Dissertations / Theses on the topic 'Glaciers – Montana'

Glacier National Park, in northwestern Montana, is a unique and awe-inspiring national treasure that is often used by the media and public-at-large as a window into the effects of climate change. An updated inventory of glaciers and perennial snowfields (G&PS) in the Park, along with an assessment of their change over time, is essential to understanding the role that glaciers are playing in the environment of this Park. Nine inventories between 1966 and 2015 were compiled to assess area changes of G&PS. Over that 49-year period, total area changed by nearly -34 ± 11% between 1966 and 2015. Volume change, determined from changes in surface topography for nine glaciers, totaling 8.61 km² in area, was +0.142 ± 0.02 km³, a specific volume loss of -16.3 ± 2.5m. Extrapolating to all G&PS in the Park in 1966 yields a park-wide loss of -0.660 ± 0.099 km³. G&PS have been receding in the Park due to warming air temperatures rather than changes in precipitation, which has not changed significantly. Since 1900, air temperatures in Glacier National Park have warmed by +1.3 C°, compared to +0.9 C° globally. Spatially, G&PS at lower elevations and on steeper slopes lost relatively more area than other G&PS.

Avalanche paths are unique ecosystems that represent a significant portion of the landscape in the northern Rocky Mountains. Frequent avalanche disturbance results in vegetative cover that is unlike the adjacent coniferous forest. These high relief environments have the potential to remove carbon from the atmosphere at rates differing from those of the surrounding forest, and to regulate matter and/or energy fluxes to downslope ecosystems. This thesis attempts to estimate organic carbon on south-facing avalanche paths in the southern portion of Glacier National Park, Montana. I am specifically interested in total organic carbon density, compartmental carbon density, and change in organic carbon over time as a function of shrub and tree diameter. Using an integrated sampling method, estimates of total organic carbon on avalanche paths appear to be different than those of the adjacent forest and similar to those of other shrub formation types in the area. However, the potentially moveable litter compartment is consistently larger. Organic carbon from shrub and trees growing on paths appears to be increasing at a continuous rate leading up to disturbance, while a typical individual's rate of increase appears to be slowing. The organic material temporarily stored on avalanche paths could serve as an important outside carbon source for near and distant aquatic ecosystems.

Glacier retreat is considered a clear sign of global climate change. Although a rich body of work has documented glacial response to climate warming trends, comparatively little research has assessed vegetation change in recently deglaciated areas. In this study, we assess vegetation change at two glacier forefronts in Glacier National Park, Montana, through remote sensing analysis, fieldwork validation, and statistical modelling. The research objectives were to: 1) quantify the spatial and temporal patterns of landcover change of five classes"ice, rock, tree, shrub, and herbaceous at the two glacier forefronts in Glacier National Park, and 2) determine the role of selected biophysical terrain factors (elevation, slope, aspect, solar radiation, flow accumulation, TWI, and geology) on vegetation change at the deglaciated areas. Landsat imagery of the study locations in 1991, 2003, and 2015 were classified and validated using ground truth points and visual interpretation for accuracy. Overall accuracies were above 75% for all classified images. To identify biophysical correlates of change, we used generalized linear mixed models with non-vegetated surfaces to vegetation (code=1) or stable non-vegetation class (code=0) as a binary response variable. Results revealed elevation, slope, TWI, geology, and aspect to be associated with increased vegetation over time at Jackson Glacier forefront, whereas elevation, slope, solar radiation, and geology were significant at Grinnell Glacier forefront. New case studies on vegetation change in recently deglaciated regions can deepen our knowledge about how glacier retreat at local scales results in recharged ecosystem dynamics.
Master of Science
Glacier retreat is considered a clear sign of global climate change. Although glaciers are retreating globally, comparatively little research has assessed how vegetation changes in recently deglaciated areas. The research objectives were to: 1) quantify patterns of landcover change of five classes—ice, rock, tree, shrub, and herbaceous at two glacier forefronts in Glacier National Park, and 2) determine the environmental and terrain factors that affect vegetation change at the deglaciated areas. Landsat imagery of the study locations in 1991, 2003, and 2015 were classified and validated using ground truth points and visual interpretation for accuracy. To identify terrain and environmental factors that influence change, we modeled change from nonvegetated surfaces to vegetation (code=1) and the stable non-vegetation class (code=0). Results revealed elevation, slope, topographic moisture, geology, and aspect to be associated with increased vegetation over time at Jackson Glacier forefront. Elevation, slope, solar radiation, and geology were significant at Grinnell Glacier forefront, indicating some geographic differences in important factors. New case studies on vegetation change in recently deglaciated regions can deepen our knowledge about how glacier retreat at local scales results in recharged ecosystem dynamics. This study provides further insight on the future of alpine ecosystems as they respond to global climate change and a compelling new perspective on the future of the Park. Additionally, we demonstrate the benefits of using remote sensing applications to study land cover change as a proxy for vegetation colonization, especially in remote mountainous environments.

Les glaciers Andins présentent des taux de recul parmi les plus importants au monde, et contribuent à la hausse du niveau des mers. Ils constituent aussi des ressources en eau vitales pour les vastes zones semi-arides le long de la Cordillère des Andes (10°N-56°S), en alimentant les rivières lors des sécheresses. En dépit du retrait des glaciers Andins, les mesures directes des fluctuations glaciaires sont éparses, de court terme, incomplètes, et ne permettent donc pas une estimation précise de la perte de glace récente à l'échelle de la chaîne entière. Décrire quantitativement cette perte à différentes échelles spatio-temporelle est cruciale afin de mieux anticiper les impacts écologiques, économiques et sociaux. Premièrement, nous avons évalué la performance d'une méthode visant à calculer les changements de masse des glaciers Andins. Cette méthode utilise les séries temporelles des modèles numériques de terrain (DEM) produit par des images stéréoscopiques Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer (ASTER). Sur la zone de validation de la méthode, le Champ de Glace Nord de Patagonie (NPI), nous avons observé un bilan de masse fortement négatif de -1.06 ± 0.14 m w.e. a-1 pour la période 2000-2012. Ces résultats sont cohérent avec les estimations faites précédemment, mais aussi avec une seconde estimation (-1.02 ± 0.21 m w.e. a-1) obtenue indépendamment par différentiation de DEMs de meilleur résolution, Shuttle Radar Topography Mission (SRTM) et Satellite pour l'Observation de la Terre 5 (SPOT5). Ce travail nous a permis de (i) valider la méthode appelée " ASTER monitoring Ice towards eXtinction " (ASTERIX) sur la totalité des Andes, (ii) confirmer l'absence de pénétration du signal radar SRTM dans la bande C sur la neige du NPI (sauf pour une petite région au dessus de 2900 m a.s.l) avec des effets négligeables sur le bilan de masse du NPI; et enfin (iii) fournir la base de travail pour une analyse des variations du bilan de masse du NPI durant différentes sous périodes entre 1975 et 2016, grâce à des DEMs supplémentaires. Ensuite, nous avons généré plus de 30000 DEMs ASTER afin de calculer la perte de l'intégralité des glaciers Andins, et ce pour les deux dernières décennies. La perte de masse à l'échelle des Andes s'élève ainsi à -22.9 ± 5.9 Gt a-1 (-0.72 ± 0.22 m w.e. a-1) pour la période d'étude entière, ou -26.0 ± 6.0 Gt a-1 en incluant les pertes subaquatiques. Toutes les régions affichent une diminution du volume de glace. Les taux les plus négatifs sont observés dans les Andes Patagoniennes (-0.78 ± 0.25 m w.e. a-1) et dans les Andes Tropicales (-0.42 ± 0.24 m w.e. a-1). Les pertes sont modérées dans les régions intermédiaires des Andes Arides (-0.28 ± 0.18 m w.e. a-1). Pour la première fois à l'échelle des Andes, une tendance inter-décennale de la perte volumique a été mise en évidence. Les taux d'amincissement des glaciers tropicaux et ceux situé sous 45°S sont négatifs et stables sur la période considérée. Cependant, alors que les glaciers des Andes arides sont proche de l'équilibre dans les années 2000, leur taux d'amincissement augmentent drastiquement à partir de 2010, coïncident ainsi avec une période de sécheresse intense depuis 2010. L'étude des contributions des pertes de masse décennales des glaciers aux débits des rivières révèle que la fonte de ces glaciers a en partie aidé à minimiser les impacts négatifs de cette sécheresse dans les Andes arides. Les résultats obtenus au cours de cette thèse apportent une meilleure compréhension des pertes récentes des glaciers Andins, localement et régionalement
Andean glaciers are amongst the fastest shrinking and the largest contributors to sea level rise in the world. They also represent crucial water resources in the vast semi-arid portions of this large Andes Cordillera (10°N-56°S), sustaining river runoff during dry periods and buffering the effects of droughts. Despite the widespread shrinkage of these glaciers, direct measurement of glacier fluctuations in the Andes are sparse, short-termed and in many cases incomplete, preventing the accurate quantification of recent ice loss for the entire mountain range. Comprehensively quantifying the magnitude of this loss at different special scales is crucial to better constrain future economical, ecological and social impacts. First, we evaluated the performance of a methodology to calculate glacier mass changes on Andean glaciers using time series of digital elevation models (DEMs) derived from Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer (ASTER) stereo images. Over our validation zone, the Northern Patagonian Icefield, we found strongly negative icefield-wide mass balance rates of -1.06 ± 0.14 m w.e. yr-1 for the period 2000-2012, in good agreement with estimates from earlier studies and with a second independent estimate (-1.02 ± 0.21 m w.e. yr-1) obtained by differencing the better resolved Shuttle Radar Topography Mission (SRTM) DEM with a Satellite pour l'Observation de la Terre 5 (SPOT5) DEM. Importantly, this work permitted us to (i) validate "ASTER monitoring Ice towards eXtinction" (ASTERIX) method over the Andes; (ii) confirm the lack of penetration of the C-band SRTM radar signal into the NPI snow and firn except for a small high altitude region (above 2900 m a.s.l.) with negligible effects on NPI-wide mass balance; and (iii) provide the basis for an analysis of NPI mass balance changes during different sub-periods between 1975 and 2016 using additional DEMs. Then, we processed more than 30000 ASTER DEMs to calculate the integrated volume of ice lost by Andean glaciers during the past two decades. Andes-wide mass loss amounts to -22.9 ± 5.9 Gt yr-1 (-0.72 ± 0.22 m w.e. yr-1) for the entire period (or -26.0 ± 6.0 Gt yr-1 including subaqueous losses). All regions show consistent glacier wastage, with the most negative mass balance rates in the Patagonian Andes (-0.78 ± 0.25 m w.e. yr-1) and Tropical Andes (-0.42 ± 0.24 m w.e. yr-1). Relatively moderate loss (-0.28 ± 0.18 m w.e. yr-1) is measured in the intermediate regions of the Dry Andes. The inter-decadal patterns of glacier mass loss is an important contribution of this work, observed for the first time at an Andes-wide scale. We observe steady thinning rates in the Tropics and south of 45°S. Conversely, glaciers from the Dry Andes were stable during the 2000s, shifting to drastic thinning rates during the 2010s, coinciding with conditions of sustained drought since 2010. The evaluation of the imbalanced glacier contribution to river discharge during these two decades revealed that glaciers partially helped to mitigate the negative impacts of this sustained drought in the Dry Andes. The results obtained in this thesis contribute to the understanding of recent Andean glacier evolution at a local, regional and Andes-wide scale. We provide a high-quality, multi-decadal dataset that will be useful to constrain the diversity of present 21st century Andes-wide mass loss estimates, in the pursuit of the good calibration of glaciological and hydrological models intended to project future glacier changes and to improve water resource management in the Andes

