Thesis:

Light-Absorbing Particles and their contribution to the snow melt in the Central Andes

Esta investigación tiene como objetivo evaluar de manera integral los efectos de las Partículas Absorbentes de Luz (LAPs, por sus siglas en inglés) sobre las propiedades ópticas de las superficies de nieve y su impacto en la hidrología nival, con un enfoque en los Andes Centrales. Inicialmente, se llevó a cabo un estudio experimental en Sierra Nevada, España, para analizar los efectos ópticos de diferentes LAPs, como arena, ceniza, neblina y hollín, sobre las cubiertas de nieve. Los resultados revelaron una reducción del albedo de la nieve en todo el espectro, siendo los aglomerados de hollín los que mostraron el mayor potencial para reducir el albedo. Posteriormente, se realizaron investigaciones en los Andes Centrales, cerca de la represa El Yeso, donde se contaminó artificialmente la nieve utilizando muestras de suelo pretratadas para simular la deposición de polvo mineral (MD). El albedo de la superficie contaminada mostró reducciones significativas en el rango ultravioleta y visible, y los valores simulados mediante el modelo de transferencia radiativa OptiPar coincidieron en gran medida con las mediciones de campo, salvo algunas discrepancias atribuidas principalmente a la variación en la composición mineralógica del MD. Finalmente, el modelo de balance de energía de nieve Utha fue acoplado con el modelo de transferencia radiativa OptiPar, considerando las partículas previamente caracterizadas, para simular la acumulación y el derretimiento del manto nival entre 2014 y 2019 en la estación meteorológica de Portillo, ubicada en la cuenca del río Juncal, Chile. Se encontró que el carbono negro (BC) y el MD aceleran el agotamiento del manto nival, provocando un derretimiento anticipado de hasta 3 días. El BC tuvo el impacto más significativo en el manto de nieve, debido a su mayor capacidad de absorción. Esta investigación exhaustiva demuestra que las LAPs juegan un papel importante en las variaciones del albedo de la nieve y, en consecuencia, en la duración del manto nival, impactos que son cruciales para la hidrología en regiones como los Andes Centrales.

This research aims to comprehensively assess the effects of Light Absorbing Particles (LAPs) on the optical properties of snow surfaces and the impacts on snow hydrology, focusing on the Central Andes. Initially, an experimental study was conducted in Sierra Nevada, Spain, to analyze the optical effects of different LAPs, like sand, ash, haze, and soot on snow covers. Findings revealed a reduction in snow albedo across the entire spectrum, with soot agglomerates showing the highest potential to reduce snow albedo. Then, investigations centered on the Central Andes near the El Yeso dam, where snow was artificially contaminated using preconditioned soil samples to simulate mineral dust (MD) deposition. Contaminated surface albedo shows reductions significant in the UV and visible range, and simulated values, from the OptiPar radiative transfer model, mostly agree with field measurements regarding some discrepancies, attributed primarily to variation in MD mineralogical composition. Finally, the Utha Energy Balance snow model was coupled with the OptiPar radiative transfer model, considering particles previously characterized, to simulate snowpack accumulation and melting from 2014-2019 at Portillo weather station located in the Juncal River Basin, Chile. Black carbon (BC) and MD were found to accelerate the snowpack depletion, inducing an early meltout of up to 3 days. BC had the most significant impact on the snowpack, due to its higher absorption capacity. This extensive research shows that LAPs play a significant role in snow albedo variations and consequently in the snowpack duration, impacts that are crucial for hydrology in regions like the Central Andes.