Impact of different atmospheric forcings on surface mass balance estimates in Greenland

The Greenland Ice sheet (GIS) is the second largest ice sheet on Earth and thus stores a large amount of Earths freshwater. Because of climate change and the Arctic amplification, GIS is experiencing changes and increased melt rates. The total mass budget determines the amount of sea level rise caused by input from freshwater from the GIS. Surface mass balance (SMB) plus the dynamic mass losses from calving and submarine melt constitutes the total mass budget. The SMB is the balance between accumulation and precipitation. Having accurate estimates of SMB is vital for estimates of future sea level rise and eventual changes in the thermohaline circulation. This study aims to investigate the impact of different atmospheric forcing on SMB estimates on the GIS. For this, three different models, one regional climate model, HIRHAM5, and two numerical weather prediction (NWP) models, HIRLAM7 and HARMONIE-AROME cy 40h1.1 are used. These models are chosen since the Danish Meteorological Institute currently or previously used these models as forcing to a SMB model. The NWP models are used for daily updates on the Polar Portal website, where estimates are compared to a climatological background where HIRHAM is used as forcing. HIRLAM was previously replaced by HARMONIE-AROME. It has never before been investigated whether estimates from these models are comparable or not. HARMONIE has not been extensively evaluated over GIS before. In this study, the models HIRHAM and HIRLAM were found to be comparable, even though spatial differences were present. A high temporal correlation was found between the two models for SMB and its components. Also HIRHAM and HARMONIE were found to be comparable for the investigated time period. HARMONIE was found to represent incoming longwave and shortwave radiation well, compared to observational data. Precipitation was found to be better represented at some sites compared to others, but further investigation or improved observational datasets would be needed.Grönlands inlandsis utgör världens näst största färskvattensreservoar. Forskning har visat att Grönlands inlandsis förlorar mer och mer massa, vilket också bidrar till den stigande havsnivån, i kombination med andra faktorer. Avrinningen förväntas också öka i framtiden på grund av den globala uppvärmningen. Hur mycket massa som lämnar Grönlands inlandsis beror på den totala massbalansen. Den totala massbalansen utgörs i sin tur av ytmassbalansen och den dynamiska massbalansen. Ytmassbalansen är summan av den massa som tillförs vid exempelvis snöfall, och den massa som lämnar inlandsisen, exempelvis då den smälter och vatten rinner av från den. Den dynamiska massbalansen utgörs av kalvning, alltså när stora isblock bryts loss från inlandsisen, och när inlandsisen smälter underifrån på grund av varmare vatten i havet runtomkring inlandsisen. Danmarks Meteorologiska Institut använder ett antal modeller för att dagligen beräkna ytmassbalansen, vilket sedan visas på bland annat www.polarportal.dk och/eller används i olika forskningsprojekt. Först behövs en atmosfärisk modell, en klimatmodell eller vädermodell, för att beräkna energiflödena och nederbörden. Dessa data används sedan som input till en annan modell vars uppgift är att beräkna massbalansen och dess olika komponenter, såsom snösmältning och avrinning. Fram tills 2017 användes HIRLAM som atmosfäriskt modell, men blev senare ersatt av HARMONIE-AROME. HARMONIE är en högupplöst Som jämförelse till vädermodellerna HIRLAM och HARMONIE används klimatmodellen HIRHAM för att jämföra siffrorna med en längre historisk tidsperiod. HARMONIE har aldrig förr använts och har därför blivit utvärderad i denna studie. Modellerna HIRHAM och HIRLAM samt HIRHAM och HARMONIE har blivit jämförda vilket visade att modellerna var jämförbara sett till massbalansen, men att rumsliga skillnader mellan dem och vissa av komponenterna fanns. HARMONIE visades kunna representera strålningsbalansen väl på flera ställen på Grönlands inlandsis där mätdata fanns tillgänglig. Strålningsbalansen är viktig för massbalansen eftersom det är denna som bestämmer hur mycket av snö- eller isytan som smälter. Nederbörden visade sig vara svårare att modellera, men att vissa geografiska punkter var bättre representerade i modellen jämfört med andra. Detta trots att det finns flera osäkerheter i mätmetoden av snöfall som användes. Studien visar alltså att de tre modellerna är jämförbara och att HARMONIE-AROME har stor potential för användning på Grönland, ett område med mycket komplex terräng, och att ytterligare uppdateringar och anpassningar av modellen för användning på Grönlands inlandsis troligen kommer att kunna förbättra beräkningarna av ytmassbalansen. Realistiska beräkningar av ytmassbalansen är av stor vikt när det kommer till att beräkna den framtida stigningen av havsnivån, göra prognoser för avrinningen från inlandsisen på Grönland etc