Acquisition and interpretation of 3-D seismic data led DeAngelo and Hardage (2001) to describe the channel system in the south central Cut Bank area in Glacier County, Montana. The presence of a low velocity layer called Bentonite was also discovered in the area with the help of well-logs. Bentonite is a volcanic ash, which lies on both sides of the channel system and is absent within the channel. DeAngelo and Hardage (2001) shot a vertical seismic profiling (VSP) survey at well # 54-8 to analyze the formation structure in depth, since seismic signals around the reservoir area were unclear in the 3-D survey. This research attempts to estimate the attenuation properties of the Bentonite layer in the Cut Bank oil field. VSP data is processed for velocity information and estimation of seismic Q using the spectral ratios method (SRM). The SRM theoretically assumes that the propagating signal is a plane seismic wave traveling vertically from one point to another in a homogeneous model. The amplitudes at the start and end points are known and relate to each other with the attenuation coefficient in a frequency range. The relation between the seismic amplitudes at z distance from each other can be expressed as a linear function of frequency after a few modifications. SRM uses the linearity of the logarithmic ratio of the seismic amplitudes over a frequency range. In theory, ratios plotted against a frequency range must produce a flat line. However, in practice, the logarithmic ratios are expected to draw an approximate line (curve), where some of the data points deviate from the origin of the line. Thus fitting a line to the ratios curve and calculating the slope of this curve are necessary. Slope of the curve relates to the seismic attenuation coefficient and further to the seismic Q. The SRM results suggest that Bentonite may have a Q value as low as 5. This highly attenuative and thin (20 to 40 feet throughout the south central Cut Bank Unit) layer alters seismic signals propagating through it. A thorough analysis of the amplitude spectra suggests that seismic signals dramatically lose their energy when they pass through Bentonite. Low energy content of the signals below the Bentonite layer highlights that the recovery of the seismic energy is less likely despite the presence of multiples, which are known to affect the seismic signals constructively. Therefore, separation of reflected events is a greater challenge for the thin reservoir sand units lying underneath the Bentonite layer. Thus the Bentonite layer in the Cut Bank oil field has to be taken seriously and data processing should be done accordingly for better accuracy.

Tesis para optar al grado de Doctor en Ciencias, Mención Geología
La variabilidad del clima durante el último milenio (A.D 1000 - 2000), permitió que diversos glaciares de montaña a escala global hayan experimentado su máximo crecimiento en térmi- nos de su masa, respecto a actuales condiciones. Las causas climáticas de este crecimiento glaciar se relacionan con La Pequeña Edad de Hielo (PEH; A.D 1500 - 1850). Este periodo de interés paleoclimático global ha sido bien documentado en el hemisferio Norte, contrario al hemisferio Sur.. Más aún, existe un desconocimiento profundo acerca de cómo, mecanismos climáticos que actualmente afectan el clima de regiones como los Andes Mediterráneos de Chile y Argentina (AM; 30-37 S), como El Niño Oscilación del Sur, hayan afectado el balance de masa glaciar y las variaciones temporales de la línea de equilibrio altitudinal (ELA) duran- te dicho intervalo. La PEH es un antónimo a lo que acontece actualmente con los glaciares de montaña, donde en regiones como los AM diversos estudios han identificado un severo retroceso. El balance de masa glaciar (MB) y su ELA está influenciado por los cambios en la temperatura del aire, elevación de la Isoterma de 0C y las precipitaciones. La presente tesis doctoral consta de dos capítulos y un capítulo introductorio. Un primer capítulo exhibe las tendencias de las variables climáticas que actúan directamente sobre el MB, y mencionadas anteriormente. Un segundo capítulo, presenta una modelación de la ELA durante A.D 1500 - 1848 mediante un modelo forzado por tres modelos climáticos globales (GCMs). Se estudió las relaciones entre las variaciones temporales en la Temperatura Superficial del Mar (SST) del Océano Pacífico y la variabilidad temporal de la ELA. La temperatura media se ha in- crementado significativamente durante enero, febrero, marzo, y desde agosto a noviembre, considerando 1969 - 2016. La temperatura mínima, por su parte, se ha incrementado signifi- cativamente durante enero y mayo, mientras que la temperatura máxima, excepto en mayo, julio y septiembre, se ha incrementado significativamente durante 1969 - 2015. La isoterma de 0oC (ISO0) registró un incremento significativo en enero, marzo y anual durante 1858 - 2015. Tendencias en la ISO0 (años 2000 - 2015) exhiben un incremento significativo durante enero, mayo, junio y agosto. La precipitación (pp) de abril a septiembre registró una ne- gativa y significativa tendencia desde 1876, con reducciones significativas durante los meses de mayo, junio y julio. Entre 1981 - 2015, una significativa reducción ha sido registrada en la pp de abril a agosto. La ELA anual durante la PEH registró una elevación de 3775 m. Una menor elevación de la ELA fue identificada durante A.D 1640 - 1670 y 1800 - 1948. Contrariamente, una mayor elevación de la ELA fue identificada durante A.D 1550 - 1575. Propiedades espectrales de la ELA modelada indican significativas señales de entre 2 - 7 años de periodicidad, y también señales decadales a multi decadales. Significativas señales espec- trales fueron también obtenidas con el primer modo de variabilidad de la SST región Niño 3.4. Además, correlaciones significativas fueron obtenidas entre la ELA anual y la SST en la región Pacífico. Se propone que la variabilidad de la SST del océano Pacífico fue el principal modulador de los cambios temporales de la ELA en los AM durante A.D 1500 - 1848.

