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Scale dependence of factors controlling the release of water from snow and ice storage Braun, Ludwig Niklaus 1980

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831-UBC_1980_A6_7 B73.pdf [ 10.73MB ]
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SCALE DEPENDENCE OF FACTORS CONTROLLING THE RELEASE OF WATER FROM SNOW AND ICE STORAGE by LUDWIG NI KLAUS BRAUN D i p l . N a t w . , S w i s s F e d e r a l I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y , Z u r i c h , 1976 A THESIS SUBMITTED IN PARTIAL FULFILMENT OF THE REQUIREMENTS FOR THE DEGREE OF MASTER OF SCIENCE : i n THE FACULTY OF GRADUATE STUDIES D e p a r t m e n t o f G e o g r a p h y We a c c e p t t h i s t h e s i s a s c o n f o r m i n g t o t h e r e q u i r e d s t a n d a r d THE UNIVERSITY OF B R I T I S H COLUMBIA F e b r u a r y 1980 © L u d w i g N i k l a u s B r a u n , 1 9 8 0 . I n p r e s e n t i n g t h i s t h e s i s i n p a r t i a l f u l f i l m e n t o f t h e r e q u i r e m e n t s f o r an a d v a n c e d d e g r e e a t t h e U n i v e r s i t y o f B r i t i s h C o l u m b i a , I a g r e e t h a t t h e L i b r a r y s h a l l make i t f r e e l y a v a i l a b l e f o r r e f e r e n c e a n d s t u d y . I f u r t h e r a g r e e t h a t p e r m i s s i o n f o r e x t e n s i v e c o p y i n g o f t h i s t h e s i s f o r s c h o l a r l y p u r p o s e s may be g r a n t e d by t h e Head o f my d e p a r t m e n t o r by h i s r e p r e s e n t a t i v e s . I t i s u n d e r s t o o d t h a t c o p y i n g o r p u b l i c a t i o n o f t h i s t h e s i s f o r f i n a n c i a l g a i n s h a l l n o t be a l l o w e d w i t h o u t my w r i t t e n p e r m i s s i o n . D e p a r t m e n t n f G e o g r a p h y  The U n i v e r s i t y o f B r i t i s h C o l u m b i a 2 0 7 5 W e s b r o o k P l a c e V a n c o u v e r , C a n a d a V6T 1W5 D a t e T t e h - r . 1P, i Q » n i i ABSTRACT A s t u d y o f t h e s c a l e d e p e n d e n c e o f t h e f a c t o r s c o n t r o l l i n g t h e r e l e a s e o f w a t e r f r o m snow and i c e s t o r a g e was c o n d u c t e d d u r i n g t h e a b l a t i o n s e a s o n 1978 i n t h e w a t e r s h e d o f M i l l e r C r e e k , l o c a t e d i n t h e P a c i f i c Ranges o f t h e C o a s t M o u n t a i n s , B . C . The r e s u l t s o f t h i s i n v e s -t i g a t i o n s u p p o r t d i s t i n c t p r e d i c t i v e r e l a t i o n s h i p s a t an o p e n s i t e , a s m a l l - s c a l e w a t e r s h e d ( a r e a 3 . 3 km ) c o n s i s t i n g o f a f l a t v a l l e y b o t t o m and a f o r e s t e d s o u t h - f a c i n g s l o p e , and a p a r t l y g l a c i e r i z e d m e s o - s c a l e w a t e r s h e d ( a r e a 23 km^) o f c o m p l e x t o p o g r a p h y . T h e r o l e o f snow s t o r a g e i n t h e s m a l l - s c a l e w a t e r s h e d i s c o m p l i c a t e d by t h e n a t u r e o f t h e h o r i z o n t a l s t r a t i f i c a t i o n . S l o p e was f o u n d t o h a v e a g r e a t e r i n f l u e n c e t h a n v e g e t a t i o n d e n s i t y i n d e t e r m i n i n g t h e amount o f snow s t o r a g e . T h e v e r t i c a l z o n a t i o n o f s e a s o n a l s n o w - c o v e r i s a l s o c o m p l e x i n t h a t t h e r e i s a d e c r e a s e w i t h h e i g h t up t o 200 m f r o m t h e v a l l e y b o t t o m , and an i n c r e a s e o f a b o u t 200 mm W . E . p e r 100 m a b o v e . A p p r o x i m a t e l y 60% o f t h e m e l t e n e r g y a v a i l a b l e a t t h e Meadow s i t e came f r o m n e t r a d i a t i o n ; o f t h e r e m a i n d e r m o s t i s a s s u m e d t o be a d v e c t e d s e n s i b l e h e a t . S t r e a m f l o w g e n e r a t i o n i n t h e s m a l l - s c a l e w a t e r s h e d was g r e a t l y i n f l u e n c e d by t h e g r a d u a l r e l e a s e o f w a t e r f r o m p o o r l y d r a i n e d , swampy a r e a s . A t t h e Meadow s i t e , t h e snow s t r a t i g r a p h y , t h e mean d a i l y a i r t e m p e r a t u r e ( a s a s u r r o g a t e v a r i a b l e f o r e n e r g y a v a i l a b i l i t y ) and i i i t h e v e r t i c a l f l o w p a t h w a y s t h r o u g h t h e s n o w p a c k w e r e t h e d o m i n a n t c o n t r o l s o f w a t e r r e l e a s e a t t h e b a s e o f t h e s n o w p a c k . T y p i c a l r e s p o n s e t i m e s o f t h e m e l t w a t e r r e l e a s e w e r e t i m e l a g s o f 1 t o 4 h o u r s b e t w e e n t h e p e a k s o f n e t r a d i a t i o n a n d m e l t f l u x , a n d r e c e s s i o n c o n s t a n t s b e t w e e n two a n d t e n h o u r s . A t t h e s m a l l w a t e r s h e d s c a l e , v e g e t a t i o n c o v e r , s l o p e a n d e l e v a t i o n , t o p o c l i m a t i c u n i t d i s t r i b u t i o n a n d h o r i z o n t a l a s w e l l a s v e r t i c a l f l o w p a t h w a y s w e r e t h e d o m i n a n t c o n t r o l s o f w a t e r r e l e a s e , a s m e a s u r e d i n a s t r e a m c h a n n e l a t t h e m o u t h o f t h e w a t e r s h e d . T i m e l a g s b e t w e e n p e a k n e t r a d i a t i o n and p e a k s t r e a m f l o w c h a n g e d t h r o u g h t h e m e l t s e a s o n f r o m 8 h o u r s a t t h e b e g i n n i n g t o 3 h o u r s a t t h e e n d , w h i l e r e c e s s i o n c o n s t a n t s r e m a i n e d c o n s i s t e n t l y h i g h a t 1 5 0 - 2 0 0 h o u r s . A t t h e m e s o - s c a l e , t h e d i s t r i b u t i o n o f g l a c i e r i c e , p e r e n n i a l a n d s e a s o n a l s n o w c o v e r , a n d l a k e a n d c h a n n e l s t o r a g e c o m p l e x i t i e s make t h e a n a l y s i s o f w a t e r r e l e a s e m e c h a n i s m s v i a c o n v e n t i o n a l h y d r o g r a p h a n a l y s i s i m p r a c t i c a l . T i m e l a g s v a r i e d g r e a t l y f r o m 6 t o 13 h o u r s a t t h e b e g i n n i n g o f t h e m e l t s e a s o n and became m o r e s t e a d y d u r i n g t h e s u m m e r , f a l l i n g f r o m a b o u t 10 h o u r s t o a b o u t 5 h o u r s b e t w e e n l a t e J u n e a n d e a r l y S e p t e m b e r . R e c e s s i o n c o n s t a n t s r e m a i n e d h i g h l y v a r i a b l e b e t w e e n 50 a n d a b o u t 2 0 0 h o u r s t h r o u g h t h e w h o l e m e l t s e a s o n . TABLE OF CONTENTS Page 1 • I n t r o d u c t i o n 1 1 . 1 . G e n e r a l t o p i c 1 1 . 2 . D i f f e r e n t i a t i o n a c c o r d i n g t o s p a t i a l s c a l e 4 1 . 3 . S t a t u s o f t h e f a c t o r s a t d i f f e r e n t s c a l e 6 1 . 3 . 1 . M i c r o - s c a l e : Meadow s i t e 6 1 . 3 . 2 . S m a l l - s c a l e : C e n t r a l C r e e k w a t e r s h e d 8 1 . 3 . 3 . T r a n s i t i o n b e t w e e n s m a l l - and m e s o - s c a l e : M i l l e r C r e e k 10 w a t e r s h e d 2 • S t u d y A r e a 13 2 . 1 . P h y s i c a l g e o g r a p h y o f t h e C o a s t M o u n t a i n s o f B r i t i s h C o l u m b i a 13 2 . 2 . M i l l e r C r e e k w a t e r s h e d 17 2 . 3 . C e n t r a l C r e e k w a t e r s h e d 22 3 • D e f i n i t i o n s a n d l i t e r a t u r e r e v i e w 26 3 . 1 . Snow s t o r a g e 26 3 . 1 . 1 . The n a t u r e o f t h e s n o w c o v e r 26 3 . 1 . 2 . Snow s t o r a g e a s a f u n c t i o n o f a c c u m u l a t i o n a n d a b l a t i o n 27 3 . 1 . 3 . S p a t i a l v a r i a b i l i t y 27 A) T o p o g r a p h y 27 B) V e g e t a t i o n c o v e r 29 C) W i n d 29 3. . 2 . E n e r g y a v a i l a b i l i t y a n d s n o w m e l t 31 3 , . 2 . 1 . E n e r g y a v a i l a b i l i t y a t a s i t e : e n e r g y b a l a n c e 31 A) G r o u n d h e a t f l u x ( Q G ) 32 B) R a i n f a l l h e a t f l u x ( Q R ) 32 P a g e C) S e n s i b l e a n d l a t e n t h e a t f l u x e s ( Q H , Q E ) 3 3 D) N e t R a d i a t i o n ( Q * ) 34 3 . 2 . 2 . E n e r g y a v a i l a b i l i t y o v e r a m o u n t a i n o u s w a t e r s h e d : t o p o c l i m a t e 36 3 . 2 . 3 . L a r g e - s c a l e a d v e c t i o n a n d s n o w m e l t 40 3 . 2 . 4 . A i r t e m p e r a t u r e a s a h y d r o m e t e o r o l o g i c a l p a r a m e t e r 42 3 . 3 . S t r e a m f l o w a s a r e s u l t o f snow a n d i c e m e l t 44 3 . 3 . 1 . P e r c o l a t i o n o f w a t e r i n a t e m p e r a t e s n o w p a c k 44 3 . 3 . 2 . S t r e a m f l o w g e n e r a t i o n a t a s i t e 47 A) D i r e c t e v e n t r u n o f f 47 B) I n d i r e c t e v e n t r u n o f f 48 C) G r o u n d w a t e r d i s c h a r g e ( c o n v e n t i o n a l b a s e f l o w ) 50 3 . 