratio entre la superficie de la zona de acumulación y la superficie total del glaciar (AAR, en %).

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Energy balance on glaciers and climate variables Equation of energy conservation

R + H + LE + G + P = QM

Variables of the energy balance : • SW radiative balance (albedo)

ATMOSPHERE

Radiative Balance : all wave-length

• Long-wave radiation LW • Turbulent fluxes H, LE • G and P are not important

Precipitation

Variables of atmosphere : SW

• Precipitation (solid/líquid): Mass alimentation, albedo • Cloudiness y Relative Humidity:

LW 

Sensible heat flux & latent heat flux

LW 

SW

Wind

SW, LW, LE/H • Wind velocity : LE

GLACIER

• Air temperature (sensible heat flux): H

Conduction (snow & ice)

Sources : P.Wagnon, J.E.Sicart, V.Favier, L.Maisincho, M. Litt

MELTING

IMPORTANCIA DEL INICIO DE LA TEMPORADA HÚMEDA Perfil de ablación mensual en el glaciar de Zongo (5100 m, 16°S Bolivia, 1991-2009) Balance de energía en la superficie de un glaciar

©B.Francou

1

2

3

Glaciar de Zongo Bolivia 16°S 5050 m

Flujos de energia en la superficie del glaciar de Zongo (16°S Bolivia) a 5100 m Wagnon, P., Sicart, J-E, Francou, B.

20

Glaciers regulate runoff in the high mountain basins, particularly when precipitation periods are short and irregular 5 stations on the Altiplano, daily averages over 1991-2008

sum of precipitations Runoff

precipitation

Discharge in the Zongo runoff station and wet season timing in balance / melt discharge: wet season timing and duration / precipitation intensity, frequency [PhD. C. Ramallo, 2013] Training course La Paz 10-15 07 2016

ESTACIONALIDAD POCO MARCADA Perfil de ablación mensual en el glaciar Antisana 15alfa (4950 m, 0°28S, Ecuador)

©B.Francou

Glaciar Antisana 12 Ecuador, 0.°28 S 5000 m

Flujos de energia en la superficie del glaciar Antisana 15 (0°28S Ecuador) a 5100 m

22 Favier , V., Maisincho, L., Francou, B.

Crucial factors for melting glaciers in the Andean tropics • Short-wave radiation [SW] is the biggest source of energy year round

• Long-wave radiation [LW ] : important incoming flux in the wet season (frequent convective clouds and high moisture content in the atmosphere). [LW ] is generally negative, but when positive (wet season) aliments a constant melting • Sensible heat flux [S] : low, generally compensated by the latent heat flux [LE]. This is due to the poor density of the atmosphere and the low air temperature at high elevation • Latent heat flux [LE] is high during the dry season (strong sublimation). With the [LW ] negative, the [LE] represent a strong loss of energy at the glacier surface • Consequently, melting is mainly controlled by the short wave balance [SW ], which depends on albedo • Albedo is controlled by the presence/absence of a snow cover at the glacier surface, which depends on the frequency of snowfalls and the phase of precipitation (snow/rain) • The snow/rain limit depends on temperature of atmosphere

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EVIDENCIAS DEL INCREMENTO DE TEMPERATURAS EN LOS ANDES TROPICALES DURANTE LAS ÚLTIMAS DÉCADAS

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Increasing temperature during the 20th century infered from Illimani’s cold ice

©B.Francou

Temperature from Illimani’s borehole vs temperature La Paz city

Extraction of 2 ice cores on Illimani 1in 999 by a French-Swiss team

Reconstructed air temperature at Illimani (6340 m a.s.l.) over the 20th century using borehole temperature profile inversion (thick line) compared with La Paz air temperature (red dashed line after 1962). The two black dashed lines form an envelope corresponding to model uncertainties according to posterior probability density standard deviation. The grey scale represent the past surface temperature probability distribution (3b) Posterior (thin line) and prior (dotted surface) probability density functions of surface temperature each ten years (see section 5 for more details). Gilbert, A., Wagnon,P., Ginot,P., Funk, M., 2010. 20th century temperature reconstitution in a high altitude tropical site from Illimani (6340 m), Bolivia, 16°39S) englacial temperature. J.Geophys.Res., 115.

