Glacier retreat and the value of ecosystem services associated with water resources in the Paron basin-Huascaran National Park (Cordillera Blanca), 2009-2018

[Español] Los glaciares tropicales son indicadores sensibles del cambio climático. La pérdida del volumen de los glaciares tropicales en la cuenca Parón (Cordillera Blanca, Perú) es una muestra de esto a nivel global y se espera que tales cambios afecten a los servicios ecosistémicos que son únicos e insustituibles. Este estudio estimó el valor económico de los servicios ecosistémicos asociados con el recurso hídrico impactados por el retroceso glaciar en la cuenca de Parón-Parque Nacional Huascarán (Cordillera Blanca, Perú) entre los años 2009 y 2018. La metodología inició cartografiando los glaciares de 2009 a 2018 usando imágenes satelitales de alta resolución tomadas en temporada seca. Luego, se reconstruyeron las superficies 3D de los mismos usando la herramienta GLABTOP permitiendo calcular el volumen. Con los datos obtenidos se calculó el valor del servicio ecosistémico del turismo y recreación, y provisión de flujo hídrico. Los resultados indican que los glaciares de la cuenca Parón se han reducción de ~1.82% del área glaciar y en una tasa de deglaciación máxima de 0.08 (km2/año). Los resultados de la reconstrucción 3D muestran un 1.8% más de espesores entre los 40 y 60 m, con una pérdida de hielo de 1.02 km3, a una tasa máxima de 0.14 km3/año. Los valores monetarios presentes de los servicios de 2009 a 2018 se estimaron en $52 029.34 para el servicio de turismo y recreación y de$3 213 258.21 para el servicio de provisión de flujo hídricos, calculados a 8% de tasa de descuento. Por lo tanto, se recomienda que se debe incrementar la inversión en programas sobre la red hídrica de la cuenca de Parón, como mayores servicios, usos poblacionales o industriales.[English] Tropical glaciers are sensitive indicators of climate change. The loss of the volume of tropical glaciers in the Paron basin (Cordillera Blanca, Peru), is an example of this at a global level and these changes are expected to affect ecosystem services that are unique and irreplaceable. This study estimated the economic value of ecosystem services associated with water resources impacted by glacial retreat in the Paron basin - Huascaran National Park (Cordillera Blanca, Peru) between the years 2009 and 2018. The methodology started by mapping glaciers from 2009 to 2018 using high-resolution satellite images taken during the dry season. Then, the 3D surfaces of the glaciers were reconstructed using the GLABTOP tool to calculate the volume. With the data obtained, the value of the Tourism and Recreation ecosystem service, provision of Water Flow, was calculated. The results indicate that the glaciers of the Paron basin have been reduced by ~1.82% of the glacial area and at a maximum deglaciation rate of 0.08 (km2/year). The results of the 3D reconstruction show 1.8% more thickness between 40 and 60 m with an ice loss of 1.02 km3, at a maximum rate of 0.14 km3/year. The present monetary values of the services from 2009 to 2018 were estimated at $52 029.34 for the tourism and recreation service and$3 213 258.21 for the water flow provision service, calculated at 8% discount rate. Therefore, it is recommended that investment in programs on the Paron watershed water network, such as increased services, population or industrial use, should be increased

Retroceso glaciar y el valor de los servicios ecosistémicos asociados con el recurso hídrico en la cuenca Parón-Parque Nacional Huascarán (Cordillera Blanca), 2009-2018