Instrumental climate records reveal fluctuations in summer moisture anomalies and winter snowpack in Glacier National Park, Montana, on decadal and multidecadal timescales. However, because climate records for the region are limited to the 20th century, studies on the impacts of long-duration variations in climate on physical and ecosystem processes were limited. Therefore, a reconstruction of summer moisture variability (June - August) spanning A.D. 1540-2000 was created from a multi-species network of tree-ring chronologies sampled in Glacier National Park. The reconstruction shows decadal-scale shifts between drought and pluvial events with a pronounced cool/wet period spanning the end of the Little Ice Age (A.D. 1770-1840). The single most exceptional drought event occurred over the 20th century (A.D. 1917-1941) and was associated with the most spatially consistent drought regime throughout the northern Rockies and Pacific Northwest over the past ~500 yrs. Among a wider spatial network of hydroclimatic reconstructions arrayed along a north-south Rocky Mountain transect, trends at Glacier National Park were found to be most similar to those in the Canadian Rockies and the Pacific Northwest. Also, many decadal-scale drought/pluvial events were consistent among all sites along the north-south transect - although magnitude, intensity, and time of onset varied. To investigate climatic drivers related to the Little Ice Age glacial maximum and rapid 20th-century retreat, I explored the impact of north Pacific Basin sea-surface temperature anomalies on low-frequency variations in winter snowpack for the park. Temperature anomalies in the north Pacific basin exhibit tight linkages to variations in snowpack; therefore, I used a tree-ring based reconstruction of north Pacific temperature variability and summer drought as proxies for winter glacial accumulation and summer ablation, respectively, over the past three centuries (A.D. 1700-2000). These records show that the 1850's glacial maximum was likely produced by ~70 yrs of cool/wet summers coupled with high snowpack. Glacial retreat coincided with an extended period (>50 yr) of summer drought and low snowpack culminating in the exceptional events of 1917-1941 when retreat rates exceeded 100 m/yr. This research highlights the difficulty in detecting regional expression of global climate change when 'natural' decadal-scale variations in climate are regionally common.

This thesis is the first to the author's knowledge to conduct a holistic investigation of the physical, chemical and microbial properties of a rock glacier. The Lone Peak Rock Glacier (LPRG) is located in the Madison Range of southwest Montana on Big Sky Resort property. This thesis focuses on three scales of investigation: regional, landform, and micro. Regional-scale analysis assessed the role of geology and topography as factors in determining rock-glacier distribution in SW Montana above 2000m. Rock glaciers across alpine landscapes in southwest Montana are preferentially distributed according to rock type, with more rock glaciers occurring in intrusive, foliated intrusive and metamorphic catchments relative to the areal proportion of these rock types than in extrusive and sedimentary catchments. This preferential distribution according to catchment geology is likely due to the affect that geology has on topography and provision of talus. Landform-scale analysis focuses on internal structure, flow dynamics and surface topography of the LPRG. The relationship between surface topography and subsurface structure is explained by passive roof duplex faulting. This finding has implications for rock-glacier flow dynamics and the development of transverse ridges, a common surface feature of rock glaciers studied worldwide. Micro-scale analysis characterizes microbiological and geochemical properties of rock-glacier ice and evaluates it as a microbial habitat, exploring potential associations between debris content and microbial activity. Amber ice (containing 0.1% debris by weight) appears to be a more suitable microbial environment than debris-poor ice (containing < 0.01% debris). This finding highlights the importance of debris as a potential nutrient and energy source to enhance microbial viability in rock-glacier ice. 'Co-authored by Mark Skidmore, Marvin Speece, Curtis Link, William Locke, Christina Carr, Colin Shaw and Scott Montross .'

Face au déclin récent des glaciers de montagne, un suivi régulier à l'échelle globale est nécessaire mais n'est pas réalisable par des campagnes de terrain. Nous montrons dans cette thèse que l'imagerie satellitaire haute résolution est une solution pour observer l'évolution dynamique et volumétrique des glaciers.
Les vitesses de surface des glaciers du Mont-Blanc montrent des fluctuations à court terme que nous relions à l'intensité de la fonte et à l'hydrologie sous-glaciaire. Sur le long terme, un ralentissement important (30 à 40%) suggère une réponse dynamique des glaciers aux changements climatiques.
Pour les glaciers alpins, les pertes de glace dans les zones basses s'accélèrent lors des dix dernières années alors qu'à haute altitude l'épaisseur glaciaire ne varie presque pas. Un fort amincissement à basse altitude est aussi observé en Islande et en Himalaya entre 1998-9 et 2004. Aussi, la fonte de ces glaciers expliquerait 5% de l'élévation récente

Au-delà de leur rôle d’icône du changement climatique, les glaciers de montagne sont une composante essentielle de notre planète. Ils sont, de plus, de véritables « climat-mètres » naturels. Malgré leur faible superficie (0.5% des terres émergées), les glaciers de montagne contribuent à hauteur de 30% à la hausse du niveau des mers. Dans certaines régions, ils constituent de véritables enjeux quant à l’eau potable, l’agriculture, la production hydroélectrique ou les aléas glaciaires. Peu sont en revanche instrumentés (<0.0025%) et leurs fluctuations à l’échelle de régions entières sont mal connues.Grâce au développement de capteurs satellitaires à haute résolution spatiale (métrique à décamétrique), le développement de méthodes automatisées permet aujourd’hui d’augmenter considérablement le nombre de glaciers observés. Après avoir dressé un état de l’art des méthodes existantes et identifié les verrous méthodologiques, nous avons développé deux méthodes en particulier.La première se base sur la détection automatique de l’altitude de la limite glace/neige (i.e. ligne de neige) à la surface du glacier, à partir d’images satellites optiques. Cette altitude, lorsque mesurée à la fin de l’été, est un marqueur du changement de masse à la surface du glacier ayant eu lieu au cours de l’année (appelé bilan de masse de surface). Cette approche nous a permis d’estimer le bilan de masse de surface annuel de 239 glaciers dans les Alpes européennes et de 82 glaciers dans les Andes tropicales pour la période 2000-2016 et 2000-2018, respectivement. La perte moyenne annuelle observée est de -0.74 et de -1.29 m équivalent eau par an pour les deux régions respectivement. A notre connaissance, cette approche a permis d’établir le premier jeu de données de bilans de masse de surface annuels pour des glaciers individuels à échelle régionale à partir d’images satellites optiques. Une dépendance du bilan de masse de surface moyen par glacier à des caractères morpho-topographiques (e.g. pente, altitude médiane …) a été observée, où plus les glaciers sont pentus et hauts en altitude, moins leur perte de masse est importante. Une comparaison avec des mesures in situ dans les Alpes Européennes révèle une surestimation de la perte de masse par ces dernières si on les extrapole spatialement, notamment à cause de la faible représentation de glaciers à forte pente (>20°) dans les mesures in situ. Notre étude sur les Alpes Européennes a de plus permis d’identifier une variabilité interannuelle hétérogène sur cette région, en partie expliquée par des contextes climatiques différents grâce à l’utilisation de données issues de ré-analyses.Le développement d’une autre méthode a permis, à partir de l’analyse de carte d’albédo issues du capteur MODIS, de caractériser le bilan de masse de surface annuel et estival de 30 glaciers dans les Alpes françaises. Cette étude ouvre la porte à l’utilisation de cette méthode pour l’analyse du bilan annuel et saisonnier à l’échelle régionale.Ce travail a permis, à travers des applications dans différentes régions englacées, de développer et valider des méthodes capables, à partir d’images satellites optiques, d’estimer le bilan de masse de surface annuel et saisonnier de glaciers de montagne à l’échelle de régions entières. Ces estimations peuvent ensuite être utilisées pour : (1) étudier l’impact du climat local sur les glaciers de montagne ; (2) d’investiguer de possibles conditions météorologiques favorisant les fluctuations observées ; (3) calibrer et valider les modèles glacio-hydrologiques utilisés pour estimer les contributions actuelles et futures des glaciers de montagne au fonctionnement hydrologique des bassins versants et à l'élévation du niveau des mers
Beyond their iconic role of climate change, mountain glaciers can be considered as Earth’ essential component and natural “climate-meter”. Despite their small spatial coverage (0.5% of emerged land), mountain glaciers contribute as high as 30% of the observed sea-level rise. In some regions, they are considered as essential issues because of their importance in terms of potable water, agriculture, hydroelectricity or natural hazards. A small share is however monitored in situ (<0.0025%) and their fluctuations at regional scale are poorly known.Thanks to the development of high spatial resolution satellite sensors (metric to decametric), new methods are today available to significantly increase the number of monitored glaciers. After a state of the art of the existing methods and an identification of the limitations, we focused our attention on the development of two methods.The first one is based on the automatic detection of the snow/ice interface altitude (i.e. snowline) at the glacier surface from optical satellite images. This altitude, when estimated at the end of summer, is a proxy of the annual glacier-wide mass change at the glacier surface (called surface mass balance, SMB). Using this approach, we estimated the annual SMBs of 239 glaciers in the European Alps and 82 glaciers in the tropical Andes for the period 2000-2016 and 2000-2018, respectively. The mean mass loss are -0.74 and -1.29 m water equivalent per year for the two regions, respectively. This approach allowed to derive the first dataset of annual SMBs for individual glaciers at regional scale from optical remote sensing. We found significant relationships between the computed SMBs and the glacier morpho-topographic features (e.g. slope, median altitude, …), with steeper and higher glaciers, experiencing less mass losses. Comparison with in situ monitored SMBs revealed an overestimation of mass losses from in situ estimates, due to a low representativeness of steep glaciers (>20°) in the in situ datasets. Our study also revealed heterogeneous inter-annual variability across the European Alps, partially explained by the climatic context of the studied sub-regions, thanks to the analysis of climate reanalysis data.We developed a second method to derive the annual and summer SMBs from albedo maps, computed from MODIS images. With an application on 30 glaciers in the French Alps, this work opened the way toward a regional application of this method, in order to estimate both annual and summer SMBs.By performing regional applications on different glacierized regions, we developed and validated methods capable of deriving the annual and summer SMBs of individual mountain glaciers at regional scale, from optical remote sensing data. These data could then be used to (1) assess the impact of peculiar climatic conditions onto mountain glaciers; (2) investigate possible meteorological conditions driving the documented glacier fluctuations; (3) calibrate and validate glacio-hydrological models used to estimate the current and future contributions of mountain glaciers to the hydrological functioning of mountain catchments and to sea level rise