3 . 3 . C l a s s i f i c a t i o n o f t e r r a i n a c c o r d i n g t o h y d r o l o g i c b e h a v i o u r 51 3 . 3 . 4 . W a t e r s h e d r e s p o n s e 5 3 A) C h a r a c t e r o f t h e g e n e r a t i n g e v e n t ( s t i m u l u s ) 5 3 B) R e s i s t a n c e t o f l o w on w a t e r s h e d s u r f a c e 53 C) C a p a c i t y o f t h e w a t e r s h e d t o s t o r e w a t e r 54 D) A r e a o f w a t e r s h e d 54 3 . 3 . 5 . M o d e l l i n g o f s t r e a m f l o w 56 4 . S a m p l i n g d e s i g n and m e a s u r e m e n t t e c h n i q u e s 5 8 4 . 1 . Meadow s i t e 5 8 4 . 1 . 1 . R a d i a t i o n 5 8 4 . 1 . 2 . M e l t w a t e r p r o d u c t i o n 62 4 . 2 . C e n t r a l a n d M i l l e r C r e e k w a t e r s h e d s 6 3 4 . 2 . 1 . Snow s t o r a g e 63 4 . 2 . 2 . T o p o c l i m a t e 67 4 . 2 . 3 . S t r e a m f l o w 69 Page 5 . R e s u l t s a n d D i s c u s s i o n 70 5 . 1 . Snow s t o r a g e 70 5 . 1 . 1 . Meadow s i t e 70 5 . 1 . 2 . C e n t r a l a n d M i l l e r C r e e k w a t e r s h e d s 73 A) L a t e r a l z o n a t i o n 73 B) V e r t i c a l z o n a t i o n 76 C) P e r e n n i a l snow a n d i c e s t o r a g e 81 5 . 2 . E n e r g y a v a i l a b i l i t y 81 5 . 2 . 1 . Meadow s i t e 83 A) S i g n i f i c a n c e o f n e t r a d i a t i o n 83 B) Mean d a i l y a i r t e m p e r a t u r e as a s u r r o g a t e e n e r g y v a r i a b l e 84 5 . 2 . 2 . C e n t r a l a n d M i l l e r C r e e k w a t e r s h e d s 85 A) T o p o c l i m a t i c u n i t s on t h e b a s i s o f t h e a i r t e m p e r a t u r e f i e l d 86 B) S n o w m e l t r a t e s a s a f u n c t i o n o f t o p o c l i m a t e 92 5 . 3 . S t r e a m f l o w 94 5 . 3 . 1 . Meadow s i t e : r e s p o n s e a t t h e b a s e o f t h e s n o w p a c k 9 4 A) V a r i a b i l i t y i n p e r c o l a t i o n 94 B) T i m i n g o f t h e p e a k o f t h e m e l t w a v e 95 C) R e c e s s i o n c o n s t a n t s 96 5 . 3 . 2 . S t r e a m f l o w o f C e n t r a l and M i l l e r C r e e k s 97 A) N i v a l v s . p r o g l a c i a l r e g i m e 9 8 B ) T i m i n g o f p e a k s t r e a m f l o w 100 C) R e c e s s i o n c o n s t a n t s 102 5 . 4 . Summary 108 v i i P a g e 6 . C o n c l u s i o n s 110 6 . 1 . Snow a n d i c e s t o r a g e 110 6 . 2 . E n e r g y a v a i l a b l e f o r m e l t 111 6 . 3 . S t r e a m f l o w g e n e r a t i o n 112 6 . 4 . R e c o m m e n d a t i o n s f o r f u t u r e r e s e a r c h 113 R e f e r e n c e s 114 A p p e n d i x 120 A) Snow a c c u m u l a t i o n i n w i n t e r 1 9 7 7 / 7 8 a s c o m p a r e d t o o t h e r y e a r s 120 B) W e a t h e r c o n d i t i o n s d u r i n g t h e s t u d y p e r i o d 121 C) L o c a t i o n s o f m e a s u r e m e n t s i t e s 126 D) C a l i b r a t i o n f u n c t i o n s 128 E) D a t a s u m m a r y , f i e l d s e a s o n 1978 131 v i i i L I S T OF FIGURES F i g u r e P a g e 1 .1 S y s t e m s d i a g r a m i n d i c a t i n g i n t e r r e l a t i o n s h i p o f a t m o s p h e r i c a n d h y d r o l o g i c s u b s y s t e m s . , 2 1 . 2 C l a s s i f i c a t i o n o f s y s t e m s a c c o r d i n g t o s p a t i a l s c a l e . 5 1 . 3 S c h e m a t i c r e p r e s e n t a t i o n o f t h e Meadow s i t e : a m a c r o - s c a l e d o m a i n . 8 1 . 4 S c h e m a t i c r e p r e s e n t a t i o n o f C e n t r a l C r e e k w a t e r -s h e d : A s m a l l - s c a l e d o m a i n . 9 1 . 5 S c h e m a t i c r e p r e s e n t a t i o n o f M i l l e r C r e e k w a t e r s h e d : a s m a l l - o r m e s o - s c a l e d o m a i n . 11 1 . 6 M a j o r c l i m a t i c u n i t s , M i l l e r C r e e k w a t e r s h e d . 12 2 . 1 A n n u a l p r e c i p i t a t i o n , s o u t h e r n p a r t o f C o a s t M o u n t a i n s . 14 2 . 2 . Mean w a t e r e q u i v a l e n t o f A p r i l 1 s n o w p a c k , s o u t h e r n p a r t o f C o a s t M o u n t a i n s . 14 2 . 3 S e c t i o n o f g l a c i e r map o f s o u t h e r n B r i t i s h C o l u m b i a . 15 2 . 4 Mean d a i l y d i s c h a r g e s f o r L i l l o o e t , G r e e n a n d B i r k e n h e a d R i v e r s . 16 2 . 5 Map o f M i l l e r C r e e k w a t e r s h e d . 18 2 . 6 A r e a o f c o n t i n u o u s f o r e s t c o v e r i n M i l l e r C r e e k w a t e r s h e d . 20 2 . 7 . M i l l e r C r e e k w a t e r s h e d , e a s t e r n p a r t . 21 2 . 8 M i l l e r C r e e k w a t e r s h e d , w e s t e r n p a r t . 21 2 . 9 Map o f C e n t r a l C r e e k w a t e r s h e d . 23 2 . 1 0 C e n t r a l C r e e k w a t e r s h e d . 2 4 2 . 1 1 S u b a l p i n e meadow o f C e n t r a l C r e e k w a t e r s h e d . 24 2 . 1 2 S u r f a c e t y p e s o f v a l l e y f l o o r , C e n t r a l C r e e k w a t e r s h e d . 25 i x F i g u r e P a g e 3 . 1 S e a s o n a l v a r i a t i o n o f snow s t o r a g e a t one p o i n t . 2 8 3 . 2 Snow a c c u m u l a t i o n d u r i n g i n d i v i d u a l s t o r m s b e n e a t h t r e e c a n o p i e s as a f u n c t i o n o f snow d e p o s i t i o n i n o p e n a r e a s . 30 3 . 3 . S i g n c o n v e n t i o n o f t h e e n e r g y b a l a n c e c o m p o n e n t s . 32 3 . 4 D a i l y t o t a l s o f d i u r n a l s o l a r r a d i a t i o n a s a f u n c t i o n o f s l o p e a n g l e and a s p e c t . 37 3 . 5 D i u r n a l a i r t e m p e r a t u r e v a r i a t i o n on a b r i g h t d a y a s a f u n c t i o n o f l o c a t i o n . 37 3 . 6 S l o p e a n d v a l l e y w i n d s d u r i n g t h e c o u r s e o f a d a y . 39 3 . 7 R e l a t i o n b e t w e e n d a i l y t o t a l s o f s e n s i b l e h e a t t r a n s f e r a n d t h e mean 8 5 0 mb t e m p e r a t u r e . 43 3 . 8 P r o p a g a t i o n o f a m e l t w a t e r wave i n a t e m p e r a t e s n o w p a c k . 46 3 . 9 E x a m p l e o f d i r e c t e v e n t r u n o f f a n d i n d i r e c t e v e n t r u n o f f . 49 4 . 1 Meadow s i t e , l o o k i n g w e s t . 60 4 . 2 C a l c u l a t i o n o f d a i l y t o t a l s o f n e t r a d i a t i o n . 62 4 . 3 C o l l e c t i n g m e l t w a t e r f r o m p a n n e a r t h e g r o u n d s u r f a c e i n a b u c k e t . 64 4 . 4 P r e v e n t i o n o f m e l t b a c k o f t h e snow t r e n c h w a l l . 64 4 . 5 A r e a ! e x t e n t o f p r i m a r y a n d s e c o n d a r y s t r a t a o f o r i g i n a l s t r a t i f i c a t i o n f o r snow s t o r a g e , C e n t r a l C r e e k w a t e r s h e d . 66 5 . 1 Snow d e n s i t y p r o f i l e n e a r t h e Meadow s i t e , May 7 , 1 9 7 8 . 71 5 . 2 D e p l e t i o n o f snow s t o r a g e a t t h e Meadow s i t e . 72 5 . 3 G r o w t h o f s n o w f r e e a r e a s i n t h e meadow, C e n t r a l C r e e k w a t e r s h e d . 75 5 . 4 P r e f e r e n t i a l b r e a k - u p o f t h e s n o w c o v e r o v e r s a t u r a t e d a r e a s a l o n g c h a n n e l n e t w o r k . 76 5 . 5 F i n a l s t r a t i f i c a t i o n f o r snow s t o r a g e , C e n t r a l C r e e k w a t e r s h e d . 77 X F i g u r e 5 . 6 Mean snow d e n s i t i e s f o r d i f f e r e n t s t r a t a . 5 . 7 T e m p o r a l c h a n g e o f t h e w a t e r e q u i v a l e n t o f t h e s n o w p a c k i n d i f f e r e n t s t r a t a , C e n t r a l C r e e k w a t e r s h e d . 5 . 8 S h a d i n g o f meadow a n d l o w e r s e c t i o n o f s o u t h -f a c i n g s l o p e o f C e n t r a l C r e e k w a t e r s h e d d u r i n g w i n t e r s o l s t i c e ( n o o n ) by r i d g e t o s o u t h . 5 . 9 P e r e n n i a l snow and i c e s t o r a g e , M i l l e r C r e e k w a t e r s h e d . 5 . 1 0 R e l a t i o n s h i p b e t w e e n d a i l y n e t r a d i a t i o n t o t a l s a n d mean d a i l y s n o w m e l t t o t a l s a t t h e meadow s i t e , C e n t r a l C r e e k w a t e r s h e d . 5 . 1 1 R e l a t i o n s h i p b e t w e e n mean d a i l y a i r t e m p e r a t u r e a n d mean d a i l y s n o w m e l t t o t a l s a t t h e Meadow s i t e , C e n t r a l C r e e k w a t e r s h e d . 5 . 1 2 Mean d a i l y a i r t e m p e r a t u r e a n d d i u r n a l a i r t e m p e r a -t u r e r a n g e a t d i f f e r e n t l o c a t i o n s d u r i n g t h e s t u d y p e r i o d 1 9 7 8 , C e n t r a l C r e e k w a t e r s h e d . 5 . 1 3 D i u r n a l a i r t e m p e r a t u r e v a r i a t i o n s a t F o r e s t B o t t o m and R i d g e Top l o c a t i o n s , May 29 - J u n e 3 , 1 9 7 8 . 5 . 1 4 Mean d a i l y w a t e r v a p o u r p r e s s u r e a t d i f f e r e n t l o c a t i o n s d u r i n g t h e s t u d y p e r i o d 1 9 7 8 , C e n t r a l C r e e k w a t e r s h e d . 