Influence of the Drake Low and Atmospheric Rivers on Glaciers of the South Shetland Islands, Antarctica

Abstract

The Antarctic Peninsula (AP) is one of the fastest-warming regions in the Antarctic continent due to its northernmost location, generating significant changes in precipitation patterns, glacial surface mass balance (SMB), impacts on the coastal environment, etc. Several studies link these changes to the main modes of climate variability, such as El Niño-Southern Oscillation (ENSO) and the Southern Annular Mode (SAM). It has also recently been indicated that these changes may be enhanced by Atmospheric Rivers (AR) events reaching the AP. However, over some regions, such as northern AP, these large- scale modes and AR events may have less influence compared to regional-scale climate forcing factors, such as the Amundsen Sea Low (ASL) and Drake Low (Drake). In this thesis, we evaluated the influence of climate and AR events and Drake on the interannual and seasonal variability of temperature, precipitation, and SMB of glaciers in the South Shetland Islands (SSI), located in the northern AP. For this purpose, we used different datasets from in-situ observations, glaciological and atmospheric regional climate models, and global reanalysis outputs. In addition, we comprehensively analysed the correlations and regressions between seasonal and annual temperature, precipitation, and SMB, with global-regional climate indices and a state-of-the-art AR tracking database from 1970 to 2020. The results reveal that both large- and regional-scale climate modes (i.e., ASL, SAM, and ENSO) have significant influences on the control of interannual and seasonal variability of surface temperature over SSI. While for precipitation and SMB over SSI, only the regional-scale modes (i.e., Drake) have significant influences on their interannual variability, although seasonally, the large-scale modes may have a weak but significant control. Furthermore, our findings reveal that ARs have dual effects on the SSI glacier's SMB. In glaciological winter, a positive correlation suggests ARs boost accumulation through increased snowfall. Conversely, in glaciological summer, a negative correlation indicates ARs intensify glacier melting. Our study highlights the necessity of investigating the climate variability and change in the AP and its surrounding areas, stressing the importance of considering Drake region. Moreover, we underscore the detailed investigations into the seasonal and sub-seasonal impacts of ARs on the AP environment, particularly on small-scale coastal glaciers.A Península Antártica (AP) é uma das regiões que mais rapidamente está aquecendo no continente Antártico, devido à sua localização mais ao norte, gerando mudanças significativas nos padrões de precipitação, balanço de massa superficial das geleiras (SMB), impactos no ambiente costeiro, etc. Vários estudos relacionam essas mudanças aos principais modos de variabilidade climática, como o El Niño-Southern Oscillation (ENSO) e o Southern Annular Mode (SAM). Também foi recentemente indicado que essas mudanças podem ser amplificadas por eventos de Rios Atmosféricos (AR) que alcançam a AP. No entanto, em algumas regiões, como o norte da AP, esses modos de grande escala e eventos de AR podem ter menos influência em comparação com forçantes climáticas em escala regional, como o Amundsen Sea Low (ASL) e Drake low (Drake). Nesta tese, avaliamos a influência do clima e dos eventos de AR na variabilidade interanual e sazonal de temperatura, precipitação e SMB das geleiras nas Ilhas Shetland do Sul (SSI), localizadas ao norte da AP. Para este fim, utilizamos diferentes conjuntos de dados de observações in situ, saídas de modelo climático regional, e de reanálise global. Além disso, analisamos amplamente as correlações e regressões entre temperatura, precipitação e SMB sazonal e anual, com índices climáticos globais- regionais e um banco de dados de rastreamento de AR de última geração de 1980 a 2020. Os resultados revelam que tanto os modos climáticos de escala-larga-regional (e.i., ASL, SAM e ENOS) têm influências significativas no controle da variabilidade interanual e sazonal da temperatura superficial sobre as SSI. Enquanto para a precipitação e SMB sobre as SSI, apenas um modo de escala regional (i.e., Drake low) têm influências significativas em sua variabilidade interanual, embora sazonalmente os modos de escala- larga possam ter um controle fraco, mas significativo. Além disso, nossas descobertas revelam que os ARs têm efeitos duplos no SMB das geleiras da SSI. No inverno, uma correlação positiva sugere que os ARs aumentam a acumulação por meio do aumento da queda de neve. Por outro lado, no verão, uma correlação negativa indica que os ARs intensificam o derretimento das geleiras. Nosso estudo destaca a necessidade de investigar a variabilidade e a mudança climática na AP e em suas áreas circundantes, destacando a importância de considerar a região de Drake. Além disso, enfatizamos a necessidade de mais investigações detalhadas sobre os impactos sazonais e sub-sazonais dos ARs no ambiente da AP, especialmente em pequenas geleiras costeiras.La Península Antártica (AP) es una de las regiones del continente Antártico que se calienta más rápidamente, debido a su ubicación más septentrional, generando cambios significativos en los patrones de precipitación, el balance de masa superficial de los glaciares (SMB), los impactos en el medio ambiente costero, etc. Varios estudios vinculan estos cambios en los principales modos de variabilidad climática como El Niño-Southern Oscillation (ENSO) y el Southern Annular Mode (SAM). También se ha indicado recientemente que estos cambios pueden verse potenciados por eventos de ríos atmosféricos (AR) que llegan al AP. Sin embargo, en algunas regiones, como el norte de AP, estos modos de gran escala y eventos AR pueden tener menos influencia en comparación con los forzantes climáticos de escala regional, como Amundsen Sea Low (ASL) y Drake low (Drake). En esta tesis, evaluamos la influencia del clima y los eventos AR en la variabilidad interanual y estacional de la temperatura, precipitación y SMB de los glaciares en las Islas Shetland del Sur (SSI), ubicadas al norte de AP. Para ello, utilizamos diferentes conjuntos de datos de observaciones in-situ, modelos climáticos regionales y resultados de reanálisis global. Además, analizamos las correlaciones y regresiones entre la temperatura, la precipitación y el SMB estacional y anual, con índices climáticos globales-regionales y una base de datos de seguimiento AR de última generación de 1980 a 2020. Los resultados revelan que ambos índices climáticos de larga- regional escala (i.e., ASL, SAM y ENSO) tienen influencias significativas en el control de la variabilidad interanual y estacional de la temperatura de la superficie sobre SSI. Mientras que para la precipitación y SMB sobre SSI solo un índice de escala regional (i.e., Drake) tiene influencia significativa en su variabilidad interanual, aunque estacionalmente los modos a gran escala pueden tener un control débil pero significativo. Además, nuestros hallazgos revelan que los AR tienen doble efecto en el SMB del glaciar SSI. En el invierno, una correlación positiva sugiere que las AR aumentan la acumulación a través del aumento de las nevadas. Por el contrario, en el verano, una correlación negativa indica que las AR intensifican el derretimiento de los glaciares. Nuestro estudio destaca la necesidad de investigar la variabilidad y el cambio climático en la AP y sus áreas circundantes, enfatizando la importancia de considerar la región de Drake. Finalmente, destacamos las investigaciones detalladas sobre los impactos estacionales y sub-estacionales de los AR en el medio ambiente de AP, particularmente en los glaciares costeros de pequeña escala.