Decoding the precipitation dynamics at an East Himalayan glacier using Spectral Bin Classification and Boosted Regression Trees

Hoog in de bergen, waar de lucht ijl is en de grond vaak bedekt is met ijs, is het verschil tussen een zachte sneeuwval en een hevige regenbui niet alleen een kwestie van comfort; het is een kwestie van overleven voor de gletsjers zelf. Gletsjers fungeren als enorme bevroren reservoirs die water vasthouden dat rivieren voedt en miljoenen mensen stroomafarts ondersteunt. Of een gletsjer groeit of krimpt, hangt sterk af van wat er uit de hemel valt. Sneeuw voegt massa toe aan de gletsjer en werkt als een verse laag isolatie en wateropslag, terwijl regen het ijs doet smelten en het verdwijnen versnelt. In de complexe, hooggelegen omgeving van de Himalaya is het moeilijk om precies te voorspellen wanneer neerslag als sneeuw of regen zal vallen, omdat de atmosfeer op deze hoogtes anders reageert dan in de valleien beneden. Het begrijpen van deze specifieke atmosferische regels is cruciaal om te weten hoe deze bevroren watertorens zullen reageren op een veranderend klimaat.

Om deze verborgen regels te ontdekken, wendde een onderzoeker genaamd Nilamani Barman zich tot een gletsjer in Nepal genaamd de Yala-gletsjer. Gelegen op een gemiddelde hoogte van 5.330 meter, ligt dit ijsveld in een afgelegen, ruig landschap waar het weer drastisch verandert tussen de seizoenen. Barman analyseerde drie jaar aan gedetailleerde weergegevens die zijn verzameld door een geautomatiseerd station dat direct op de gletsjer staat. Het doel was om te ontcijferen welke atmosferische omstandigheden sneeuw versus regen triggeren, en hoe deze omstandigheden gedurende het jaar veranderen. Door een methode te gebruiken die weergegevens sorteert in specifieke categorieën op basis van temperatuur en vochtigheid, en vervolgens een krachtig computergestuurd leertool toe te passen om patronen te vinden, onthulde de studie de precieze ingrediënten die nodig zijn voor de vorming van sneeuw en de factoren die ervoor zorgen dat het verdwijnt.

Het onderzoek vond dat de meest kritieke factor voor sneeuwval niet alleen de kou is, maar hoeveel vocht de lucht bevat. Over alle vier de seizoenen heen bleek de relatieve vochtigheid — de maatstaf voor hoe verzadigd de lucht is met waterdamp — de directe en dominante drijfveer van sneeuw te zijn. Voor sneeuwval moet de lucht bijna verzadigd zijn, met vochtigheidsgraden die over het algemeen de 80 procent overschrijden. Echter, de exacte hoeveelheid vocht die vereist is, verandert afhankelijk van de temperatuur. Wanneer de lucht zeer koud is, tussen minus 18 graden Celsius en minus 5,1 graden Celsius, vormt sneeuw zich wanneer de gemiddelde vochtigheid ongeveer 86,5 procent bereikt. Maar wanneer de temperatuur rond het vriespunt schommelt, tussen minus 5 graden en nul graden, moet de lucht zelfs nog natter zijn, met een vereiste gemiddelde vochtigheid van ongeveer 94,5 procent. Dit betekent dat naarmate de lucht warmer wordt, deze bijna volledig doordrenkt moet zijn met vocht voordat er sneeuw kan vallen, terwijl in diepe kou iets minder vocht nodig is.

Terwijl vochtigheid het toneel bereidt, fungeren andere krachten als de regisseurs van het stuk. De studie toonde aan dat inkomende zonnestraling, de energie van de zon die het oppervlak opwarmt, consequent werkt tegen sneeuwval. Wanneer de zon fel schijnt, verwarmt het de grond en de lucht, wat de sneeuw deels onderdrukt en regen of smelten aanmoedigt. Dit effect is zo sterk dat zelfs een paar uur intense zonneschijn de balans kan verschuiven weg van sneeuwaccumulatie. Daartegenover staat de temperatuur van de lucht zelf, die een wisselende rol speelt. In de winter is de werkelijke luchttemperatuur een zwakke voorspeller van of er sneeuw zal vallen. Echter, tijdens het moessonseizoen en de periode direct daarna, worden hogere temperaturen een sterke remmer van sneeuw, waardoor het effectief wordt gestopt met vormen, zelfs wanneer de vochtigheid hoog is. Dit suggereert dat naarmate het klimaat opwarmt, het venster voor sneeuwval in deze hoge bergen aanzienlijk kan krimpen, vervangen door regen die het ijsverlies versnelt.