5 . 1 5 S n o w m e l t r a t e s a s a f u n c t i o n o f a i r t e m p e r a t u r e f o r d i f f e r e n t s t r a t a i n C e n t r a l C r e e k w a t e r s h e d . 5 . 1 6 D e v i a t i o n o f m e l t p a n c a t c h f r o m r e f e r e n c e a b l a t i o n . 5 . 1 7 T i m e l a g b e t w e e n n e t r a d i a t i o n p e a k a n d m e l t f l u x p e a k . f o r d i f f e r e n t snow d e p t h s . 5 . 1 8 R e c e s s i o n c o n s t a n t s o f t h e m e l t w a t e r r e l e a s e f r o m t h e s n o w p a c k f o r d i f f e r e n t snow d e p t h s . 5 . 1 9 S t r e a m f l o w o f C e n t r a l a n d M i l l e r C r e e k s , 1 9 7 8 . 5 . 2 0 T i m i n g o f p e a k s t r e a m f l o w f o r C e n t r a l a n d M i l l e r C r e e k s a n d t i m i n g o f m e l t wave p e a k a t t h e b a s e o f s n o w p a c k a t Meadow s i t e , 1 9 7 8 . 5 . 2 1 R e c e s s i o n s o f C e n t r a l C r e e k , 1 9 7 8 . x i F i g u r e P a g e 5 . 2 2 S e l e c t e d r e c e s s i o n s o f M i l l e r C r e e k , 1 9 7 8 . 104 5 . 2 3 R e l a t i o n s h i p b e t w e e n r e c e s s i o n c o n s t a n t s and d i s -c h a r g e , C e n t r a l C r e e k . 105 5 . 2 4 R e l a t i o n s h i p b e t w e e n s e l e c t e d r e c e s s i o n c o n s t a n t s and d i s c h a r g e , M i l l e r C r e e k . 106 L I S T OF TABLES T a b l e 1 .1 T e m p o r a l s c a l e s f o r a t m o s p h e r e a n d h y d r o s p h e r e a t d i f f e r e n t s p a t i a l s c a l e s . 3 . 1 D e l a y o f t h e m e l t w a t e r f l u x p e a k s o v e r t h e s u r -f a c e m e l t p e a k a n d r e c e s s i o n c o n s t a n t s a t d i f -f e r e n t d e p t h . 3 . 2 R e c e s s i o n c o n s t a n t s o f s e l e c t e d w a t e r s h e d s . 4 . 1 S a m p l i n g d e s i g n f o r t h e Meadow s i t e . 4 . 2 S a m p l i n g d e s i g n f o r C e n t r a l C r e e k w a t e r s h e d . 5 . 1 Summary o f a n a l y s e s o f v a r i a n c e f o r d i f f e r e n t s e c o n d a r y s t r a t i f i c a t i o n s . 5 . 2 M a g n i t u d e a n d f r e q u e n c y o f o v e r n i g h t f r o s t a t s c r e e n l e v e l a t d i f f e r e n t s i t e s May 12 - J u n e 2 6 , 1 9 7 8 . 5 . 3 C o m p a r i s o n o f r e c e s s i o n c o n s t a n t s . x i i i L I S T OF FIGURES AND TABLES OF APPENDIX F i g u r e o r T a b l e P a g e A . l E x c e e d a n c e p r o b a b i l i t i e s o f w a t e r e q u i v a l e n t s o f s n o w c o v e r a t T e n q u i l l e L a k e , B . C . ( 1 9 5 3 - 1 9 7 9 , mean o f 2 4 y e a r s ) . 120 B. l N o r m a l a n d 1978 mean m o n t h l y a i r t e m p e r a t u r e s o f P e m b e r t o n , A l t a L a k e a n d S h a l a t h . 121 B . 2 N o r m a l a n d 1978 m o n t h l y p r e c i p i t a t i o n o f P e m b e r t o n a n d A l t a L a k e . 122 B . 3 W e a t h e r c o n d i t i o n s d u r i n g t h e s t u d y p e r i o d , Meadow s i t e , 1 9 7 8 . 123 B . 4 C y c l o n i c c o n d i t i o n s o v e r t h e W e s t C o a s t a r e a . 124 B . 5 A n t i c y c l o n i c c o n d i t i o n s o v e r t h e W e s t C o a s t a r e a . 124 B . 6 T r a n s i t i o n a l c o n d i t i o n s o v e r t h e W e s t C o a s t a r e a . 125 C . l I d e n t i f i c a t i o n o f s n o w c o u r s e l o c a t i o n s and d i f f e r -e n t s t r a t i f i c a t i o n s . 126 C . 2 M e a s u r e m e n t s i t e s , C e n t r a l C r e e k w a t e r s h e d . 127 D. l C a l i b r a t i o n e q u a t i o n s f o r t h e r m o h y g r o g r a p h s . 128 D . 2 C e n t r a l C r e e k r a t i n g c u r v e , 1 9 7 8 . 129 D . 3 M i l l e r C r e e k r a t i n g c u r v e , 1 9 7 8 . 129 D. 4 Summary o f c a l i b r a t i o n f u n c t i o n s f o r t h e m e l t p a n s . 130 E. l T o t a l p r e c i p i t a t i o n f o r t h e t i m e p e r i o d May 16 -J u n e 2 6 , 1 9 7 8 , a t d i f f e r e n t l o c a t i o n s . 131 E . 2 P l o t o f Meadow s i t e a i r t e m p e r a t u r e . 132 E . 3 P l o t o f F o r e s t B o t t o m a i r t e m p e r a t u r e . 132 E . 4 P l o t o f F o r e s t M i d d l e a i r t e m p e r a t u r e . 133 E . 5 P l o t o f F o r e s t Top a i r t e m p e r a t u r e . 133 E . 6 P l o t o f R i d g e Top a i r t e m p e r a t u r e . 134 XI V F i g u r e o r T a b l e P a g e E . 7 P l o t o f S o l a r r a d i a t i o n (mean h o u r l y v a l u e s ) , Meadow s i t e . 134 E . 8 P l o t o f n e t r a d i a t i o n (mean h o u r l y v a l u e s ) , Meadow s i t e . 135 E . 9 P l o t o f m e l t f l u x ( c o r r e c t e d f o r b i a s , mean h o u r l y v a l u e s ) , Meadow s i t e . 135 E . 1 0 C o m p u t e r o u t p u t o f d a t a summary ( s e q u e n c e o f 6 t a b l e s ) . 1 3 6 - 1 4 2 XV ACKNOWLEDGEMENTS Two U . B . C . G r a d u a t e F e l l o w s h i p s and f u n d i n g f r o m t h e U . B . C . A r c t i c a n d A l p i n e C o m m i t t e e g a v e f i n a n c i a l s u p p o r t d u r i n g my s t u d i e s and a r e g r a t e f u l l y a c k n o w l e d g e d . S p e c i a l t h a n k s go t o my s u p e r v i s o r , P r o f e s s o r H. O l a v S l a y m a k e r , who u n c e a s i n g l y e n c o u r a g e d and s u p p o r t e d me i n a l l s t a g e s o f my w o r k . My s i n c e r e t h a n k s a l s o g o t o S t e v e T r e n d e f o r h i s a s s i s t a n c e i n t h e f i e l d , t o t h e M i l l e r C r e e k L i v e s t o c k A s s o c i a -t i o n f o r t h e u s e o f t h e i r c a b i n , and t o A l a n d M a r t y S t a e h l i o f P e m b e r t o n f o r t h e i r h o s p i t a l i t y . P r o f e s s o r M i c h a e l C h u r c h g a v e v a l u a b l e a c a d e m i c a d v i c e and l o a n e d i n s t r u m e n t s f o r t h e p r o j e c t , a s d i d P r o f e s s o r B r i a n S a g a r o f S i m o n F r a s e r U n i v e r s i t y and P r o f e s s o r J . R o s s M a c k a y o f U . B . C ; P r o f e s s o r T . A n d y B l a c k o f U . B . C . made h i s l a b o r a t o r y f a c i l i t i e s a v a i l a b l e f o r t h e c a l i b r a t i o n o f t h e r m o m e t e r s ; R i c h a r d L e s l i e b u i l t i n s t r u m e n t s a n d g a v e p r a c t i c a l h i n t s f o r t h e i r o p e r a t i o n ; D a v i d Thompson o f t h e H y d r o l o g y D i v i s i o n , B . C . M i n i s t r y o f E n v i r o n m e n t , p r o v i d e d snow s u r v e y e q u i p m e n t . I am a l s o i n d e b t e d t o my f e l l o w s t u d e n t s f o r t h e i r h e l p f u l c o o p e r a t i o n , e s p e c i a l l y P e t e r J o r d a n , P a t r i c k T e t i , A l i s o n B e l l , Danny H a r v e y a n d B r i a n G u y . P r o f e s s o r T i m o t h y R. Oke c r i t i c a l l y r e v i e w e d t h e m a n u s c r i p t , A l i n a H u n t e r a n d I r e n e H u l l t y p e d i t , and t h e i r h e l p i s g r e a t l y a p p r e c i a t e d . I w o u l d l i k e t o t h a n k a l l my f e l l o w h o u s e m a t e s , who p r o v i d e d a s u p p o r t i v e c o m m u n i t y f o r me d u r i n g my r e s e a r c h t i m e . x v i Y e s , n a t u r a l l y v a i n a r e a l l men who h a v e n o t known God and w h o , f r o m t h e g o o d t h i n g s t h a t a r e s e e n , h a v e n o t b e e n a b l e t o d i s c o v e r H i m - w h o - i s , o r , by s t u d y i n g t h e w o r k s , h a v e f a i l e d t o r e c o g n i s e t h e A r t i f i c e r . F i r e h o w e v e r , o r w i n d , o r t h e s w i f t a i r , t h e s p h e r e o f t h e s t a r s , i m p e t u o u s w a t e r , h e a v e n ' s l a m p s , a r e w h a t t h e y h a v e h e l d t o be t h e g o d s who g o v e r n t h e w o r l d . I f , c h a r m e d by t h e i r b e a u t y , t h e y h a v e t a k e n t h i n g s f o r g o d s , l e t them know how much t h e L o r d o f t h e s e e x c e l s t h e m , s i n c e t h e v e r y A u t h o r o f b e a u t y h a s c r e a t e d t h e m . A n d i f t h e y h a v e b e e n i m p r e s s e d by t h e i r p o w e r and e n e r g y , l e t t h e m d e d u c e f r o m t h e s e how much m i g h t i e r i s he t h a t h a s f o r m e d t h e m , s i n c e t h r o u g h t h e g r a n d e u r a n d b e a u t y o f t h e c r e a t u r e s we m a y , by a n a l o g y , c o n t e m p l a t e t h e i r A u t h o r . S m a l l b l a m e , h o w e v e r , a t t a c h e s t o t h e s e m e n , f o r p e r h a p s t h e y o n l y go a s t r a y i n t h e i r s e a r c h f o r God a n d t h e i r e a g e r n e s s t o f i n d h i m ; l i v i n g among h i s w o r k s , t h e y s t r i v e t o c o m p r e h e n d them a n d f a l l v i c t i m t o a p p e a r a n c e s , s e e i n g s o much b e a u t y . E v e n s o , t h e y a r e n o t t o be e x c u s e d : i f t h e y a r e c a p a b l e o f a c q u i r i n g e n o u g h k n o w l e d g e t o be a b l e t o i n v e s t i g a t e t h e w o r l d , how h a v e t h e y b e e n s o s l o w t o f i n d i t s M a s t e r ? T h e B o o k o f W i s d o m 1 3 : 1 - 9 J e r u s a l e m B i b l e . 