In recent decades land use and land cover change (LULCC) has occurred throughout the Intermountain West. The Crown of the Continent Ecosystem (CCE) extends along the Rocky Mountains adjacent to the Canada-U.S. International border. In the U.S. portion of the CCE, located in northwestern Montana, development has increased since the 1990s, largely because of urban to rural migration. The CCE has become an amenity-based destination, which in turn is likely to threaten its terrestrial and aquatic ecological diversity (Quinn and Broberg 2007). Specifically, development pressures on private lands surrounding federally protected lands, are intensifying and thus threatening core habitat of native species and connectivity of forested areas. By characterizing the spatial and temporal patterns of LULCC, we can better understand landscape-scale changes influenced by human-environment interactions. Using National Land Cover Database (NLCD) products, I identified areas that have experienced land cover change for three time periods: 1992-2001, 2001-2006, and 2006-2011. Additionally, I used case studies to further investigate LULCC in the study area. The findings suggest that the highest rates of development in proximity to Glacier National Park were dependent on existing urban land cover, meaning existing roadway infrastructure and established urban areas saw the greatest urban development. Additionally, communities adjacent to Glacier National Park were hotspots for urban development. Based on the results, areas in proximity to federally protected lands are likely to experience continued urban intensification over the next few decades.
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Les glaciers rocheux sont l'une des expressions visibles du pergélisol de montagne et sont à ce titre l'objet d'études nombreuses et variées depuis plus de 20 ans. Deux principaux thèmes sont actuellement étudiés par la communauté scientifique : i) mieux appréhender les mouvements qui affectent les glaciers rocheux ainsi que les mécanismes qui les régissent et évaluer l'impact des changements atmosphériques globaux sur ces formes périglaciaires. Dans ces travaux de thèse nous proposons de contribuer au premier de ces deux thèmes de recherche en utilisant un des outils offerts par la télédétection, déjà utilisé dans d'autres pays pour l'étude des glaciers rocheux : l'interférométrie radar différentielle (D-InSAR). L'interférométrie radar différentielle (D-InSAR) est une méthode basée sur la mesure de la différence de phase entre deux images radar qui couvrent la même zone à différents intervalles de temps et depuis des orbites quasi-similaires. Déjà été utilisée dans d'autres domaines, notamment en glaciologie, volcanologie et sismologie, cette technique crée des interférogrammes, cartes de la déformation du sol en deux dimensions dans la ligne de visée du satellite, qui permettent de détecter et de quantifier un déplacement de quelques centimètres survenu au sol entre deux acquisitions radar. Des recherches en Suisse ont également montré que cette technique pouvait être utilisée pour semi-quantifier les mouvements de glaciers rocheux sur de vastes secteurs et parfois les quantifier (sous réserve de respecter certains critères lors de la création et l'analyse des interférogrammes). Dans ce travail de thèse, nous avons acquis des images radar provenant des satellites ERS (datant de 1991 à 1995) et TerraSAR-X (datant de l'été 2012) grâce à l'ESA (agence spatiale européenne) et au DLR (Deutschen Zentrums für Luft und Raumfahrt, agence spatiale Allemande) dans le but de créer et d'analyser des interférogrammes dans le secteur des Alpes françaises. Nous nous intéressons principalement à la détection des glaciers rocheux. Les archives des satellites ERS-1 et 2 nous ont permis de travailler à l'échelle de l'ensemble des Alpes françaises avec une résolution moyenne (25m en géométrie sol). Les données provenant de TerraSAR-X (TSX) ont permis des analyses plus fines grâce à une meilleure résolution en géométrie sol (10m). Cependant le secteur d'études s'est restreint à la Haute Maurienne/Haute Tarentaise à cause du coût des données et du temps nécessaire à la création et à l'analyse des interférogrammes. Pour les données ERS, nous avons pris en compte l'ensemble des images disponibles au-dessus des Alpes françaises et choisi celles adaptées pour notre étude. Finalement 9 interférogrammes ont été créés. Pour analyser ces données deux méthodes ont été employées : i) une analyse visuelle par des géomorphologues dans un SIG (aidée par des ortho-images et des données topographiques) ; ii) une évaluation de la pertinence des résultats par l'intermédiaire d'une comparaison entre les résultats D-InSAR et des inventaires de glaciers rocheux existants. Finalement une carte de l'ensemble des glaciers rocheux détectés dans les Alpes françaises a été produite. Les données TSX ont été analysées sensiblement de la même manière. Enfin, une troisième étude s'est concentrée sur le cas peu commun du glacier rocheux « déstabilisé » de Pierre Brune (mouvements > 2m/an). Une reconstitution historique des déplacements a été réalisée à partir d'images optiques d'archive et des données GPS ont été acquises durant l'été 2012 et comparées aux données obtenues par D-InSAR. En nous basant sur ces études aux résolutions d'image et aux échelles spatiales variées, nous proposons une discussion sur la pertinence de l'utilisation de la méthode D-InSAR pour du « monitoring » à moyen et long termes des glaciers rocheux mais également sur les atouts et inconvénients de la méthode
Rockglaciers are one the visual expressions of mountain permafrost and have been the focus of numerous and various studies in the last two decades. Two main topics are studied by the scientific community: i) better understanding the movements of active rockglaciers and the phenomena that generate those movements; ii) assessing impact of global atmospheric change on these periglacial shapes. Here we propose to contribute to the first topic by using remote sensing method of displacement measurements already used in other countries for rockglaciers studies: Differential Interferometric Synthetic Aperture Radar (D-InSAR). D-InSAR is a method of measurement based on the phase difference between two radar images, which represent the same area but at different time intervals. The technique generates interferograms, maps of surface deformation in two-dimensions allowing for the detection and quantification (in centimeters) of variations in distance between the target and the radar between two different data acquisitions. Recent research has shown that the InSAR technique can be used to semi-quantify rockglacier deformation (under the assumption that certain conditions are respected with regard to generating and interpreting the interferograms). In the present thesis, ERS radar images (dating from 1991 to 1995) and TerraSAR-X data (dating from summer 2012) were obtained in courtesy of ESA (European Space Agency) and DLR (Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt, German Space Agency) with the aim of generating interferograms. We are interested by the detection of rockglacier movements. The ERS archives allowed us to work at French Alps scale with moderate resolution (25m in ground geometry) whereas TerraSAR-X data have better ground resolution (10m) but our analysis are more local (Haute Maurienne/Haute Tarentaise) due to the cost of the data and the time-consuming nature of the analyzes. With ERS, we selected all archives data and chose the more relevant of them. Finally 9 interferograms were generated. To analyse this amount of data two methods were employed: i) a GIS analysis of interferograms by geomorphologists (helped by ortho-images and topographic data), ii) a comparison between interferograms and existing rockglaciers shape inventory to evaluate the quality of the radar detections. At the end of the analysis a map of the French Alps with all detected rockglacier movements was produced. With TerraSAR-X data, the method of analysis was almost the same. Analyzes focused on the Haute Maurienne/Haute Tarentaise massif. A third scale of analysis is focus on Pierre Brune rockglacier which has been detected on ERS interferograms as destabilized rockglaciers (movement > 2 m/year). Further investigations have been carried out on this site (historical movements reconstitution and GPS acquisitions). Based on these studies with different scales and resolutions, we proposed a discussion about suitability of D-InSAR measurements method for long term rockglaciers monitoring as well as drawbacks and benefits of the method

Dans le bassin versant de la Grande Sassière (21 km - 2300-3747 m), les processus géomorphologiques ont été quantifiés de 1996 à 1999. Le but était de connaître les modalités de leur fonctionnement, leur intensité et d'établir un bilan d'érosion pour ce géosystème inhabité de haute montagne, appartenant aux systèmes morphodynamiques périglaciaire et glaciaire. Sa configuration (altitude, orographie, géologie. . . ) et la présence de retenues EDF servant de pièges à sédiments, ont permis une étude systémique que peu de bassins versants autorisent. Sur les versants schisteux et quartzitiques, les processus périglaciaires sont actifs, mais leurs effets proches des valeurs déjà observées ailleurs. La reptation est de 0,7 à 1,1 mm/an. L'éboulisation et les avalanches entraînent une dénudation de 0,24 mm et 0,21 mm/an. La solifluxion est très active, 46,7 cm/an, mais très variable dans le temps. Le déplacement, exclusivement périglaciaire, est fortement corrélé avec les limites d'Atterberg. Les glaciers régressent. Celui de Rhêmes-Golette a perdu 305 m en 52 ans, celui du Santel 100 m en 39 ans. Les glaciers rocheux constituent un pergélisol immobile depuis 1948, et même, semble t-il, depuis le Suboréal-Subatiantique, avec un impact minimal du Petit Age de Glace. L'érosion procède par à-coups. Le 24/07/96, une crue torrentielle a mobilisé 99 % des volumes transportés de 1996 à 1999 par les processus entraînant une dénudation (avalanche, éboulisation, glissement). Pour le bassin versant, l'érosion spécifique de cet épisode est de 2,28 mm sur un total de 2,31 mm en quatre ans. La dénudation moyenne, 0,58 mm/an de 1996 à 1999, tombe à 0,09 mm/an de 1964 à 1999. Des cartes des instabilités morphodynamiques montrent l'activité des processus et les possibilités d'évolution future des versants. . .

