Analysis of a 200 year snow accumulation series from the South Pole

Summary

The reliability of mean and annual net accumulation values determined at the South Pole from stratigraphic studies is demonstrated by a comparison with measurements of snow accumulation made at stake networks from 1958 to 1963. The annual values in the series 1760–1957 are used to compute the temporal variability of accumulation. The procedure to estimate the errors in the identification of annual layers is discussed, and the significance of these errors in the analysis of the series is examined. The variability of the 198 annual accumulation values is slightly less than that of precipitation series obtained at two stations, one at high latitude and one at high elevation. A variance analysis of the South Pole series indicates that there is, with a high degree of probability, an increase in the rate of snow accumulation with time not due to chance, from approximately 5.4 g·cm⁻²·yr⁻¹ in the first 66 years (1760–1825) to approximately 7.5 g·cm⁻²·yr⁻¹ in the last 66 years of the series. The area of the region for which there is a positive secular change in the rate of accumulation during the last 200 years remains unknown. The serial correlation computed for time lags from one to twelve years shows that significant periodicities do not exist in this series. The identification of annual layers in five isolated sets comprising from 4 to 8 layers each and included in the period 1536±42–1760±13 suggests that the mean accumulation for the period circa 1550–1750 is approximately the same as that determined in the 1760–1957 series.

Zusammenfassung

Das Hauptziel der Arbeit ist die Untersuchung einer 198jährigen Reihe von Schnee-Akkumulationswerten am Südpol. Zunächst wird durch einen Vergleich mit direkten Messungen für die Jahre 1958 bis 1963 gezeigt, daß die stratigraphisch bestimmten Jahresschichten als repräsentativ für den Netto-Jahres-Schneeniederschlag angesehen werden können. Die verschiedenen Fehlerquellen werden diskutiert und ihr Einfluß auf die nachfolgende Analyse des säkularen Ganges wird geprüft. Die Streuung der jährlichen Akkumulationswerte erweist sich als etwas geringer als die langjähriger Niederschlagsreihen von Stationen in hohen Breiten bzw. großer Höhenlage. Mittels einer Varianzanalyse (Streuungszerlegung) wird sodann gezeigt, daß die beobachteteZunahme der Akkumulationswerte, von etwa 5.4 Gramm/cm² pro Jahr im Mittel der ersten 66 Jahre (1760 bis 1825) auf etwa 7.5 Gramm/cm² pro Jahr im Mittel der letzten 66 Jahre, mit großer Wahrscheinlichkeitnicht durch Zufall allein bedingt sein kann. Eine Autokorrelationsrechnung mit 1 bis 12 Jahren Zeitverzug ergibt, daß die Beobachtungsreihe keine signifikanten Perioden dieser Größenordnung enthält. Schließlich werden noch stratigraphische Messungen in größerer Tiefe des Südpol-Schachts (Jahre vor 1760), in denen die Jahresschichten weniger klar nachweisbar sind, besprochen.

Résumé

Le but principal du présent travail est l'étude d'une série de 198 ans des valeurs de l'accumulation de la neige au pôle sud. On démontre tout d'abord que les couches annuelles déterminées stratigraphiquement peuvent être considérées comme représentatives des précipitations neigeuses nettes de l'année. Pour cela, on se sert par comparaison de mesures directes faites de 1958 à 1963. On discute diverses sources d'erreurs et examine leur influence sur l'analyse subséquente de l'évolution séculaire. La dispersion des accumulations annuelles est légèrement plus faible que celle des longues séries de mesure des précipitations effectuées soit à des latitudes élevées soit à grande altitude. Au moyen d'une analyse des variances, on démontre quel'augmentation des valeurs de l'accumulation de 5,4 g/cm² environ (en moyenne annuelle) des 66 premières années (1760 à 1825) à 7,5 g/cm² par année en moyenne des 66 dernières années n'est très probablementpas due au hasard. Un calcul de corrélations (autocorrélation) fait avec un décalage de 1 à 12 ans montre que la série d'observations ne présente pas de périodes significatives de cet ordre de grandeur. On discute enfin les mesures stratigraphiques effectuées à plus grandes profondeurs au moyen du puits creusé au pôle sud (années antérieures à 1760), mesures pour lesquelles les couches annuelles sont moins bien prononcées.