1 CHAPTER I 1 . I N T R O D U C T I O N 1 . 1 . GENERAL TOPIC T h i s i n v e s t i g a t i o n c o n s i d e r s t h e i n f l u e n c e o f s p a t i a l s c a l e on t h e f a c t o r s c o n t r o l l i n g t h e r e l e a s e o f w a t e r f r o m snow a n d g l a c i e r s t o r -a g e . I t t r i e s t o show t h e c h a n g e i n r e l a t i v e s t a t u s o f f a c t o r s c o n t r o l -l i n g snow a n d g l a c i e r m e l t i n an a l p i n e / s u b a l p i n e e n v i r o n m e n t when p r o -c e e d i n g f r o m a s i n g l e s i t e t o a s m a l l - o r m e s o - s c a l e w a t e r s h e d ( a r e a c a . 2 3 km ) . The i m p o r t a n c e o f d i f f e r e n t i a t i n g t h e t h r u s t o f s c i e n t i f i c i n q u i r y a c c o r d i n g t o s p a t i a l s c a l e h a s b e e n e m p h a s i z e d by S l a y m a k e r ( 1 9 6 9 ) and M e i e r ( 1 9 7 0 ) , among o t h e r s . I n t h e f i e l d o f g e o m o r p h o l o g y , D o u g l a s ( 1 9 7 6 ) a n d C a i n e ( 1 9 7 9 ) s p e c i f i c a l l y e x a m i n e t h e i n f l u e n c e o f s p a t i a l s c a l e w i t h r e s p e c t t o e r o s i o n p r o c e s s e s . B a s e d on t h e d e f i n i t i o n o f C h o r l e y and K e n n e d y ( 1 9 7 1 ) , t h i s s t u d y d e a l s w i t h c a s c a d i n g s y s t e m s : t h e o u t p u t f r o m one s u b s y s t e m ( e n e r g y c a s c a d e ) f o r m s t h e i n p u t f o r t h e n e x t s u b s y s t e m ( h y d r o l o g i c a l c a s c a d e ) . F i g . 1 .1 o u t l i n e s t h e f l o w p a t h s o f e n e r g y a n d mass a s a p p l i e d t o snow and g l a c i e r m e l t e v e n t s and g i v e s t h e k e y f a c t o r s c o n t r o l l i n g t h e s e t h r o u g h p u t s . A p r i m a r y d i s t i n c t i o n c a n be made b e t w e e n t h e a t m o s p h e r e a n d h y d r o s p h e r e s u b s y s t e m s . P a t h s o f w a t e r as v a p o u r , l i q u i d o r s o l i d a b o v e t h e E a r t h ' s s u r f a c e a r e c o n s i d e r e d w i t h i n t h e a t m o s p h e r i c s u b s y s t e m , w h i l e t h e o c c u r r e n c e a n d p a t h s o f w a t e r ( p r i m a r i l y l i q u i d o r s o l i d ) on t h e E a r t h ' s s u r f a c e a n d u n d e r g r o u n d a r e c o n s i d e r e d w i t h i n t h e h y d r o l o g i c s u b s y s t e m . 2 f a c t o r s J e n e r g y a n d m a s s a v a i l a b i l i t y s n o w a n d / o r i c e s t o r a g e s t r e a m f l o w g e n e r a t i o n i n t e g r a t e d r e s p o n s e : s t r e a m f l o w a t m o s p h e r i c s u b s y s t e m F i g . 1 . 1 S y s t e m s d i a g r a m i n d i c a t i n g i n t e r r e l a t i o n s h i p o f a t m o s p h e r i c a n d h y d r o ! o g i c s u b s y s t e m s . 3 The o c c u r r e n c e o f snow a n d i c e s t o r a g e i s t h e p r i m a r y l i m i t i n g f a c t o r f o r m e l t e v e n t s . W h i l e g l a c i e r s t o r a g e c a n n o t be d e p l e t e d w i t h i n one m e l t s e a s o n a n d c o n s e q u e n t l y f o r m s an " u n l i m i t e d " s o u r c e o f l i q u i d w a t e r , t h e s e a s o n a l s n o w c o v e r i s d e p l e t e d t h r o u g h t h e m e l t s e a s o n a n d t h e r e f o r e c o n s t i t u t e s a t r a n s i t i o n a l , l i m i t e d s o u r c e o f w a t e r . P e r e n n i a l snow f i e l d s l i e s o m e w h e r e i n b e t w e e n t h e s e e x t r e m e s . The a r e a l e x t e n t o f snow a n d i c e s t o r a g e c i r c u m s c r i b e s t h a t p o r t i o n o f a b a s i n , o v e r w h i c h h y d r o l o g i c s y s t e m e x p e r i e n c e s a l i q u i d w a t e r i n p u t s t e m m i n g f r o m m e l t e v e n t s . As t h e m e l t i n g o f snow a n d i c e r e q u i r e s l a r g e a m o u n t s o f e n e r g y , t h e e n e r g y a v a i l a b l e f o r m e l t w i l l c o n t r o l t h e r e l e a s e o f m e l t w a t e r t o a l a r g e e x t e n t . E n e r g y c a n be t r a n s f e r r e d t o t h e s n o w p a c k o r i c e v i a r a d i a t i o n , c o n v e c t i o n , c o n d u c t i o n a n d p r e c i p i t a t i o n ( e . g . , warm r a i n ) . T h e r o u t i n g o f t h e m e l t w a t e r g e n e r a t e d a t t h e snow a n d i c e s u r f a c e t o a s t r e a m c h a n n e l i s d e s c r i b e d by t h e p r o c e s s e s o f s t r e a m f l o w g e n e r a t i o n . T h e y i n v o l v e t h e i n t e r a c t i o n o f t h e l i q u i d w a t e r w i t h t h e p e c u l i a r c o n d i t i o n s i n t h e s n o w p a c k , a t t h e g r o u n d s u r f a c e and u n d e r g r o u n d . On t h e b a s i s o f t h e h y d r a u l i c c o n d u c t i v i t y o f t h e u p p e r m o s t l a y e r o f t h e g r o u n d , we c a n d i s t i n g u i s h i m p e r m e a b l e s u r f a c e s ( e . g . , f r o z e n g r o u n d , w a t e r t a b l e a t o r s l i g h t l y b e l o w t h e s u r f a c e ) , m o d e r a t e l y p e r m e a b l e a n d h i g h l y p e r m e a b l e s u r f a c e s . The p r o c e s s e s o f s t r e a m f l o w g e n e r a t i o n a l s o t a k e i n t o a c c o u n t s t o r a g e m e c h a n i s m s a t t h e g r o u n d s u r f a c e ( e . g . , d e p r e s -s i o n s t o r a g e ) a n d u n d e r g r o u n d ( s o i l m o i s t u r e a n d g r o u n d w a t e r s t o r a g e ) . T h e i n t e g r a t e d r e s p o n s e t o m e l t a n d r a i n e v e n t s a t t h e o u t l e t o f a b a s i n c o n s i d e r e d i s d e s c r i b e d by t h e s t r e a m f l o w o f t h e r i v e r d r a i n i n g i t . D e p e n d i n g on t h e s i z e o f t h e b a s i n , c h a n n e l a n d l a k e s t o r a g e may m o d i f y s t r e a m f l o w . 4 1 . 2 . DIFFERENTIATION ACCORDING TO S P A T I A L SCALE B e c a u s e t h i s s t u d y a t t e m p t s t o e x a m i n e t h e i n t e r a c t i o n b e t w e e n a t m o s p h e r i c a n d h y d r o l o g i c s y s t e m s , a n a t t e m p t i s made t o i d e n t i f y a number o f c o n v e n i e n t s p a t i a l s c a l e s , e v e n t h o u g h i t i s u n d e r s t o o d t h a t a l l a t m o s p h e r i c a n d h y d r o l o g i c phenomena f o r m p a r t o f a c o n t i n u u m . S u c h a c l a s s i f i c a t i o n c a n be e x p e c t e d t o i n d i c a t e s i g n i f i c a n t d i f f e r e n c e s i n s y s t e m i n t e r n a l h o m o g e n e i t y , s y s t e m r e s p o n s e t i m e s , ways i n w h i c h s y s t e m s f u n c t i o n a n d a p p r o p r i a t e m e t h o d s o f a n a l y s i s o f s u c h s y s t e m s . C h o r l e y a n d H a g g e t t ( 1 9 6 5 ) h a v e p r o v i d e d a c l a s s i f i c a t i o n o f g e o g r a p h i c s y s t e m s and d r e w a t t e n t i o n t o t h e s c a l e l i n k a g e p r o b l e m . S l a y m a k e r ( 1 9 6 9 ) i d e n t i f i e d u s e f u l s c a l e s o f h y d r o l o g i c s y s t e m s b a s i n g h i s t y p o l o g y on ( i ) s y s t e m i n t e r n a l h o m o g e n i t y , ( i i ) a p p r o p r i a t e m e t h o d s o f a n a l y s i s , ( i i i ) r o l e o f f i e l d w o r k , a n d ( i v ) a r e v i e w o f h y d r o l o g i c l i t e r a t u r e i n d i c a t i n g m o s t f a v o u r e d s c a l e s o f i n v e s t i g a t i o n . Oke ( 1 9 7 8 ) h a s e m p h a s i z e d t h e a r b i t r a r i n e s s o f s u c h s p a t i a l s c a l e c l a s s i f i c a t i o n i n t h e p r e s e n t s t a t e o f u n d e r s t a n d i n g , b u t he u s e d a r e a s o n a b l e c o n s e n s u s . o f t h e l i t e r a t u r e t o g e n e r a t e c h a r a c t e r i s t i c s p a c e s c a l e s f o r a t m o s p h e r i c p h e n o m e n a . He p r o c e e d s t o l o c a t e h i s a t m o s p h e r i c s y s t e m s w i t h i n a p p r o x i m a t e s c a l e l i m i t s . F o r t h e p r e s e n t s t u d y i t was f e l t t h a t a c o m b i n a t i o n o f t h e two s c a l e c l a s s i f i c a t i o n s p r o p o s e d by S l a y m a k e r and Oke w o u l d h a v e t h e a d v a n t a g e o f r e f l e c t i n g a summary o f p r e f e r r e d s c a l e s o f w o r k i n t h e h y d r o l o g i c a n d a t m o s p h e r i c l i t e r a t u r e ( s e e F i g . 