[Español] Los glaciares tropicales son indicadores sensibles del cambio climático. La pérdida del volumen de los glaciares tropicales en la cuenca Parón (Cordillera Blanca, Perú) es una muestra de esto a nivel global y se espera que tales cambios afecten a los servicios ecosistémicos que son únicos e insustituibles. Este estudio estimó el valor económico de los servicios ecosistémicos asociados con el recurso hídrico impactados por el retroceso glaciar en la cuenca de Parón-Parque Nacional Huascarán (Cordillera Blanca, Perú) entre los años 2009 y 2018. La metodología inició cartografiando los glaciares de 2009 a 2018 usando imágenes satelitales de alta resolución tomadas en temporada seca. Luego, se reconstruyeron las superficies 3D de los mismos usando la herramienta GLABTOP permitiendo calcular el volumen. Con los datos obtenidos se calculó el valor del servicio ecosistémico del turismo y recreación, y provisión de flujo hídrico. Los resultados indican que los glaciares de la cuenca Parón se han reducción de ~1.82% del área glaciar y en una tasa de deglaciación máxima de 0.08 (km2/año). Los resultados de la reconstrucción 3D muestran un 1.8% más de espesores entre los 40 y 60 m, con una pérdida de hielo de 1.02 km3, a una tasa máxima de 0.14 km3/año. Los valores monetarios presentes de los servicios de 2009 a 2018 se estimaron en $52 029.34 para el servicio de turismo y recreación y de$3 213 258.21 para el servicio de provisión de flujo hídricos, calculados a 8% de tasa de descuento. Por lo tanto, se recomienda que se debe incrementar la inversión en programas sobre la red hídrica de la cuenca de Parón, como mayores servicios, usos poblacionales o industriales.[English] Tropical glaciers are sensitive indicators of climate change. The loss of the volume of tropical glaciers in the Paron basin (Cordillera Blanca, Peru), is an example of this at a global level and these changes are expected to affect ecosystem services that are unique and irreplaceable. This study estimated the economic value of ecosystem services associated with water resources impacted by glacial retreat in the Paron basin - Huascaran National Park (Cordillera Blanca, Peru) between the years 2009 and 2018. The methodology started by mapping glaciers from 2009 to 2018 using high-resolution satellite images taken during the dry season. Then, the 3D surfaces of the glaciers were reconstructed using the GLABTOP tool to calculate the volume. With the data obtained, the value of the Tourism and Recreation ecosystem service, provision of Water Flow, was calculated. The results indicate that the glaciers of the Paron basin have been reduced by ~1.82% of the glacial area and at a maximum deglaciation rate of 0.08 (km2/year). The results of the 3D reconstruction show 1.8% more thickness between 40 and 60 m with an ice loss of 1.02 km3, at a maximum rate of 0.14 km3/year. The present monetary values of the services from 2009 to 2018 were estimated at $52 029.34 for the tourism and recreation service and$3 213 258.21 for the water flow provision service, calculated at 8% discount rate. Therefore, it is recommended that investment in programs on the Paron watershed water network, such as increased services, population or industrial use, should be increased

Climate patterns and their influence in the Cordillera Blanca, Peru, deduced from spectral analysis techniques

Climate patterns are natural processes that drive climate variability in the short, medium, and long term. Characterizing the patterns behind climate variability is essential to understand the functioning of the regional atmospheric system. Since investigations typically reveal only the link and extent of the influence of climate patterns in specific regions, the magnitude of that influence in meteorological records usually remains unclear. The central Peruvian Andes are affected by most of the common climate patterns of tropical areas, such as Intertropical Convergence Zone (ITCZ), Sea Surface Temperature (SST), solar irradiance, Madden Julian Oscillation (MJO), Pacific Decadal Oscillation (PDO), and El Niño Southern Oscillation (ENSO). They are also affected by regional processes that are exclusive from South America, such as the South American Low-Level Jet (SALLJ), South American Monsoon System (SAMS), Bolivian High (BH), and Humboldt Current. The aim of this research is to study the climate variability of precipitation, maximum and minimum temperature records over Cordillera Blanca (Peru), and its relationship with the intensity and periodicity of the common climate patterns that affect this region. To achieve this aim, a spectral analysis based on Lomb’s Periodogram was performed over meteorological records (1986–2019) and over different climate pattern indexes. Results show a coincidence in periodicity between MJO and SALLJ, with monthly cycles for precipitation and temperature (27-day, 56-day, and 90-day cycles). Moreover, the most intense periodicities, such as annual (365 days) and biannual (182 and 122 days) cycles in meteorological variables, possibly would be led by ITCZ and ENSO together, as well as a combination of the Humboldt Current and SALLJ. Additionally, interannual periodicities (3-year, 4.5-year, 5.6–7-year and 11-year cycles) would have coincidence with the ENSO–solar combination, while the longest cycles (16 years) could match PDO variabilit

Análisis de la cobertura nival y el albedo y su relación con el fenómeno ENSO y la evolución del permafrost en los estratovolcanes Coropuna y Chachani (Región Arequipa)

La cobertura nival y glaciar de los volcanes Chachani y Coropuna ha experimentado un rápido retroceso en las últimas décadas debido al cambio climático. Este trabajo tiene como objetivo analizar la relación entre la cobertura nival y el albedo en Chachani y Coropuna, y fenómeno El Niño Oscilación Sur (ENSO) mediante imágenes de alta resolución temporal y baja resolución espacial. La técnica desarrollada en el procesamiento de imágenes ha permitido extraer información relaciona con las anomalías de variables climáticas mediante filtros en el dominio temporal y de frecuencia. Los resultados de las correlaciones muestran periodos alrededor de tres años relacionando al fenómeno ENSO con la cobertura nival en las áreas de estudio