O propósito geral desta tese foi modelar a dinâmica do retroespalhamento SAR-X ao longo de um pacote superficial de neve seca através do uso de uma ferramenta computacional de modelagem de micro-ondas (RF Module®, PDETOOL®, MATLAB®), baseado na física da interação entre o feixe de micro–ondas e este pacote de neve, e executar a aplicação de métodos estatísticos para geração de relações entre variáveis estratigráficas desse pacote de neve e o respectivo retroespalhamento SAR-X observado. Para tanto, o presente trabalho buscou avançar na organização de um modelo analítico para o processo de interação entre um feixe de micro–ondas na banda X e o pacote de neve superficial, aplicando ferramentas computacionais para a resolução dos equacionamentos que compõem esse problema. Como área de estudo, delimitou–se a porção ocidental antártica, especificamente junto à área da geleira Union. O modelo de retroespalhamento utilizado pautou–se na consideração do Modelo de Transferência Radiativa (MTR), adotando como variáveis principais a profundidade da neve acumulada, a rugosidade da superfície (interface ar–neve e neve–sologelo), o tamanho dos cristais de neve (tamanho dos grãos), o perfil de densidade da neve acumulada e as características das camadas de neve que formam o pacote de neve superficial (espessura, forma da interface entre camadas, variação dielétrica entre camadas, dentre outros). Posteriormente, através da reversão modelagem estatística do modelo de retroespalhamento criado, foram obtidos dados estratigráficos indiretos modelados (número médio de camadas de neve, densidade média do pacote de neve superficial e tamanho médio dos grãos de neve), permitindo a inferência de variáveis da estratigrafia local a partir de dados de retroespalhamento SAR COSMO–SkyMed, banda X. Por fim, a comparação entre os valores modelados e aqueles observados em campo para a estratigrafia e para o retroespalhamento permitiram estimativas do desempenho da modelagem proposta. Para fins de validação desta modelagem, foram considerados dados comuns de entrada, constituídos de dados estratigráficos e de temperatura da neve em um perfil de 2 m de profundidade e dados SAR–X COSMO–SkyMed (modo de aquisição Stripmap/Himage com resolução espacial de 3x3 m) na banda X coletados na região da geleira Union no verão antártico de 2011–2012. Como resultados, foram obtidas equações analíticas para estimativa do tamanho médio dos grãos de neve, número médio de camadas espalhadoras e densidade média do pacote de neve superficial a partir de dados de retroespalhamento SAR– banda X, com consistência estatística mínima estimada de 86% (R² ≥ 86%). Já o modelo de retroespalhamento utilizado, tendo seus resultados comparados aos dados de retroespalhamento in situ COSMO–SkyMed exibiram estimativas com R² da ordem de 90% ou maior, o que é considerado estatísticamente adequado. Este trabalho traz como contribuição a implementação computacional via ferramenta de modelagem de um modelo de retroespalhamento SAR–X, voltado para massas de neve seca, e propõe a obtenção de dados estratigráficos a partir de dados de retroespalhamento SAR–X com o uso de equações determinadas por regressão estatística. Isto permitiu a espacialização de variáveis estratigráficas em zonas de neve seca a partir de dados SAR obtidos ao longo da banda X. Cabe ressaltar o fato de que devido ao limitado número de amostras de campo (7 amostras), a consistência estatística e a confiabilidade dos resultados deve ser tomada com ressalva, quando considerada a análise glaciológica da variação nos parâmetros do pacote de neve, cabendo melhores testes e análises em sua aplicação.
The present thesis proposes an analytical model for interaction between a beam of microwaves in the X band and surface snowpack. To this end, statistical analysis were performed with SAR-X backscattering data and reference data from snowpits focusing the interaction between the microwave beam and the snowpack in dry snow areas. Numerical methods were employed for solution of differential equations that make up this issue. The model was proposed for Union Glacier, located in the West Antarctic Ice Sheetregarding a study area including the Antarctic western portion, recognized as the Union Glacier. The backscattering model used was based under the assumption of the Radiative Transfer Model (RTM), considering as main variables the depth of accumulated snow, the surface roughness (air-snow interface and snow-ice interface), the size of snow crystals (grain size), the density profile of the accumulated snow and snow characteristics of the layers forming the surface snowpack (thickness, shape of the interface between layers variation between dielectric layers, among others). After that, reversal statistical modelling of backscatter was performed to estimate stratigraphic parameters of the snowpack usingdata allowing the local stratigraphy of estimated variables SAR backscatter data from COSMO-SkyMed satellite. To validate the proposed model, the same input data were considered for all experiments performed experiments. These data were made up of snow stratigraphic data and snow temperature data in a 2 m depth glaciological profiles (snowpits) 2m depth and data SAR-X COSMO-SkyMed X-band SAR data (acquisition mode Stripmap / Himage with 3x3 m spatial resolution 3x3 m) acquired atin Union Glacier snowpits and remote sensing SAR data during summer 2011-2012. The results showed average density of the snow pack surface from SAR-X backscatter data SAR-X with R² ≥ 86%. The main contribution of this work is the resulting model for SAR-X backscattering for dry snow masses, which was proved to be statistically consistent with the ground truth data. Even with limited reference data, this result indicates the soundness of the proposed approach, allowing the estimation of spatial distribution ofvariations in stratigraphic parameters of the snowpack variables in dry snow areas from SAR X-band SAR data over the X band. However, snowpack parameters estimated by the method should be used carefully, as the input data used for model development may underestimate all possible variations found at the snow surface of Union Glacier.