1 . 2 ) . The t h e s i s w i l l be a t e s t o f t h e v a l u e o f s u c h a c l a s s i f i c a t i o n . T h e t e m p o r a l r e s o l u t i o n o f snow a n d g l a c i e r m e l t e v e n t s c h a n g e s s u b s t a n t i a l l y b e t w e e n d i f f e r e n t s p a t i a l s c a l e s . Oke ( 1 9 7 8 ) has i d e n t i f i e d t h e t e m p o r a l r e s o l u t i o n o f a t m o s p h e r i c p h e n o m e n a , and T a b l e 1 .1 g i v e s an 5 characteristic horizontal distance m 1 0 ' 1 0 7 + 1 0 ' atmospheric system Oke (1978 ) 10 ,-2 circumference of the earth W coast - E coast o 2 1 0 3 f 100 km 1 0 4 " 1 0 3 4 -1 0 2 + o to LU 2 1 km - r -P 1 0 1 -1-1- I'm o or 1 cm proposed earth-atmosphere system GLOBAL T — i < 2 •1 o 2 _L T o or o < "1 1 o or examples • Amazon Fraser River above Hope Lillooet R. • above Pemberton • Miller Creek • Central Creek , Jordan (1978) (Dunne, Price and Colbeck (1976) • Meadow site Wankiewicz (1976) characteristic area hydrologic system Slaymaker (1969) earth's surface o or ^ national large , 100 km1 o 10 UJ 2 small o or o site 1 0 U 1 Mio km2-(-1012 10 000 kmlf 1 0 1 0 1 0 8 1 0 6 1 ha + 10 4 1 0 * 1 1 km* 1 a 4-1 ml4-1 cm1 10 2 4-10' ,-2 G- scale Chorley • Haggett (1965 ) 10 ,-4 • — r 0 • 2 -• U 6 8 110 •12 • U •-16 • - 1 8 F i g . 1 . 2 C l a s s i f i c a t i o n o f s y s t e m s a c c o r d i n g t o s p a t i a l s c a l e . 6 o v e r v i e w o f t h e t i m e s c a l e s i n v o l v e d f o r b o t h t h e a t m o s p h e r i c and h y d r o l o g i c s u b s y s t e m s a t d i f f e r e n t s p a t i a l s c a l e s . 1 . 3 . STATUS OF THE FACTORS AT DIFFERENT SCALES I n t h i s s e c t i o n , t h e s t a t u s o f t h e f a c t o r s snow s t o r a g e , e n e r g y a v a i l a b i l i t y a n d s t r e a m f l o w g e n e r a t i o n a r e b r i e f l y d i s c u s s e d u s i n g t h e a r e a l u n i t s o f i n v e s t i g a t i o n p r e s e n t e d i n t h i s s t u d y ( m i c r o - , s m a l l - a n d m e s o - s c a l e s ) a s e x a m p l e s . F i g . 1 . 6 shows t h e l o c a t i o n o f t h e Meadow s i t e , a m i c r o - s c a l e d o m a i n , C e n t r a l C r e e k b a s i n a s an e x a m p l e o f t h e s m a l l - s c a l e d o m a i n , a n d M i l l e r C r e e k b a s i n a s an e x a m p l e o f t h e t r a n s i t i o n b e t w e e n s m a l l - a n d m e s o - s c a l e d o m a i n s . The r e s u l t s o f t h i s i n v e s t i g a t i o n w i l l i n d i c a t e w h i c h d o m a i n i s m o r e a p p r o p r i a t e i n c l a s s i -f y i n g M i l l e r C r e e k b a s i n . 1 . 3 . 1 . M i c r o - s c a l e : Meadow s i t e F i g . 1 . 3 g i v e s a s c h e m a t i c r e p r e s e n t a t i o n o f t h e Meadow s i t e . I t i s l o c a t e d i n t h e f l a t v a l l e y b o t t o m o f M i l l e r C r e e k w a t e r s h e d a t a b o u t 1 3 0 0 m . a . s . l . a n d i s an o p e n a r e a e x c e p t f o r a f e w i s o l a t e d t r e e s , s u r r o u n d e d by e x t e n s i v e s u b a l p i n e f o r e s t s and f l a n k e d by two s t e e p s l o p e s t o t h e s o u t h a n d n o r t h . A t t h e s i t e , s n o w s t o r a g e i s d e s c r i b e d b y snow d e p t h a n d s n o w p a c k c h a r a c t e r i s t i c s ( e . g . , snow d e n s i t y , i c e l e n s i n g a n d l a y e r i n g , t y p e o f snow c r y s t a l s , w a t e r h o l d i n g - c a p a c i t y , e t c . ) and m i c r o -t o p o g r a p h y . E n e r g y a v a i l a b i l i t y i s b e s t d e s c r i b e d i n t e r m s o f t h e m i c r o -c l i m a t e : i d e a l l y , s o u r c e s o f e n e r g y a r e d i s t i n g u i s h e d a c c o r d i n g t o t h e m e c h a n i s m s o f e n e r g y t r a n s f e r w i t h i n t h e e n e r g y b a l a n c e f r a m e w o r k ( r e f e r t o F i g . 1 . 1 ; i n d i v i d u a l c o m p o n e n t s a r e e x p l a i n e d i n C h . I I I ) . I n a h e t e r o g e n e o u s l a n d s c a p e s u c h a s t h e M i l l e r C r e e k b a s i n , c l o s e a t t e n t i o n t o s m a l l - s c a l e a d v e c t i o n w i l l be n e c e s s a r y . 7 T a b l e 1 .1 T e m p o r a l s c a l e s f o r a t m o s p h e r e a n d h y d r o s p h e r e a t d i f f e r e n t s p a t i a l s c a l e s ( d e f i n i t i o n s o f d i r e c t a n d i n d i r e c t e v e n t r u n o f f s e e c h a p t e r 3). t e m p o r a l s c a l e s p a t i a l s c a l e a t m o s p h e r e h y d r o s p h e r e m i n - h o u r s f o r p e r c o l a t i o n i n s n o w p a c k m i c r o s e c - d a y a n d d i r e c t e v e n t r u n o f f h o u r s - d a y s f o r i n d i r e c t e v e n t r u n o f f h o u r s f o r d i r e c t e v e n t r u n o f f s m a l l h o u r s - d a y s d a y s f o r i n d i r e c t e v e n t r u n o f f m o n t h s t o y e a r s f o r g r o u n d w a t e r f l o w i n t e r m e d i a t e d a y - week d a y s - w e e k s f o r s u r f a c e w a t e r s m o n t h s t o d e c a d e s f o r s u b s u r f a c e w a t e r s l a r g e d a y s - month w e e k s - m o n t h s f o r s u r f a c e w a t e r s y e a r s - c e n t u r i e s f o r s u b s u r f a c e w a t e r s g l o b a l m o n t h - y e a r m o n t h s - y e a r s f o r s u r f a c e w a t e r s y e a r s - m i l l e n i a f o r s u b s u r f a c e w a t e r s 8 The a p p e a r a n c e o f m e l t w a t e r a t t h e b a s e o f t h e s n o w p a c k w i l l l a r g e l y d e p e n d on t h e n a t u r e o f t h e g e n e r a t i n g e v e n t a t t h e snow s u r f a c e a s w e l l a s t h e mode o f m e l t w a t e r p e r c o l a t i o n i n t h e s n o w p a c k , w h i c h i n t u r n w i l l l a r g e l y be a f u n c t i o n o f s n o w p a c k c h a r a c t e r i s t i c s . h e i g h t a b o v e g r o u n d s u r f a c e i n m 5 0 - , t u r b u l e n t s u r f a c e l a y e r meltwater percolation F i g . 1 . 3 S c h e m a t i c r e p r e s e n t a t i o n o f t h e Meadow s i t e : a m i c r o -s c a l e d o m a i n ( c r o s s - s e c t i o n a t p o i n t A i n F i g . 1 . 6 ) . 1 . 3 . 2 . S m a l l - s c a l e : C e n t r a l C r e e k w a t e r s h e d C e n t r a l C r e e k w a t e r s h e d h a s an a r e a o f a p p r o x i m a t e l y 3 km a n d a v e r t i c a l r e l i e f o f 700 m. I t c o n s i s t s o f a s t e e p s o u t h - f a c i n g s l o p e a n d t h e n o r t h e r n h a l f o f t h e f l a t v a l l e y b o t t o m m e n t i o n e d a b o v e . Due t o t h e s t r o n g r e l i e f a n d c h a n g e s i n s l o p e , t h e f a c t o r s c o n t r o l l i n g t h e r e l e a s e o f w a t e r f r o m snow s t o r a g e w i l l v a r y g r e a t l y o v e r t h e b a s i n ( s e e F i g . 1 . 4 ) . 9 F i g . 1 . 4 S c h e m a t i c r e p r e s e n t a t i o n o f C e n t r a l C r e e k w a t e r s h e d : a s m a l l - s c a l e d o m a i n ( c r o s s - s e c t i o n B i n F i g . 1 . 6 ) . I n r e s p e c t t o t h e s p a t i a l v a r i a b i l i t y o f snow s t o r a g e , a s i g n i f i c a n t s t r a t i f i c a t i o n i s p r i m a r i l y e x p e c t e d on t h e b a s i s o f e l e v a -t i o n s h o w i n g a m a r k e d i n c r e a s e w i t h h e i g h t . S e c o n d a r i l y , snow d e p t h and i t s v a r i a b i l i t y w i l l g r e a t l y d i f f e r w i t h c h a n g i n g v e g e t a t i o n c o v e r . E n e r g y a v a i l a b i l i t y c a n be d e s c r i b e d by t h e t o p o g r a p h i c a l l y -c o n t r o l l e d a s p e c t s o f t h e c l i m a t e . A b a s i c d i s t i n c t i o n o f t o p o c l i m a t i c u n i t s i n c l u d e s t h e f l a t v a l l e y b o t t o m a n d t h e s o u t h - f a c i n g s l o p e . T h e y w i l l show d i s t i n c t l y d i f f e r e n t t e m p e r a t u r e and w i n d r e g i m e s . W i t h i n t h e s e c l i m a t i c u n i t s , t h e f o r e s t e c o s y s t e m w i l l i n t r o d u c e a f u r t h e r v a r i a b i l i t y d u e t o r a d i a t i o n a b s o r p t i o n , r e - e m i s s i o n a n d s h i e l d i n g by t r e e s . 