El registro geomorfológico glaciar de los cambios climáticos en la Cordillera Blanca

Este trabajo muestra el análisis geomorfológico de los valles glaciares Parón (~8º59´S-77º40´O) y Chucchún (~9°13´S-77°34´O), en la Cordillera Blanca (norte de Perú), donde 37 bloques morrénicos de distintas fases glaciares y 2 superficies rocosas con pulimento glaciar, fueron datados a través de isótopos cosmogénicos. Las edades morrénicas obtenidas están agrupadas en 5 fases, las cuales se relacionan con eventos fríos globales: Pequeña Edad de Hielo (PEH ~0.5ka), Younger Dryas (YD ~11.2ka), eventos Heinrich - Oldest Dryas (OD ~15.5ka), el último máximo glacial (LGM ~31-42ka) y el penúltimo ciclo glacial (~148ka). Mientras que las 2 edades restantes, están relacionadas al Óptimo Cálido Medieval (~1.5ka). Estas edades, permitieron reconstruir cronológicamente paleoglaciares y estimar sus áreas, volúmenes, altitudes de la línea de equilibrio glaciar (ELAs) y paleotemperaturas para cada escenario, con la finalidad de evaluar su evolución y compararlas con escenarios más recientes (años 1962 y 2016)

Paleoclimatic reconstruction during the Little Ice Age in the Llanganuco basin, Cordillera Blanca (Peru)

The Equilibrium Line Altitude (ELA, m) is a good indicator for the impact of climate change on tropical glaciers , because it varies in time and space depending on changes in temperature and/or precipitation.The estimation of the ELA and paleoELA using the Area x Altitude Balance Ratio method (AABR; Osmaston, 2005) requires knowing the surface and hypsometry of glaciers or paleoglaciers (Benn et al. 2005) and the Balance Ratio (BR) correct (Rea, 2009). In the Llanganuco basin (~ 9°3´S; 77°37´W) there are very well preserved moraines near the current glaciers front. These deposits provide information to reconstruct the extent of paleoglaciers since the Little Ice Age (LIA) and deduce some paleo-climatic variables. The goal of this work has been to reconstruct the paleotemperature (°C) during LIA, deduced from the difference between ELA AABR2016 and paleoELA AABRLIA. The paleoclimatic reconstruction was carried out in 6 phases: Phase 1) Development of a detailed geomorphological map (scale 1/10,000), in order to identify glacial landforms (advance moraines and polished rocks) which, due to their geomorphological context, can be considered of LIA, so palaeoglaciers can be delimited. Current glacial extension was done using dry season, high resolution satellite images. Phase 2) Glacial bedrock Reconstruction from glacier surface following the GLABTOP methodology (Linsbauer et al 2009). Phase 3) 3D reconstruction of paleoglacial surface using GLARE tool, based on bed topography and flow lines for each defined paleoglacial (Pellitero et al., 2016). As perfect plasticity model does not reflect the tension generated by the side walls of the valley, form factors were calculated based on the glacier thickness, lateral moraines and the geometry of the valley following the equation proposed by Nye (1952), adjusting the thicknesses generated in the paleoglacial front. Phase 4) Calculation of BR in a reference glacier (Artesonraju; 8° 56’S; 77º38’W), near to the study area, using the product BR = b • z • s, where BR= Balance Ratio; b= mass balance measured in fieldwork 2004-2014 (m); z= average altitude (meters) and s= surface (m2) of each altitude band of the glacier (with intervals of 100 m altitude). A value BR = 2.3 was estimated. Phase 5) Automatic reconstruction of the ELA AABR2016 and paleoELA AABRLIA using ELA Calculation tool (Pellitero et al. 2015) after 3D reconstruction of the glacial and paleoglacial surface in phases 2 and 3. Phase 6) Estimation of paleotemperature during LIA by solving the equation of Porter et al. (1995): ∆T (°C)= ∆ELA • ATLR, where ∆T= air temperature depression (ºC); ∆ELA = variation of ELA AABR 2016-LIA and ATLR = Air Temperature Lapse Rate, using the average global value of the Earth (0.0065 °C/m), considered valid for tropics. The results obtained were: ELA AABR2016= 5260m, paleoELA AABRLIA= 5084m, and ∆T = 1.1 °C. The reconstruction of air paleotemperature is consistent with different studies that have estimated values between 1–2 °C colder than the present, with intense rainfall (Matthews & Briffa, 2005; Malone et al., 2015)