De onderzoekers maakten ook onderscheid tussen twee soorten dagen om het dagelijkse ritme van de gletsjer te begrijpen. Ze identificeerden "normale dagen", waarop de temperatuur onder het vriespunt blijft en de vochtigheid lager is, en "speciale dagen", waarop de temperatuur boven het vriespunt stijgt en de vochtigheid naar verzadiging schiet. Op normale dagen ervaart de gletsjer een sterke dagelijkse cyclus: het koelt af tijdens de nacht, waardoor sneeuw kan accumuleren, en warmt iets op tijdens de dag. Deze dagen zijn over het algemeen gunstig voor de gezondheid van de gletsjer, omdat de koude nachten verse sneeuw laten opbouwen in de ijsmassa. In contrast hiermee vertegenwoordigen "speciale dagen" abnormale opwarmingsgebeurtenissen. Op deze dagen stijgt de temperatuur boven nul graden Celsius en wordt de lucht ongelooflijk vochtig. Deze omstandigheden zijn gevaarlijk voor de gletsjer omdat ze snelle smelting triggeren en vaak regen brengen in plaats van sneeuw, wat leidt tot een netto verlies aan ijsmassa. De studie vond dat terwijl normale dagen een voorspelbaar patroon van afkoeling en opwarming volgen, speciale dagen worden gekenmerkt door een vlakke, stabiele atmosfeer met lage winden en zware bewolking die hitte en vocht vasthoudt, wat een perfecte storm creëert voor gletsjerreductie.

Door geavanceerde computermodellen te gebruiken om het belang van verschillende weer variabelen te wegen, bepaalde de studie dat de temperatuur van het gletsjeroppervlak primair wordt gecontroleerd door de langgolvige straling die het terug naar de hemel uitzendt. Deze uitgaande energie is de belangrijkste drijfveer van hoe warm of koud het ijs wordt. De vochtigheid in de lucht wordt echter door een andere set krachten gedreven. Tijdens de winter en de maanden vóór de moesson zijn het type neerslag en de inkomende langgolvige straling vanuit de atmosfeer de belangrijkste controllers van de vochtigheid. Maar zodra de moesson arriveert en de post-moessonperiode ingaat, wordt de inkomende langgolvige straling de enige dominante drijfveer, die verantwoordelijk is voor ongeveer 70 procent van de invloed op de vochtigheid. Deze verschuiving benadrukt hoe het gedrag van de atmosfeer fundamenteel verandert met de seizoenen, van een systeem waar het type neerslag ertoe doet naar een systeem waar de deken van warme, vochtige lucht van bovenaf alles dicteert.

Uiteindelijk biedt dit werk een helder, op data gebaseerd beeld van hoe een hooggelegen gletsjer ademt en reageert op zijn omgeving. Het bevestigt dat hoewel koude temperaturen noodzakelijk zijn, ze op zichzelf niet voldoende zijn; de lucht moet ook verzadigd zijn met vocht voor sneeuwval. De studie onthult een delicaat evenwicht waarbij de gletsjer massa wint op koude, heldere dagen, maar deze snel verliest tijdens warme, vochtige gebeurtenissen. Naarmate de regio meer frequente opwarmingsgebeurtenissen ervaart die de temperaturen boven het vriespunt duwen, zou de frequentie van deze "speciale dagen" kunnen toenemen, waardoor de neerslag verschuift van sneeuw naar regen. Deze verschuiving zou niet alleen de hoeveelheid opgeslagen water in de gletsjer verminderen, maar ook het oppervlak ervan verdonkeren, waardoor het meer hitte absorbeert en nog sneller smelt. De bevindingen bieden een nauwkeurige blik op de mechanica van het overleven van gletsjers, waarbij wordt getoond dat de toekomst van deze ijsvelden afhangt van een complex samenspel van vochtigheid, straling en temperatuur dat steeds moeilijker in stand te houden is in een opwarmende wereld.