10 The w a t e r s h e d i s c o m p o s e d o f a r e a s w i t h d i f f e r e n t h y d r o l o g i c b e h a v i o u r : one c a n d i s t i n g u i s h b e t w e e n a r e a s t h a t t r a n s m i t m e l t w a t e r a n d r a i n i n p u t s t o t h e c h a n n e l n e t w o r k d i r e c t l y a n d w i t h o u t m a j o r d e l a y s , f r o m a r e a s t h a t do r e s p o n d s i g n i f i c a n t l y , y e t w h e r e s t o r a g e m e c h a n i s m s d o m i n a t e t h e r e l e a s e o f t h e m e l t and r a i n w a t e r . P a r t s o f t h e b a s i n t h a t s e r v e p r i m a r i l y as r e c h a r g e a r e a s f o r g r o u n d w a t e r show a n o t i c e a b l e r e s p o n s e t o m e l t w a t e r i n p u t s o n l y a f t e r a p r o l o n g e d t i m e p e r i o d o f t h e o r d e r o f m o n t h s . The s t r e a m f l o w o f C e n t r a l C r e e k , a f o u r t h o r d e r s t r e a m ( S t r a h l e r , 1 9 6 4 ) i d e n t i f i e d f r o m a i r p h o t o s a n d f i e l d c h e c k e d ( F i g . 2 . 1 0 ) , w i l l be t h e e n s e m b l e o f t h e c o n t r i b u t i o n s f r o m a l l t h e d i f f e r e n t r e g i o n s . 1 . 3 . 3 . T r a n s i t i o n b e t w e e n s m a l l - a n d m e s o - s c a l e : M i l l e r C r e e k w a t e r s h e d M i l l e r C r e e k w a t e r s h e d h a s an a r e a o f a p p r o x i m a t e l y 2 3 km and a v e r t i c a l r e l i e f o f 1200 m, and i t s t o p o g r a p h y i s e x t r e m e l y c o m p l e x . E x t e n s i v e g l a c i e r a n d p e r e n n i a l s n o w f i e l d s c o n s t i t u t e an u n l i m i t e d s o u r c e o f m e l t w a t e r t h r o u g h t h e summer s e a s o n . E n e r g y a v a i l -a b i l i t y v a r i e s l a r g e l y on t h e b a s i s o f a s p e c t , a n d t h r e e m a j o r e n e r g y a v a i l a b i l i t y r e g i o n s c a n be d i s t i n g u i s h e d : s o u t h - f a c i n g o r a d r e t s l o p e s , n o r t h - f a c i n g o r u b a c s l o p e s , a n d t h e f l a t v a l l e y b o t t o m ( s e e F i g . 1 . 6 ) . E a c h s l o p e u n i t h a s i t s c h a r a c t e r i s t i c v e r t i c a l z o n a t i o n i n t e r m s o f e n e r g y a v a i l a b i l i t y . S t r e a m f l o w o f M i l l e r C r e e k , a s i x t h o r d e r s t r e a m e s t i m a t e d f r o m m o r p h o m e t r i c r e l a t i o n s h i p s e s t a b l i s h e d i n C e n t r a l C r e e k b a s i n ( s e e p a r a g r a p h 1 . 3 . 2 . ) w i l l show e f f e c t s o f l a k e a n d c h a n n e l s t o r a g e and w i l l r e m a i n h i g h t h r o u g h t h e summer u n d e r f a v o u r a b l e m e l t c o n d i t i o n s . 11 elevation above sealevel in m l a r g e - s c a l e a d v e c t i o n 2 5 0 0 2 0 0 0 1 5 0 0 1 3 0 0 f r e e a t m o s p h e r e ^ t u r b u l e n t s u r f a c e 1000 -j-0 W s n o w s t o r a g e l a k e s t o r a g e l a y e r g r o u n d w a t e r f l o w p l a n e t a r y b o u n d a r y l u y e r t r e e l i n e - -1900 m a d ret s l o p e s --1600 m u b a c s l o p e s } 50 m f o r e s t e c o s y s t e m —r 8 km E F i g . 1 . 5 S c h e m a t i c r e p r e s e n t a t i o n o f t h e M i l l e r C r e e k w a t e r s h e d : a s m a l l - o r m e s o - s c a l e d o m a i n ( c r o s s - s e c t i o n C i n F i g . 1 . 6 ) . 12 F i g . 1 . 6 M a j o r c l i m a t i c u n i t s , M i l l e r C r e e k w a t e r s h e d . 13 CHAPTER I I 2 . S T U D Y A R E A 2 . 1 . PHYSICAL GEOGRAPHY OF THE COAST MOUNTAINS OF B R I T I S H COLUMBIA The s t u d y a r e a , M i l l e r C r e e k w a t e r s h e d , i s p a r t o f t h e L i l l o o e t R i v e r b a s i n , s i t u a t e d i n t h e s o u t h e r n p a r t o f t h e C o a s t M o u n t a i n s w i t h p e a k s r a n g i n g up t o 3 4 0 0 m a . s . l . T h e y a c t as a b a r r i e r t o P a c i f i c and A r c t i c m a r i t i m e a i r m a s s e s , and c o n s e q u e n t l y r e c e i v e h e a v y p r e c i p i t a t i o n . The p r e c i p i t a t i o n g r a d i e n t f r o m s o u t h - w e s t t o n o r t h - e a s t i s w e l l shown i n F i g s . 2 . 1 a n d 2 . 2 , and t h i s g r a d i e n t i s a l s o r e f l e c t e d i n t h e d e g r e e o f g l a c i a t i o n o f t h e C o a s t M o u n t a i n s ( s e e F i g . 2 . 3 ) . F o r t h e y e a r s 1964 t o 1 9 7 4 , S e n t i n e l G l a c i e r , s i t u a t e d on t h e w i n d w a r d s i d e o f t h e C o a s t M o u n t a i n s , h a d a mean e q u i l i b r i u m l i n e e l e v a -t i o n o f 1850 m a . s . l . , w h e r e a s t h a t o f P l a c e G l a c i e r , s i t u a t e d o n l y 70 km n o r t h - e a s t o f S e n t i n e l G l a c i e r , l i e s s l i g h t l y b e l o w 2 1 0 0 m. The s t r e a m f l o w o f t h e r i v e r s i n t h e C o a s t M o u n t a i n s i s d o m i n -a t e d by snow a n d g l a c i e r m e l t p r o c e s s e s . P r e c i p i t a t i o n f a l l s m a i n l y i n t h e w i n t e r m o n t h s a s s n o w , a n d t h e r e f o r e d o e s n o t i m m e d i a t e l y c o n t r i b u t e t o r u n o f f . As an e x a m p l e , t h e mean a n n u a l h y d r o g r a p h s o f L i l l o o e t , G r e e n and B i r k e n h e a d R i v e r s a r e shown i n F i g . 2 . 4 . A f i r s t p e a k o c c u r s i n m i d - J u n e a s t h e r e s u l t o f maximum s n o w m e l t , a s e c o n d o n e a t t h e end o f J u l y a s t h e r e s u l t o f maximum g l a c i e r m e l t . I n O c t o b e r , h e a v y r a i n f a l l s c o n t r i b u t e t o a m i n o r p e a k . By N o v e m b e r , i n c r e a s i n g a m o u n t s o f p r e c i p i -t a t i o n i n t h e f o r m o f snow d i r e c t l y l e a d t o s t o r a g e , n o t r u n o f f . I m p o r -t a n t r a i n - o n r s n o w e v e n t s i n O c t o b e r and N o v e m b e r , w i t h a r e c u r r e n c e i n t e r v a l o f more t h a n 10 y e a r s , do n o t a p p e a r on t h i s g r a p h b u t s h o u l d n o t be i g n o r e d ( S l a y m a k e r , p e r s . c o m m . ) . 14 12«°W 0 l _ i LR Liltooct River FR Fraser River V Vancouver H Hop* A Ashcroft 100 km MC Miller Creek AL Alta Lake PM Pemberton Meadows TL Tenquille Lake S Shalath 121°W 1248W 51°N A9»N annual precipitation in mm based on ARDA, Government of Canada (1956) 121°W mean water equivalent of April 1st snowpack in mm based on ARDA, Government of Canada (1966) F i g , 2 . 1 A n n u a l p r e c i p i t a t i o n , s o u t h e r n p a r t o f C o a s t M o u n t a i n s . F i g . 2 . 2 Mean w a t e r e q u i v a l e n t o f A p r i l 1 s n o w p a c k , s o u t h e r n p a r t o f C o a s t M o u n t a i n s . 16 F i g . 2 . 3 ( s e e p r e v i o u s p a g e ) S e c t i o n o f g l a c i e r map o f S o u t h e r n B r i t i s h C o l u m b i a a n d A l b e r t a ( F a l c o n e r , H e n o c h and 0 s t r e m , 1 9 6 5 ) . • M e t e o r o l o g i c a l S t a t i o n s : 6 4 A l t a L a k e 171 P e m b e r t o n Meadows Snow C o u r s e s 194 S h a l a t h 104 T e n q u i l l e L a k e discharge in m 3s" 400 - r — 1 T ' 1- 1 I 1 1 r- r - 1 — -J F M A M J J A S O N D month F i g . 2 . 4 Mean d a i l y d i s c h a r g e s f o r L i l l o o e t , G r e e n a n d B i r k e n h e a d R i v e r s ( S l a y m a k e r and G i l b e r t , 1 9 7 2 ) . 17 2 . 2 . MILLER CREEK WATERSHED M i l l e r C r e e k i s a r i g h t bank t r i b u t a r y o f t h e L i l l o o e t R i v e r ( s e e F i g . 2 . 3 ) . The h e a d w a t e r w a t e r s h e d o f t h e n o r t h e r n f o r k o f M i l l e r C r e e k o u t l i n e d i n F i g . 2 . 6 h a s b e e n s t u d i e d by f a c u l t y members a n d g r a d u a t e s t u d e n t s o f t h e G e o g r a p h y D e p a r t m e n t a t t h e U n i v e r s i t y o f B r i t i s h C o l u m b i a s i n c e 1 9 7 1 . Woo and S l a y m a k e r ( 1 9 7 5 ) e x a m i n e d s t r e a m f l o w r e s p o n s e a s a f u n c t i o n o f v a r i a b l e s n o w p a c k t h i c k n e s s a n d e x t e n t , a n d t h e i r a n a l y s i s f o r m s t h e s t a r t i n g p o i n t o f t h e s t u d y p r e s e n t e d h e r e . Zeman a n d S l a y m a k e r ( 1 9 7 5 ) d i s t i n g u i s h e d r u n o f f s o u r c e s o n t h e b a s i s o f t h e c h a r a c t e r i s t i c i o n i c c o n c e n t r a t i o n s o f snow a n d g l a c i e r m e l t - w a t e r s . T e t i ( 1 9 7 9 ) h a s e x t e n d e d t h i s i n v e s t i g a t i o n i n t o t h e d y n a m i c n a t u r e o f r u n o f f - and s o l u t e - s o u r c e s . 2 2 The a r e a o f M i l l e r C r e e k w a t e r s h e d i s 2 3 . 0 km ± 0 . 5 km ; t h i s f i g u r e i s b a s e d on t h e two t o p o g r a p h i c maps 1 : 5 0 , 0 0 0 P e m b e r t o n 92 J / 7 a n d R y a n R i v e r 92 J / 6 o f t h e n a t i o n a l t o p o g r a p h i c s y s t e m . The e r r o r t e r m ( a b o u t 2%) m a i n l y r e s u l t s f r o m t h e u n c e r t a i n w a t e r s h e d b o u n d a r y i n t h e a c c u m u l a t i o n a r e a o f M i l l e r C r e e k G l a c i e r . A map o f 1 : 2 5 , 0 0 0 w i t h m e t r i c c o n t o u r s was c o m p i l e d f o r M i l l e r C r e e k w a t e r s h e d . A r e d u c e d v e r s i o n o f t h i s map i s g i v e n i n F i g . 