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DESDE LOS AÑOS 1950, LA TEMPERATURA ATMOSFÉRICA AUMENTÓ DE MANERA HOMOGÉNEA A NIVEL DE LA REGIÓN DE LOS ANDES TROPICALES:

~+0.7°C MIENTRAS QUE NO HAY UNA TENDENCIA HOMOGENEA EN LAS PRECIPITACIONES Vuille et al. 2003; 2008

T +0.7°C

+0.7°C 0.10°C/decade

Annual temperature deviation from 1961-90 average (1°N -23°S) between 1939 and 2006. Compilation of 279 station records. Black line: long-term variation (0.10°C/decade). (Vuille et al., 2008)

Precipitation trend from 1950 to 1994 (42 station records)

increase decrease

Vuille, M., Francou, B., Wagnon, P., Juen, I., Kaser, G., Mark, B.G. & Bradley, R.S., 2008. Climate change and tropical Andean glaciers – Past, present, future. Earth Science Reviews, 89 (2008): 79-96.

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CON EL AUMENTO DE LA TEMPERATURA, EL LÍMITE DE FASE (LÍQUIDA/SOLIDA) DE LAS PRECIPITACIONES ALCANZA DURABLEMENTE LAS ZONAS DE ABLACIÓN DE LOS GLACIARES DE LA REGIÓN

Ejemplos del Antisana, de la Cordillera Blanca y de la Cordillera Real

Rabatel el al., 2013 .

Rabatel el al., 2013 .

Evolucion altitudinal de la isoterma 0°C promedio en los Andes tropicales (NCEP-NCAR reanálysis de 1955 a 2011) para 3 sitios (Antisana en Ecuador, Cordillera Blanca en Peru, y Cordillera Real en Bolivia). Paralelamente, se muestra el rango altitudinal de la parte baja de los glaciares (altitud inferior a la línea de equilibrio) (color azul). 27

PERO, FUERTE VARIABILIDAD DECADAL, POR GRAN PARTE CONTROLADA POR LA VARIABILIDAD DEL PACİFICO TROPICAL (ENSO)

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LOS GLACIARES DE LA REGIÓN RESPONDEN A LA VARIABILIDAD DE LA TSM (SST) DEL PACÍFICO TROPICAL: LA FRECUENCIA ELEVADA Y LA FUERTE INTENSIDAD DE LOS EVENTOS CÁLIDOS (EL NIÑO) HAN ACELERADO EL RETROCESO DE LOS GLACIARES ENTRE 1976 Y 2008 (PDO POSITIVA)

Ecuador + Colombia Niño3.4 SSTa Buena correlación Porqué ?

Positive PDO

Multivariate ENSO index

Bolivia Niño 1.2 SSTa Correlación mala Porqué ?

Francou et al., 2003;2004; Vuille et al., 2008; Rabatel et al., 2013

ARRIBA: Balance de masa mensual del Antisana, Ecuador, y el balance del glaciar La Conejeras, Colombia (curva azul). En rojo, anomalía de temperatura superficial del mare en el sector Niño3.4 (centro del Pacífico). Variables lisadas con un promedio móvil de doce meses. Los valores del balance de masa están desfasados (atraso) de tres meses con la temperatura del mar. Las barras muestran la mejor correlación con el desfase de las dos variables. ABAJO: Mismo representación, para el balance de masa del Zongo (zona de ablación), Chacaltaya y Charquini Sur en Bolivia, y la temperatura superficial del mar en el sector Niño1-2 (sector de la costa suramericana). Balance mensual con atraso de cuatro meses, conforme a la correlación óptima indicada por las barras arriba.

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¿El futuro?

©B.Francou

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30

Precip -20%

5300

mWGS)

5400

5200

EL FUTURO, VISTO POR LOS MODELOS -8000

-7000

-6000

-5000

-4000

-3000

5100

(IPCC) -2000

-1000

0

5000

1000

4900 2000

Bilan de masse (mmeq.eau)

Vuille et al., 2008

CROCUS 2030

d

6000

Saison humide 2005-2006 (octobre à mars)

5900

Référence

5800

Tair + 1 (°C)

5700

5500

Precip. +20% Precip -20%

5300 5200 5100 5000

-8000

-7000

-6000

-5000

-4000

-3000

-2000

-1000

0

1000

Lejeune, 2009

5400

Altitude (mWGS)

5600

Tair + 3 (°C)

4900 2000

Bilan de masse (mmeq.eau)

2090

SRES A2 Promedio de simulaciones de 8 modelos Alaska (+68°N – Patagonia (-50°N)

Sensibilidad del balance de masa del Glaciar de Zongo a las variaciones de temperatura y de precipitación. Referencia: estación húmeda 2005-2006

ELAwet = 5230 m (Present) ELAwet = 5430 m (+1°C)

+1°C ≈ ELA +200m

ELAwet = 5700 m (+3°C)

Muchos glaciares prodrian desaparecer con un aumento de T de +3°C 31

GRACIAS! ©B.Francou

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