Nous étudions les flux turbulents de chaleur sensible et de chaleur latente, qui sont mal compris et mal mesurés sur les glaciers, à l'aide de campagnes de terrain déployées dans la zone d'ablation du glacier tropical du Zongo (16°S, Bolivie, 4900-6000 m) durant la saison sèche de l'hiver austral et sur le glacier alpin de Saint-Sorlin (Alpes Françaises, 45°N, 2600-3400 m) durant l'été boréal. Un mât de 6 m permettait la mesure des profils verticaux de vitesse de vent et de température de l'air et des mâts de 2 m comportaient des systèmes de covariances turbulentes (CT). Nous étudions l'évolution temporelle des flux turbulents et l'applicabilité de la méthode aérodynamique des profils en terrain complexe de montagne. Les hypothèses sont discutées via la caractérisation des régimes de vent et de la turbulence. Nous calculons ensuite les flux et les erreurs associées. Sur le Zongo, sous forçage synoptique faible, un écoulement catabatique s'installe de la fin d'après-midi jusqu'au matin, avec un maximum de vitesse de vent à environ 2 m de hauteur. Les forçages synoptiques forts s'alignent approximativement avec le glacier, provoquant un intense écoulement descendant, et dans ce cas nous n'observons pas de maximum de vitesse de vent. Souvent, autour de midi, des vents ascendants sont observés. Sur le glacier de Saint-Sorlin les forçages associés à des épisodes de Foehn ou à des dépressions se déplaçant depuis l'ouest, s'alignent approximativement avec le glacier, générant des vents forts descendants. Quand le forçage synoptique est modéré, un maximum de vitesse de vent est observé nuit et jour 50% du temps. Des vents ascendants sont observés 15% du temps, quand le forçage synoptique est faible. La couche de surface est perturbée par des tourbillons de couches externes sous vent fort, ou de lentes oscillations en écoulement catabatique. Ces perturbations influencent les flux turbulents. Les erreurs aléatoires sur la méthode des profils sont dues principalement à des incertitudes sur la température. L'erreur reste faible sur les flux moyens. La couche de surface est rarement plus épaisse que 2 m et la méthode des profils appliquée à l'aide des mesures plus obtenus plus haut sous-estime les flux de surface de 20% à 70% . Quand un maximum de vitesse de vent est observé, les flux sont sous-estimés même à 2 m. L'influence des perturbations de la couche de surface n'est pas capturée par la méthode des profils, et les flux sont environ 40% inférieurs à ceux mesurés par CT. Ces derniers sont affectés par d'importantes erreurs aléatoires, en raison d'un échantillonnage statistique insuffisant des grands tourbillons. La méthode sous-estime probablement les flux à cause d'une sous-estimation de la vitesse verticale (~15%) et de la divergence verticale des flux. Sur le glacier du Zongo, l'air de haute altitude est très sec et la sublimation (quelques mm d'eau par jour) est un important puits d'énergie à la surface. Le flux de chaleur sensible est un important gain d'énergie la nuit sous l'influence de vents forts (de 30 à 50 W m-2), car l'inversion de température est marquée. Quand un maximum de vitesse de vent est observé, les flux sont faibles (de 5 à 20 W m-2) car la vitesse du vent est faible. La somme des flux turbulents est faible dans ces deux cas car ils sont opposés et les biais se compensent. En vent ascendant, le flux de chaleur sensible est faible (<5 W m-2) car la stratification est neutre, mais le flux de chaleur latente reste important (de -25 à -35 W m-2), le flux net est donc important et les biais ne se compensent plus. Sur le glacier de Saint-Sorlin, le flux de chaleur latente est faible car l'air est humide, et le flux de chaleur sensible peut être intense (~25 W m-2) quand la vitesse du vent est élevée. Le flux net est fort par vent fort et les biais sur les flux calculés par la méthode des profils peuvent être élevés
We study turbulent fluxes of sensible and latent heat, that are a poorly-known and difficult term to measure over glaciers, with the help of two field campaigns deployed over the ablation zone of Zongo glacier (16°S, Bolivia, 4900-6000 m.a.s.l.) during the austral winter dry season and over the Saint-Sorlin glacier (French Alps, 45°N, 2600-3400 m.a.s.l.) during the boreal summer. A 6-m mast allowing for wind speed and air temperature vertical profile measurements was installed, along with 2-m masts holding eddy-covariance systems. The focus is on the temporal evolution of turbulent fluxes and the applicability of the aerodynamic profile method in the complex terrain of high mountains. The assumptions of the method are discussed by characterizing the wind regimes and the turbulence. We then compute fluxes and associated errors. Above Zongo glacier, under weak synoptic forcing, katabatic flows are observed from late afternoon to early morning, with a wind-speed maximum at around 2 m. Strong synoptic forcing roughly aligns with the glacier, leading to strong downslope flows for which no wind-speed maximum is observed. Most of the days around noon, upslope flows are observed. On Saint-Sorlin glacier in summer, flows associated with low-pressure systems coming from the west or Foehn events roughly align with the glacier, leading to strong downslope winds. Wind-speed maxima are observed night and day, ~50% of the time, when synoptic forcing is moderate. Upslope flows are observed 15% of the time, when synoptic forcing is weak. The surface layer is disturbed by outer-layer eddies in strong flows and by slow oscillations if katabatic flow prevails. These disturbances influence turbulent fluxes. Random errors on the fluxes derived from the profile method are mainly due to temperature uncertainties. Errors remain small on the mean fluxes. The surface layer is rarely deeper than 2 m on both glaciers and the profile method with measurements made above that height underestimates the surface fluxes by 20% to 70%. When a wind-speed maximum is observed, fluxes are underestimated even at 2 m. The influence on the fluxes of the surface-layer disturbances is not captured by the profile method, and fluxes are about 40% smaller than the eddy-covariance fluxes. The latter are affected by large random errors due to inadequate statistical sampling of large-scale eddies and are probably underestimated, mainly due to vertical wind speed underestimation (~15%) and to vertical flux divergence. Above Zongo glacier, due to the dry high-elevation air, sublimation (a few millimeters w. e. per day) is a large energy loss for the surface. Sensible heat flux is a large energy gain in strong nocturnal downslope flows (from 30 to 50 W m-2) and strong winds, due to a marked temperature inversion. When a wind-speed maximum is observed, low wind speeds cause small turbulent fluxes (from 5 to 20 W m-2). The sum of turbulent fluxes is small in those two cases because the fluxes are opposed in sign and the biases mostly compensate. In upslope flows, the sensible heat flux is small (<5 W m-2) due to near-neutral stratification, but latent heat losses remain large (around -25 to -35 W m-2), so that the net turbulent flux is large and the biases do not compensate. Above Saint-Sorlin glacier, the latent heat flux remains small because the air is generally humid, whereas the sensible heat flux can be large (~25 W m-2) when wind speed is high. The net flux is large when wind speed is high, and the biases on net turbulent fluxes derived from the profiles can be significant

Doctora en Ciencias, Mención Geología
El presente trabajo aborda la discusión sobre los factores que controlan las Alturas de las Líneas de Equilibrio (ELA's) en el último ciclo glacial-interglacial en la cordillera de Los Andes frente a Santiago. A partir del análisis de imágenes satelitales se estudia la variación histórica de las ELA's y se discutien los factores climáticos de primer orden asociados a esa variación. A partir del análisis geomorfológico y geocronológico se determina la posición y temporalidad de los estadios glaciales durante el Pleistoceno tardío. Finalmente se realiza una estimación de la posición de las ELA's durante este mismo período a partir de distintos métodos y se compara con su posición actual. El aumento de las temperaturas mínimas estacionales y anuales favorece los procesos de ablación y en consecuencia contribuyen a la disminución continua de las coberturas de nieve. Por su parte, los eventos de precipitación estival constituyen el factor clave para el aumento de las coberturas supraglaciales y el quiebre de la tendencia negativa en las áreas englaciadas de la cuenca del río Volcán, confirmando que es este el factor de primer orden que condiciona el avance de los glaciares en Los Andes subtropicales. Las Alturas de las Líneas de Equilibrio Glaciar reportan ascensos desde 1989 a 2015 lo que indica aumento de las áreas de ablación y una disminución de las áreas de acumulación y en consecuencia incrementos de procesos de fusión. El sistema glacial de San Gabriel corresponde a un avance durante un Máximo Avance Glacial Local o LLGM entre los ~45-36 ka BP, concordante con eventos de mayor precipitación y humedad en Los Andes centrales entre los ~33°S y ~35°S. Por su parte, el sistema glacial de La Engorda, registra dos pulsos de avance glacial datados entre los ~24-18 y ~10 ka BP. Estos pulsos son consistentes con los eventos húmedos reportados en Laguna Tagua Tagua (Valero-Garcés et al., 2005). Depósitos glaciolacustres y fluvioglaciales de baja energía en la zona proglacial del sistema de La Engorda, datados a través de métodos 14C, registran temporalidad vinculada con un período frío breve denominado Younger Dryas. Las variaciones en las ELA's modernas respecto a las estimadas para los períodos del Último Máximo Glacial (LGM) y Último Máximo Glacial Local (LLGM), se realizan a través de la reconstrucción de paleoglaciares, los descensos en las Alturas de las Líneas de Equilibrio son concordantes con las variaciones del flanco este de la cordillera de Los Andes, observándose disminuciones de ~1000 - 1200 metros, entre el período actual y el LGM. Los resultados de esta tesis confirman la importancia de las precipitaciones en los avances de los glaciares de montaña de Los Andes frente a Santiago y sugieren la relevancia tanto de la elevación de las temperaturas mínimas como de la disminución de la cantidad de días con registro bajo 0°C en su retroceso. Estos resultados son consistentes con las estimaciones de ELA's a escala del Pleistoceno tardío y la variación de sólo 500 metros entre el LLGM (~45-36 ka BP) en el sistema de San Gabriel y el LGM (~24-18 ka BP) en el sistema glacial de La Engorda vinculado a condiciones paleoclimáticas de mayor precipitación; por otro lado la abrupta elevación de las ELA's entre el LGM y la actualidad son coherentes con disminuciones en las precipitaciones así como también aumentos en las temperaturas. Lo anterior muestra la sensibilidad de los glaciares subtropicales de Los Andes en relación al escenario de calentamiento regional proyectado en el marco del cambio global.