2 . 5 a l o n g w i t h p r o p o s e d g e o g r a p h i c a l n a m e s . The a v e r a g e e l e v a t i o n o f t h e b a s i n i s a p p r o x i m a t e l y 1 8 0 0 m a . s . l . a n d r a n g e s f r o m 1300 m a t t h e M i l l e r C r e e k g a u g i n g s t a t i o n i n t h e e a s t t o s l i g h t l y a b o v e 2 5 0 0 m a t R h o d o d e n d r o n P e a k i n t h e s o u t h w e s t . The m a i n v a l l e y i s b a s i c a l l y o r i e n t e d f r o m w e s t t o e a s t . The g e o l o g i c a l m a t e r i a l p r e d o m i n a n t l y c o n s i s t s o f q u a r t z d i o r i t e a n d l o c a l l y - d e r i v e d g l a c i a l d e p o s i t s . The n o r t h - e a s t e r n s e c t i o n o f t h e w a t e r s h e d ( s e e F i g . 2 . 5 ) , h o w e v e r , h a s a m o r e c o m p l e x l i t h o l o g y , F i g . 2 . 5 Map o f M i l l e r C r e e k w a t e r s h e d . 19 d e s c r i b e d by W o o d s w o r t h (.1977) a s t h e G a m b l e r G r o u p , i n c l u d i n g a v a r i e t y o f m e t a m o r p h i c r o c k s . T h e v a l l e y f l o o r c o n s i s t s o f a f l a t s u b a l p i n e meadow u n d e r l a i n by g l a c i o l a c u s t r i n e s i l t s a n d c l a y s . P o o r l y d r a i n e d p a r t s o f t h e meadow a r e p a r t l y c o v e r e d by w i l l o w s h r u b s ; w e l l - d r a i n e d a r e a s o f t h e v a l l e y a r e c o v e r e d by s u b a l p i n e f o r e s t c o m p o s e d o f M o u n t a i n H e m l o c k , A l p i n e F i r a n d A m a b i l i s F i r . T o w a r d t h e h e a d s o f t h e two v a l l e y s , M i l l e r G l a c i e r a n d M a c L e a n G l a c i e r h a v e d e p o s i t e d r e m a r k a b l e l a t e r a l a n d t e r m i n a l m o r a i n e s , w h i c h h a v e b e e n p a r t l y i n v a d e d by s h r u b s ( m a i n l y w i l l o w s ) s i n c e t h e a c c e l e r a t e d r e c e s s i o n o f t h e f i r s t h a l f o f t h i s c e n t u r y . The l o w e r p a r t s o f t h e s t e e p v a l l e y s i d e s a r e p r e d o m i n a n t l y c o v e r e d b y s u b a l p i n e f o r e s t s s i m i l a r i n c o m p o s i t i o n t o t h a t o f t h e v a l l e y f o r e s t , a n d w i t h d w a r f j u n i p e r t o w a r d s h i g h e r e l e v a t i o n e x t e n d i n g up t o 1900 m on s o u t h - f a c i n g s l o p e s , a n d up t o 1600 m on n o r t h - f a c i n g s l o p e s ( s e e F i g . 2 . 6 ) . A r e a s w i t h s h r u b s w i t h i n t h e f o r e s t i n d i c a t e a v a l a n c h e t r a c k s a n d / o r w e t s o i l c o n d i t i o n s a s t h e r e s u l t o f i n c r e a s e d o c c u r r e n c e o f s p r i n g s f e e d i n g f i r s t o r d e r s t r e a m s . The t h i n s o i l m a n t l e i s i n p l a c e s i n t e r r u p t e d by s h e e t t a l u s s l o p e s e g m e n t s . The more r u g g e d n o r t h - f a c i n g s l o p e s a r e b a r r e n a b o v e t h e t r e e l i m i t , w h e r e a s t h e s o u t h -f a c i n g s l o p e s o f t h e n o r t h e r n h a l f o f t h e b a s i n h a v e a l p i n e meadows w i t h p a t c h e s o f s h r u b s ( m a i n l y d w a r f j u n i p e r ) e x t e n d i n g up t o 2100 m a . s . l . The g l a c i e r i z e d a r e a a s o u t l i n e d on t h e maps 92 J / 6 and 92 J / 7 i s a p p r o x i m a t e l y 3 . 5 5 km ( s e e F i g . 2 . 5 ) ; t h i s o u t l i n e , h o w e v e r , i s b a s e d on a e r i a l p h o t o g r a p h y d a t i n g b a c k t o b e f o r e 1 9 5 9 . continuous forest cover based on aerial photographs (1976); for area of Central Creek watershed planimetric control achieved by Kail Radial Planimetric Plotter (generalized from Fig. 4.5) contours In m a.s . l . Interval = 50 m F i g . 2 . 6 A r e a o f c o n t i n u o u s f o r e s t c o v e r i n M i l l e r C r e e k w a t e r s h e d . 22 2 . 3 . CENTRAL CREEK WATERSHED C e n t r a l C r e e k , a l e f t b a n k t r i b u t a r y o f M i l l e r C r e e k , d r a i n s t h e s o u t h - f a c i n g s l o p e i n t h e n o r t h - e a s t e r n p a r t o f M i l l e r C r e e k w a t e r s h e d and a l a r g e p o r t i o n o f t h e f l a t s u b a l p i n e meadow ( s e e F i g s . 2 . 9 , 2 . 1 0 and 2 . 1 1 ) . 2 2 C e n t r a l C r e e k w a t e r s h e d h a s a n a r e a o f 3 . 3 0 km : ± 0 . 2 5 km b a s e d o n t h e m e t r i c map o f 1 : 2 5 , 0 0 0 m e n t i o n e d p r e v i o u s l y . The r e l a t i v e l y l a r g e e r r o r t e r m o f a b o u t 8% i s due t o t h e u n c e r t a i n t y i n t h e l o c a t i o n o f t h e w e s t e r n b o u n d a r y . Woo and S l a y m a k e r ( 1 9 7 5 ) h a v e r e p o r t e d t h e w e s t e r n b o u n d a r y t o l i e a t t h e p o s i t i o n i n d i c a t e d i n F i g . 2 . 9 . D e t a i l e d f i e l d r e c o n n a i s s a n c e , h o w e v e r , showed a d e f i n i t e e x t e n s i o n o f F a l s e C r e e k b a c k t o t h e a l l u v i a l f a n some 2 km w e s t o f t h e e a s t e r n b o u n d a r y o f M i l l e r C r e e k w a t e r s h e d a n d t h e b o u n d a r y u s e d h e r e i s s o p l o t t e d i n F i g . 2 . 9 . T h i s may s u g g e s t ( i ) a c a s e o f s t r e a m p i r a c y , ( i i ) a v a r i a t i o n o f e f f e c t i v e w a t e r s h e d b o u n d a r i e s as a f u n c t i o n o f w a t e r s h e d m o i s t u r e s t a t u s , o r ( i i i ) i n a d e q u a t e f i e l d c h e c k b y Woo a n d S l a y m a k e r . The s e c o n d i s t h e m o s t l i k e l y e x p l a n a t i o n , a s t h i s e x t e n s i o n o f F a l s e C r e e k may n o t c o l l e c t a l l t h e w a t e r o f t h e w e s t e r n p a r t o f t h e b a s i n , b u t a s u b s t a n t i a l amount o f s u b s u r f a c e w a t e r may d r a i n d i r e c t l y i n t o M i l l e r C r e e k . I t i s s t r e s s e d h e r e t h a t w a t e r s h e d b o u n d a r i e s c a n n o t be g i v e n w i t h a h i g h d e g r e e o f a c c u r a c y e s s e n t i a l f o r e x p l i c i t w a t e r - b a l a n c e s t u d i e s . The a v a i l a b l e r e l i e f o f C e n t r a l C r e e k w a t e r s h e d i s a b o u t 700 m ( 1 3 0 0 m t o 2 0 0 0 m ) . The v a l l e y f l o o r ( s e e F i g s . 2 . 1 1 a n d 2 . 1 2 ) , s l o p i n g l e s s t h a n 5 ° i s c o m p o s e d o f d r y g r a v e l l y t e r r a c e s , c l a y e y b u t d r y l o w l a n d s ( a f t e r a d r y s p e l l o f more t h a n o n e w e e k ) and swampy a r e a s w i t h s t a n d i n g w a t e r . A l o n g t h e n o r t h e r n r i m o f t h e v a l l e y b o t t o m , t h e s e swampy a r e a s c a n be c l a s s i f i e d as s l o p i n g f e n s ( n o m e n c l a t u r e b a s e d on D o o g e , 1 9 7 5 ) . 23 determined by Woo and Slaymaker (1975) F i g . 2 . 9 Map C e n t r a l C r e e k w a t e r s h e d ( d e t e r m i n e d f r o m m e t r i c map 1 : 2 5 , 0 0 0 , s e e t e x t s e c t i o n 2 . 2 . ) F i g . 2 . 1 0 C e n t r a l C r e e k w a t e r s h e d JM, F i g . 2 . 1 1 S u b a l p i n e meadow o f C e n t r a l C r e e k w a t e r s h e d 25 S t e e p s o u t h - f a c i n g s l o p e s o f 2 5 - 3 5 ° e x t e n d b e t w e e n t h e v a l l e y f l o o r up t o 1700 m i n t h e e a s t e r n h a l f and 1850 m i n t h e w e s t e r n h a l f o f t h e b a s i n , l e a d i n g t o more g e n t l e a l p i n e s l o p e s o f 5 ° t o 2 5 ° a b o v e . F i g . 2 . 1 2 S u r f a c e t y p e s o f v a l l e y f l o o r , C e n t r a l C r e e k w a t e r s h e d . 26 CHAPTER I I I 3 . D E F I N I T I O N S A N D L I T E R A T U R E R E V I E W T h i s l i t e r a t u r e r e v i e w c o v e r s a w i d e v a r i e t y o f s u b j e c t s r e l a t e d t o t h e s n o w m e l t h y d r o l o g y o f m o u n t a i n o u s w a t e r s h e d s . I t t r i e s t o s e t t h e s c e n e f o r t h e m a i n theme o f t h i s i n v e s t i g a t i o n a i m e d a t t h e s c a l e d e p e n d e n c e o f h y d r o l o g i c e v e n t s a s s o c i a t e d w i t h snow a n d i c e m e l t . F i r s t l y , t h i s r e v i e w f o c u s e s on t h e t o p i c o f snow s t o r a g e , i t s n a t u r e a n d s p a t i a l d i s t r i b u t i o n . S e c o n d l y , i t t r e a t s t h e p r o b l e m o f e n e r g y a v a i l a b i l i t y a t o n e p a r t i c u l a r s i t e and o v e r two s m a l l - s c a l e m o u n t a i n o u s w a t e r s h e d s . T h i r d l y , i t c o v e r s t h e m a i n p r o c e s s e s c o n t r o l -l i n g t h e r e l e a s e o f m e l t w a t e r : w a t e r p e r c o l a t i o n i n t h e s n o w p a c k a t t h e s i t e - s c a l e a n d s t r e a m f l o w g e n e r a t i o n a t t h e w a t e r s h e d s c a l e . 