Detection of total water mass changes in the Patagonian glaciers area by satellite gravimetry

Abstract

Despite present efforts to better understand glacier changes and their trends, the satellite gravimetry is a powerful tool still not applied in-depth to study relatively large areas in the Andes of Argentina and Chile. In this work, the Patagonian Icefield mass variations are analyzed together with the decrease trends of the ice layer in the region. The purpose of this study is to demonstrate the GRACE satellite mission (Gravity Recovery and Climate Experiment) ability to detect water storage changes over the glaciers area. Furthermore, the variations of the hydrometric level in some Patagonian lakes were monitored by combining satellite altimetry data and in situ measurements with the observed water mass variations. Data retrieved from GRACE were used to estimate gravity trends; and high-resolution GRACE CSR RL05 mascon solutions were used to analyze the icefields water storage change in the region under study for the 2002-2017 period. Virtual stations from satellite altimetry obtained from a lake database and hydrometric height data from in situ stations, located at Patagonian lakes in Argentina and Chile, were also used in order to compare the TWS from GRACE to the water level of the specific lakes. Additionally, correlation coefficients were determined at each station. The results show a significant water storage decrease in the Icefield area, and they also demonstrate that the ice melt in southern Patagonia (of about 6 cm/year) tends to be more pronounced than in the northern region.

La gravimetría satelital es una herramienta que aún no se aplica en profundidad para estudiar áreas relativamente extensas en los Andes de Argentina y Chile, a pesar de los esfuerzos actuales para lograr una mejor comprensión de los cambios en los glaciares y sus tendencias. En este trabajo se analizan las variaciones de masa en los Hielos Patagónicos junto con las tendencias de decrecimiento en la región. El objetivo es demostrar la capacidad de la misión satelital GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment) para detectar los cambios en el almacenamiento de agua en áreas glaciarias. Además, se monitorearon las variaciones del nivel hidrométrico en lagos patagónicos, combinando datos de altimetría satelital y mediciones in situ con los cambios de masa de agua observados. Para ello, se utilizaron datos GRACE para estimar la tendencia de la gravedad; y fueron usadas soluciones "mascons" de GRACE CSR RL05 de alta resolución, para analizar los cambios en el almacenamiento de agua de los campos de hielo en la región para el período 2002-2017. Se utilizaron estaciones virtuales de altimetría satelital, además de información de altura hidrométrica de estaciones localizadas en lagos de la Patagonia en Argentina y Chile, con el fin de comparar el TWS de GRACE con el nivel de agua. Adicionalmente, se calcularon los coeficientes de correlación en cada estación. Los resultados manifiestan una disminución significativa del almacenamiento de agua en la zona del Campo de Hielo, y además muestran que los Hielos Patagónicos Sur tienen una tendencia de derretimiento de las masas de hielo más pronunciada que en la región del norte, de aproximadamente 6 cm/año.