Les reconstitutions paleoenvironnementales antérieurement réalisées sur l'holocène des Andes de Bolivie se sont appuyées pour la plus part sur des études concernant les sédiments des lacs glaciaires profonds ou de très grands lacs, tels que le lac Titicaca. Le présent mémoire prend en considération un milieu très diffèrent : les tourbières des fonds de vallées, jusqu'à présent peu étudiées. Ces tourbières sont caractérisées par une forte hétérogénéité à différentes échelles spatiales, métriques, hectométriques et kilométriques. La première partie est consacrée à l'étude des diatomées actuelles contenues dans des échantillons de sédiment superficiel. Ces échantillons ont été prélevés sur une tranche d'altitude comprise entre 4200 et 4950 m le long du profil longitudinal (20 km) d'une vallée glaciaire. Ils proviennent de différents milieux définis d'après les données hydrologiques locales (surfaces d'eau libre, sols humides, chenaux, etc. ), la composition spécifique des végétaux supérieurs et certains paramètres physico-chimiques (ph, conductivité, température). Le traitement statistique montre que les assemblages de diatomées sont corrélés à l'altitude et aux conditions hydrologiques locales. L’enregistrement du gradient altitudinal de la température par les diatomées est masque par un bruit de fond qui est lie à l'hétérogénéité spatiale des tourbières, aux différences observées dans la qualité des eaux entre le haut et le bas de la vallée et à une très forte variabilité journalière de la température. L’enregistrement des conditions hydrologiques se révèle par contre excellent dans les assemblages de diatomées. La deuxième partie propose une reconstitution à haute résolution temporelle de l'évolution des tourbières d'après l'étude de deux carottes respectivement situées à 4300 et 4900 m d'altitude. Cette reconstitution s'appuie sur les résultats obtenus dans l'étude des diatomées actuelles. Un évènement paleohydrologique majeur, date de 2600-2000 ans bip. Correspond à une modification régionale du climat ayant été déjà reconnue par l'étude des carottes du lac Titicaca. Les changements hydrologiques des 300 dernières années sont corrélés aux variations de l'accumulation nette dans les carottes de glace de quelccaya (sud Pérou, près de la frontière avec la Bolivie). Ils mettent en évidence une forte variabilité des précipitations durant la petit Age de la glace. Mots clés : cordillère des Andes, Bolivie, holocène, diatomées, écologie, paléoécologie, statistiques.

La présente étude vise d'une part à comprendre l'état et le fonctionnement du pergélisol de montagne dans le contexte d'un massif cristallin très peu englacé (massif du Combeynot, Hautes Alpes), et d'autre part à en restituer la répartition et l'évolution à des échelles de temps et d'espace variables. Tout d'abord, les dispositifs de suivi du pergélisol, aidés par la succession de trois années contrastées en termes nivo-météorologiques, ont révélé les particularités du fonctionnement thermique de la surface du glacier rocheux de Laurichard. La spatialisation des températures de surface en hiver montre ainsi clairement l'effet de la canicule de l'été 2003 et de l'hiver 2003-2004, fortement et précocement enneigé, ce qui a nettement limité le refroidissement hivernal du sol. Cette relation avec l'enneigement, particulièrement en début d'hiver, ressort également de l'analyse comparée des vitesses d'écoulement du glacier rocheux et des données climatiques au cours des 20 dernières années. A l'échelle de l'ensemble du massif, la relation climat/pergélisol a été abordée par un modèle statistico-empirique rendant compte de l'influence des conditions topoclimatiques sur le pergélisol. Des études de cas menées sur quatre vallons du massif ont toutefois révélé que le contexte géodynamique local et son évolution au cours du Quaternaire sont, à l'échelle du versant et du bassin-versant, primordiales dans la répartition et l'état du pergélisol. Enfin, le réchauffement climatique récent semble avoir eu pour effet une accélération des vitesses de fluage du pergélisol, qui pose la question de la stabilité des versants gelés en cours de dégradation.

L'économie du Pakistan, fondée sur l'agriculture, est hautement dépendante de l'approvisionnement en eau issu de la fonte de la neige et des glaciers du Haut Bassin de l'Indus (UIB) qui s'étend sur les chaînes de l'Himalaya, du Karakoram et de l'Hindukush. Il est par conséquent essentiel pour la gestion des ressources en eau d'appréhender la dynamique de la cryosphère (neige et glace), ainsi que les régimes hydrologiques de cette région dans le contexte de scénarios de changement climatique. La base de données satellitaire du produit de couverture neigeuse MODIS MOD10A2 a été utilisée de mars 2000 à décembre 2009 pour analyser la dynamique du couvert neigeux de l'UIB. Les données journalières de débits à 13 stations hydrométriques et de précipitation et température à 18 postes météorologiques ont été exploitées sur des périodes variables selon les stations pour étudier le régime hydro-climatique de la région. Les analyses satellitaires de la couverture neigeuse et glaciaire suggèrent une très légère extension de la cryosphère au cours de la dernière décade (2000‒2009) en contradiction avec la rapide fonte des glaciers observée dans la plupart des régions du monde. Le modèle « Snowmelt Runoff » (SRM), associé aux produits neige du capteur MODIS a été utilisé avec succès pour simuler les débits journaliers et étudier les impacts du changement climatique sur ces débits dans les sous-bassins à contribution nivo-glaciaire de l'UIB. L'application de SRM pour différents scénarios futurs de changement climatique indique un doublement des débits pour le milieu du siècle actuel. La variation des écoulement de l'UIB, la capacité décroissante des réservoirs existants (barrage de Tarbela) à cause de la sédimentation, ainsi que la demande croissante pour les différents usages de l'eau, laissent penser que de nouveaux réservoirs sont à envisager pour stocker les écoulements d'été et répondre aux nécessités de l'irrigation, de la production hydro-électrique, de la prévention des crues et de l'alimentation en eau domestique
Agriculture based economy of Pakistan is highly dependent on the snow and glacier melt water supplies from the Upper Indus River Basin (UIB), situated in the Himalaya, Karakoram and Hindukush ranges. It is therefore essential to understand the cryosphere (snow and ice) dynamics and hydrological regime of this area under changed climate scenarios, for water resource management. The MODIS MOD10A2 remote-sensing database of snow cover products from March 2000 to December 2009 was selected to analyse the snow cover dynamics in the UIB. A database of daily flows from 13 hydrometric stations and climate data (precipitation and temperature) from 18 gauging stations, over different time periods for different stations, was made available to investigate the hydro-climatological regime in the area. Analysis of remotely sensed cryosphere (snow and ice cover) data during the last decade (2000‒2009) suggest a rather slight expansion of cryosphere in the area in contrast to most of the regions in the world where glaciers are melting rapidly. The Snowmelt Runoff Model (SRM) integrated with MODIS remote-sensing snow cover products was successfully used to simulate the daily discharges and to study the climate change impact on these discharges in the snow and glacier fed sub-catchments of UIB. The application of the SRM under future climate change scenarios indicates a doubling of summer runoff until the middle of this century. This variation in the Upper Indus River flow, decreasing capacity of existing reservoirs (Tarbela Dam) by sedimentation and the increasing demand of water uses suggests that new reservoirs shall be planned for summer flow storage to meet with the needs of irrigation supply, increasing power generation demand, flood control and water supply

Les interrogations sur les conséquences du changement climatique dans les hauts bassins montagnards a créé un champ de recherches prolifique en géomorphologie : celui des dynamiques paraglaciaires, activées par la disparition des glaciers. Pendant 30 ans les processus intervenant en contexte paraglaciaire ont été inventoriés, il est désormais nécessaire de comprendre comment l'ensemble de ces processus agit au sein du système paraglaciaire. Pour cela, ce travail est mené à une double échelle temporelle. Sur le temps long, depuis la dernière glaciation (20 000 BP), il s'agit notamment d'authentifier le rôle de la disparition des glaciers dans le déclenchement de mouvements de masse. L'établissement d'un scénario chronologique, par le recours aux cosmonucleides, permet la comparaison des dates de déclenchement des mouvements de masse avec le calendrier de la déglaciation. Le retrait glaciaire et les mouvements de masse sont quasiment synchrones. Sur le temps court, depuis le petit âge de glace, les conséquences de la fusion glaciaire, puis celles de l'abaissement du niveau de base local, constitué par la surface du glacier sont mises en évidence. En définitive, ces deux paramètres favorisent le remaniement de dépôts glaciaires hérités ainsi que l'établissement d'un transit de sédiments continu depuis les parois supraglaciaires vers les fonds de vallées. L'organisation de ce transit est retardé par la présence de nombreuses zones d'accumulations temporaires, formées en amont des édifices morainiques, une durée de plusieurs décennies est parfois nécessaire.