El registro geomorfológico glaciar de los cambios climáticos en la Cordillera Blanca. Áncash - Perú - [Boletín P 1]

Las investigaciones geomorfológicas acerca de la evolución de los glaciares andinos, especialmente durante finales del Pleistoceno y el Holoceno, nos proporcionan una valiosa información sobre la evolución del clima, su relación con las reservas de agua almacenada en las montañas y los peligros geológicos. Además, permiten comprender las relaciones causa-efecto entre el enfriamiento del hemisferio norte y las precipitaciones y humedad en los Andes tropicales, un fenómeno que ocurre anualmente y que también puede extenderse a escalas de cientos a decenas de miles de años. Este trabajo muestra el análisis geomorfológico de los valles glaciares Parón (~8º 59’ S-77º 40’ O) y Chucchún (~9° 13’ S-77° 34’ O) en la Cordillera Blanca (norte de Perú), donde bloques de morrenas y superficies rocosas con pulimento glaciar fueron datados a través de isótopos cosmogénicos. Los resultados arrojaron 37 edades morrénicas que indican avances glaciares. Están agrupadas en 5 fases que se relacionan con eventos fríos globales: Pequeña Edad de Hielo (PEH ~0.5 ka), Younger Dryas (YD ~11.2 ka), Oldest Dryas (OD ~15.5 ka), el Último Máximo Glaciar (LGM ~31-42 ka) y el penúltimo ciclo glaciar (~148 ka). Además, se obtuvieron 2 edades en lechos rocosos con pulimento glaciar que indican retrocesos glaciares y estarían relacionados con el periodo denominado Óptimo Cálido Medieval (~1.5 ka). Las edades obtenidas permitieron reconstruir cronológicamente paleoglaciares, y estimar sus áreas, volúmenes, altitudes de la línea de equilibrio glaciar (ELAs) y paleotemperaturas para cada escenario con la finalidad de evaluar su evolución y compararlas con escenarios más recientes (años 1962 y 2016). Las áreas glaciares en Parón fueron: ALGM~83 km2, AYD~59 km2, APEH~37 km2, A1962~25 km2 y A2016~19 km2. Mientras que en Chucchún, ALGM~18 km2, AOD~17 km2, AYD~16km2, APEH~13 km2, A1962~11 km2 y A2016~9 km2. Los volúmenes glaciares en Parón fueron: VLGM~11822 hm3, VYD~6284 hm3, VPEH~3245 hm3, V1962~1552 hm3 y V2016~714 hm3. Mientras que en Chucchún, VLGM~2220 hm3, VOD~1745 hm3, VYD~1459 hm3, VPEH~1062 hm3, V1962~580 hm3 y V2016~316 hm3. Las ELAs en Parón fueron: ELALGM~4681 m, ELAYD~4933 m, ELAPEH~5078 m, ELA1962~5146 m y ELA2016~5168 m. En Chucchún, ELALGM~4653 m, ELAOD~4775 m, ELAYD~4824 m, ELAPEH~4997 m, ELA1962~5078 m y ELA2016~5146 m. Finalmente, las variaciones de la temperatura (∆T) respecto al 2016 en Parón fueron: ∆TLGM=3.2 °C, ∆TYD=1.5 °C, ∆TPEH=0.6 °C y ∆T1962=0.1 °C. En Chucchún, ∆TLGM=3.2 °C, ∆TOD=2.4 °C, ∆TYD=2.1 °C, ∆TPEH=1.0 °C y ∆T1962=0.4 °C. Los resultados de pérdida de áreas, volúmenes y ELAs glaciares indican una relativa aceleración durante el periodo 1962-2016 (54 años), respecto a PEH-1962 (~100 años), coherentes con muchas otras investigaciones en la Cordillera Blanca. Por su parte, las estimaciones de paleotemperaturas son bastante consistentes con el calentamiento global medido a través de registros instrumentales (IPCC, 2013) entre los años 1880-2012 (0.85 ºC). Así también, con las estimaciones del incremento de la temperatura para los últimos 50-60 años que es de 0.1 ºC/década (Vuille et al., 2008). Este documento tiene como finalidad convertirse en un instrumento de análisis y gestión para las instituciones que deben emprender políticas de adaptación de la sociedad a los cambios previstos para las próximas décadas como consecuencia del cambio climático actual; cambios relacionados con la disponibilidad de agua almacenada en la criósfera y el incremento de los peligros geológicos asociados al proceso de desglaciación