Alors que depuis un peu plus de 2000 ans, le niveau moyen de la mer a peu varié, ce niveau s'est élevé d'environ 2 mm/an au cours du 20ème siècle. Cette hausse soudaine est attribuée au réchauffement climatique d'origine anthropique enregistré depuis plusieurs décennies. Depuis une douzaine d'années, on mesure de façon globale et précise les variations du niveau de la mer grâce aux satellites altimétriques Topex/Poseidon et Jason-1. Ces observations indiquent une hausse moyenne globale d'environ 3 mm/an depuis 1993, valeur sensiblement plus grande que celle des dernières décennies.
Diverses observations disponibles depuis peu nous ont permis de quantifier les contributions des divers facteurs climatiques à la hausse observée du niveau de la mer : expansion thermique de la mer due au réchauffement des océans, fonte des glaciers de montagne et des calottes polaires, apport d'eau des réservoirs continentaux. Le bilan de ces nouvelles observations nous permet d'expliquer en partie la hausse observée du niveau de la mer. En particulier, nous montrons que l'expansion thermique des océans n'explique que 25% de la hausse séculaire du niveau de la mer enregistrée par les marégraphes depuis 50 ans, tandis qu'elle contribue à la hauteur de 50% à la montée du niveau marin au cours de la dernière décennie. Parallèlement, des études récentes estiment que la fonte des glaciers de montagne et des calottes polaires pourraient contribuer pour environ 1 mm/an à l'élévation du niveau de la mer au cours de la dernière décennie.
De plus, la forte variabilité régionale des vitesses d'évolution du niveau de la mer révélée par les observations altimétriques de Topex/Poseidon résulte en grande partie de l'expansion thermique. Nous mettons également en lumière l'importante variabilité spatio-temporelle décennale de l'expansion thermique des océans au cours des 50 dernières années, qui semble dominée par les fluctuations naturelles du climat. De plus nous posons pour la première fois la question du lien qui existe entre les fluctuations décennales de l'expansion thermique des océans et la contribution climatique des eaux continentales au niveau de la mer. Enfin, une analyse préliminaire des observations gravimétriques de la mission spatiale GRACE sur les océans nous permet d'évaluer les variations saisonnières du niveau moyen de la mer liées aux variations du bilan de masse d'eau des océans.

Tese de mestrado em Ciências Geofísicas, apresentada à Universidade de Lisboa, através da Faculdade de Ciências, 2013
Ao longo dos últimos milhões de anos, o clima tem oscilado entre períodos glaciares e interglaciares impulsionado por variações orbitais da Terra e modulado por mecanismos de feedback. Dados paleoclimáticos sugerem que os períodos interglaciares começaram e acabaram de forma súbita, ao passo que os períodos glaciares terão resultado de uma série de eventos de arrefecimento menores, que culminaram nos períodos glaciares. Apesar da escassez de informações para períodos anteriores a 300 mil anos, sabe-se que, ao contrário dos períodos interglaciares, que são caracterizados por condições climáticas relativamente estáveis, os períodos glaciares são marcados por mudanças climáticas abruptas. O último período interglaciar, também chamado Eemiano, ter-se-á estendido desde aproximadamente há 130-140 mil até acerca de 110 mil anos. Durante este período, o clima da Terra assemelhar-se-ia em muito ao atual, sendo no entanto ligeiramente mais quente. No final deste ciclo, originou-se um período glacial que se estendeu até aproximadamente há 10 mil anos. Este último período glaciar foi marcado acentuadamente por flutuações rápidas e de curta duração, em que o clima variou entre períodos extremamente frios e outros mais quentes, conhecidos como eventos de Dansgaard-Oeschger. Associados a estes, ocorreram também os eventos de Heinrich, que corresponderam a enormes descargas de icebergs no oceano Atlântico provenientes dos glaciares que cobriam a América do Norte (Laurentide Ice Sheet-LIS) e o Norte da Europa (Fennoscandinavian Ice Sheet). A ocorrência dos eventos de Heinrich encontra-se vastamente descrita na literatura, tendo sido atribuída a ocorrência destes eventos a cada 7-13 mil anos. Estes fenómenos extremos tiveram importantes consequências no clima, um pouco por todo o mundo e alteraram profundamente a circulação oceânica global, havendo estudos que mostram a interrupção da formação da Água Profunda do Atlântico Norte (NADW) e da corrente termohalina. Atualmente ainda não existe consenso sobre o que terá originado os eventos de Heinrich, mas o modelo mais aceite estabelece que durante o último período glaciar as camadas de gelo teriam crescido promovidas pelas baixas temperaturas, estando então assentes em solos congelados. No entanto, a partir de uma certa espessura de gelo ter-se-ia começado a gerar calor na base do glaciar, o qual teria contribuído para sua destabilização, resultando assim nos eventos de Heinrich. As camadas de sedimentos depositadas no fundo oceânico durante estes fenómenos, chamadas de “Heinrich layers”, foram inicialmente identificadas em sedimentos marinhos entre as latitudes de 45º e 50ºN, mas desde então têm sido encontradas um pouco por todo o Atlântico Norte até à latitude de 37ºN, e distribuídas em longitude desde a América do Norte até à Península Ibérica. As “Heinrich layers” são identificáveis pela sua abundância em ice-rafted debris (IRD) e carbonatos detríticos, mínimos de abundância de foraminíferos e picos de Neogloboquadrina pachyderma (sinistral). O estudo das suas propriedades magnéticas revelou aumentos da susceptibilidade magnética, denotando assim aumentos da concentração de minerais ferromagnéticos, bem como da sua granulometria. A mineralogia é essencialmente composta por (titano)magnetites, que se crê terem sido originadas em rochas vulcânicas presentes na zona de captação de sedimentos da LIS. O estudo de propriedades magnéticas de sedimentos tem-se revelado extremamente muito útil não só na identificação das “Heinrich layers”, mas principalmente aplicado ao estudo de mudanças ambientais, embora se trate ainda de uma área relativamente recente. O princípio básico da utilização dos métodos magnéticos aplicado ao estudo das mudanças ambientais (tais como o clima), baseia-se no facto destas influenciarem o tipo e modo de transporte e deposição dos sedimentos, bem como reações diagenéticas. Desta forma, a partir de medições de susceptibilidade magnética, magnetizações anhisterética e isotérmica e dos parâmetros obtidos a partir das curvas de hysteresis é possível aceder a informações como a concentração, granulometria e tipo de portadores magnéticos presentes nos sedimentos e, desta forma inferir variações ambientais. Assim, e de forma a avaliar as mudanças climáticas ocorridas no Oceano Atlântico ao longo dos últimos milhares de anos, detalhadas análises magnéticas foram conduzidas em três colunas sedimentares (C02, C05 e C07) localizadas maioritariamente em montanhas submarinas entre as latitudes de 29ºN e 35ºN. Estas análises compreenderam medições de susceptibilidade magnética, magnetização remanescente anhisterética e isotérmica e curvas de histereses. Os principais portadores magnéticos correspondem a minerais ferrimagnéticos de baixa coercividade, como magnetite e/ou maghemite. Além disso, e particularmente no core C07, uma contribuição significativa de minerais de alta coercividade são também encontrados a certas profundidades, devendo-se provavelmente a um enriquecimento em hematite e/ou goethite. A sedimentologia do core C07 mostra que este é muito heterogéneo, sendo constituído por argilas, siltes e areias. O conteúdo de argila e de areia encontra-se em oposição de fase e variam entre 6-38% e 8-66%, respectivamente. O conteúdo de areia acompanha o comportamento da granulometria média dos sedimentos. Análises espectrais de parâmetros magnéticos sensíveis à concentração e granulometria dos minerais ferromagnéticos mostram periodicidades estritamente ligadas aos ciclos orbitais de Milankovitch, quando se assumem taxas de sedimentação de 1 cm/kyr e 1.6 cm/kyr, para os cores C02 e C07, respectivamente. Em ambos os cores, valores máximos de susceptibilidade magnética e portadores magnéticos grosseiros sugerem a presença de ice-rafted debris (IRD) transportados pelos icebergs durante os eventos de Heinrich, porém mais estudos como estratigrafia isotópica e composição isotópica de Ca/Sr e Sr-Nd sejam necessários para o confirmar. O outro core, C05 apresenta valores de susceptibilidade muito baixos e bastante estáveis bem como a ausência de intervalos bem definidos e idades de 14C indicam que o core deverá corresponder a um deslizamento de terras.
This study is devoted to the evaluation of climatic changes over the past thousands of years recorded on sedimentary columns of the North Atlantic Ocean. For that were conducted detailed environmental magnetic analyses along three sedimentary columns (C02, C05 and C07) with 2.5 to 3.0 m of length. These analyses comprehended measurements of magnetic susceptibility, anhysteretic and isothermal remanent magnetizations and hysteresis loops. Low coercivity ferrimagnetic carriers, magnetite and/or maghemite, appear as the main magnetic carriers. Additionally and particularly in core C07, a significant contribution of high coercivity minerals is also retrieved at some sedimentary depths, must probably corresponding to an enrichment of hematite and/or goethite. Along the cores C02 and C07, coherent transitions between stable and rather variable intervals of magnetic susceptibility and grain size are well defined, revealing different environmental conditions. Spectral analyses of magnetic parameters sensitive to the concentration and granulometry of main ferromagnetic carriers identified periodicities that are closely related to the Milankovitch orbital cycles when assumed sedimentation rates of 1 cm/kyr and 1.6 cm/kyr, for cores C02 (mostly) and C07, respectively. According to these sedimentation rates there is no close link between the variable/stable values of χ and grain size and the glacial/interglacial periods. In both cores maxima of magnetic susceptibility and coarser magnetic carriers suggest the presence of ice-rafted debris (IRD) transported by icebergs during the Heinrich events, however complementary studies are necessary to confirm it. For the remaining core C05, low and quite stable values of magnetic susceptibility as well the absence the well defined intervals and 14C ages indicate that the core correspond to landslide.