3 . 1 . SNOW STORAGE 3 . 1 . 1 . The n a t u r e o f t h e s n o w c o v e r The e n v i r o n m e n t o f t h e s t u d y a r e a i s t h a t o f a m a r i t i m e m o u n -t a i n r a n g e , t y p i f i e d by c l i m a t i c c o n d i t i o n s f a v o u r i n g l a r g e s n o w s t o r m s ( o f t e n m i x e d w i t h r a i n ) and warm i n t e r - s t o r m p e r i o d s . A c l i m a t o l o g y o f w i n t e r s t o r m s o v e r t h e s o u t h - w e s t C o a s t M o u n t a i n s i s p r e s e n t e d b y F i t z h a r r i s ( 1 9 7 5 ) . M e l t i n g o c c u r s f r e q u e n t l y d u r i n g t h e a c c u m u l a t i o n s e a s o n , c a u s i n g t h e s n o w c o v e r t o t u r n i n t o an i s o t h e r m a l , d e n s e s n o w p a c k ( M i l l e r , 1 9 7 7 ) m a i n l y a t l o w e r e l e v a t i o n s . The maximum v e r t i c a l e x t e n t o f t h e s n o w p a c k c a n be up t o 6 m ( M o u n t S e y m o u r , 3 0 km N o f V a n c o u v e r ; W a n k i e w i c z , 1 9 7 6 ) ; i n t h e s t u d y a r e a d i s c u s s e d h e r e i t i s i n t h e o r d e r o f 2 t o 3 m. E q u i t e m p e r a t u r e ( d e s t r u c t i v e ) m e t a m o r p h i s m i s d o m i n a n t ( L a C h a p p e l l e , 1 9 6 9 ) , c h a r a c t e r i z e d by t h e c h a n g e o f t h e snow c r y s t a l s 27 i n t o l a r g e r o u n d e d g r a i n s t h r o u g h m e c h a n i c a l d e f o r m a t i o n a n d s i n t e r i n g ( C o l b e c k , 1 9 7 4 ) . W a n k i e w i c z ( 1 9 7 6 ) g i v e s a d e t a i l e d d e s c r i p t i o n o f t h e o l d w e t s n o w p a c k a s t y p i c a l on M o u n t S e y m o u r , r e p o r t i n g a r e l a t i v e l y c o n s t a n t snow d e n s i t y o f 580 kg m " ^ , an a v e r a g e g r a i n d i a m e t e r o f 1 mm, a l o w i r r e d u c i b l e w a t e r c o n t e n t ( a l s o c a l l e d w a t e r - h o l d i n g c a p a c i t y by G e r d e l , 1 9 4 8 , and S m i t h , 1974) o f 10% by v o l u m e , a b u n d a n t i c e s h e e t s and g l a n d s , a n d on t h e snow s u r f a c e a h i g h c o n c e n t r a t i o n o f p a r t i c u l a t e m a t t e r . 3 . 1 . 2 . Snow s t o r a g e a s a f u n c t i o n o f a c c u m u l a t i o n a n d a b l a t i o n The s e a s o n a l v a r i a t i o n o f n e t snow a c c u m u l a t i o n o r snow s t o r a g e (S) a t o n e p a r t i c u l a r p o i n t c a n be e x p r e s s e d a s t h e a l g e b r a i c sum o f snow a c c u m u l a t i o n (c) and snow a b l a t i o n (a) ( s e e F i g . 3 . 1 and e q u a t i o n 3 . 1 ) . D u r i n g t h e a c c u m u l a t i o n p e r i o d , t h e r a t e o f d e p o s i t i o n e x c e e d s t h e m e l t r a t e r e s u l t i n g i n an o v e r a l l i n c r e a s e i n snow s t o r a g e , w h i l e d u r i n g t h e a b l a t i o n p e r i o d , m e l t / r a t e s e x c e e d t h e r a t e s o f d e p o s i t i o n , r e s u l t i n g i n i t s d e p l e t i o n . S ( t ) = f c ( t ) d t + fl a ( t ) d t ( 3 . 1 ) w h e r e S ( t ) = snow s t o r a g e as a f u n c t i o n o f t i m e (t) t-j = s t a r t o f a c c u m u l a t i o n s e a s o n c = r a t e o f snow a c c u m u l a t i o n a = r a t e o f snow a b l a t i o n 3 . 1 . 3 . S p a t i a l v a r i a b i l i t y  A) T o p o g r a p h y Snow s t o r a g e i n a m o u n t a i n o u s e n v i r o n m e n t may be h i g h l y v a r i a b l e i n s p a c e . A t t h e w a t e r s h e d s c a l e , a g e n e r a l v e r t i c a l z o n a t i o n i s o b s e r v e d 28 snow accumulation (c) A ablation period itf < » accumulation period | = = \ ^ S { t ) \ t r v time snow ablation (a) F i g . 3.1 S e a s o n a l v a r i a t i o n o f snow s t o r a g e a t one p o i n t . 29 i n i n c r e a s i n g snow s t o r a g e w i t h h e i g h t . M e i m a n ( 1 9 6 8 ) r e p o r t s f o r i n t e r i o r m o u n t a i n w a t e r s h e d s ( A l b e r t a a n d I d a h o ) an i n c r e a s e i n t h e w a t e r e q u i v a l e n t ( W . E . ) . o f t h e s n o w c o v e r b e t w e e n 45 t o 130 mm p e r 100 m a t e l e v a t i o n s c o m p a r a b l e t o t h o s e o f M i l l e r C r e e k w a t e r s h e d . F i t z h a r r i s ( 1 9 7 5 ) o b s e r v e d an i n c r e a s e o f 5 4 0 mm W . E . p e r 100 m b e t w e e n s e a l e v e l and a p p r o x i m a t e l y 1300 m on M o u n t S e y m o u r . T h i s s h a r p i n c r e a s e o f snow s t o r a g e w i t h h e i g h t he r e f e r s t o as a " s n o w w e d g e " . L a t e r a l z o n a t i o n o f s n o w c o v e r o c c u r s p r i m a r i l y on t h e b a s i s o f c h a n g i n g s l o p e , a s p e c t a n d v e g e t a t i o n c o v e r . M e i m a n , Remmenga a n d K e l l e r ( 1 9 7 1 ) f o u n d d i f f e r e n c e s i n snow s t o r a g e t o be l a r g e l y e x p l a i n e d by d i f f e r e n c e s i n p o t e n t i a l s o l a r beam r a d i a t i o n a d j u s t e d f o r s l o p e a n d a s p e c t f o r a n o n - f o r e s t e d e n v i r o n m e n t . B ) V e g e t a t i o n c o v e r L a t e r a l s p a t i a l v a r i a b i l i t y on a more l o c a l s c a l e i s i n t r o d u c e d by v e g e t a t i o n c o v e r . F i t z h a r r i s ( 1 9 7 5 ) c o m p a r e s snow a c c u m u l a t i o n b e n e a t h t r e e c a n o p i e s t o t h a t i n t h e o p e n f o r i n d i v i d u a l s t o r m s a n d d i f f e r e n t e l e v a t i o n s . B e s t - f i t r e g r e s s i o n r e l a t i o n s l i e w i t h i n t h e e n v e l o p e s g i v e n i n F i g . 3 . 2 . I n t h e f o r e s t , snow a b l a t i o n i s g e n e r a l l y r e d u c e d d u e t o s h i e l d i n g f r o m s o l a r r a d i a t i o n . C o n s e q u e n t l y , d e s p i t e l o w e r a c c u m u l a t i o n b e n e a t h c a n o p i e s , n e t a c c u m u l a t i o n ( o r snow s t o r a g e ) i n f o r e s t s may be l a r g e r t h a n . i n o p e n a r e a s . C) W i n d S l a y m a k e r ( 1 9 7 4 ) shows t h e s i g n i f i c a n c e o f r e d i s t r i b u t i o n o f snow t h r o u g h w i n d a c t i o n . I n t h e C o a s t M o u n t a i n s , l a r g e s n o w d r i f t s t e n d t o f o r m o n t h e l e e s i d e o f r i d g e s , c a u s i n g a v a l a n c h e s , p e r e n n i a l s n o w -f i e l d s a n d s n o w d r i f t g l a c i e r s . A p a r t f r o m w i n d s w e p t a l p i n e a r e a s , h o w e v e r , snow a c c u m u l a t i o n i n t h e C o a s t M o u n t a i n s t e n d s t o be l e s s w i n d - i n f l u e n c e d i n c o m p a r i s o n t o a r c t i c and p r a i r i e e n v i r o n m e n t s . 30 snowfall beneath canopy in mm w.e. F i g . 3 . 2 Snow a c c u m u l a t i o n d u r i n g i n d i v i d u a l s t o r m b e n e a t h t r e e c a n o p i e s a s a f u n c t i o n o f snow d e p o s i t i o n i n o p e n a r e a s ( a f t e r F i t z h a r r i s , 1 9 7 5 ) . 31 3 . 2 . ENERGY A V A I L A B I L I T Y AND SNOWMELT The p h a s e c h a n g e f r o m snow t o m e l t w a t e r r e q u i r e s a l a r g e amount o f e n e r g y , t h e l a t e n t h e a t o f f u s i o n : 80 c a l p e r g r a m o f snow ( i c e ) o r 3 . 3 5 MJ m f o r a r e s u l t i n g m e l t w a t e r l a y e r o f 10 mm d e p t h . T h e r e f o r e , t h e s t u d y o f snow a n d i c e m e l t n e c e s s a r i l y becomes a s t u d y o f e n e r g y a v a i l a b i l i t y f o r m e l t . R i g o r o u s d e t e r m i n i s t i c a p p r o a c h e s t o m o d e l e n e r g y a v a i l a b i l i t y f o r m e l t h a v e b e e n q u i t e s u c c e s s f u l u n d e r i d e a l c o n d i t i o n s ( o p e n , f l a t snow s u r f a c e s ) b u t n o t f o r f o r e s t e d a r e a s ( C o l b e c k , e t a l . , 1979) n o r f o r m o u n t a i n o u s w a t e r s h e d s . Due t o t h e h i g h v a r i a b i l i t y o f t h e i n d i v i d u a l e n e r g y b a l a n c e c o m p o n e n t s a s t h e r e s u l t o f t h e p r e s e n c e o f t r e e s , v a r i -a b l e t o p o g r a p h y a n d t h e l a r g e i n f l u e n c e o f s m a l l - s c a l e a d v e c t i o n , a more g e n e r a l i z e d a n a l y s i s o f e n e r g y a v a i l a b i l i t y h a s t o be a t t e m p t e d . 3 . 2 . 1 . E n e r g y a v a i l a b i l i t y a t a s i t e : e n e r g y b a l a n c e An i n d i r e c t m e t h o d t o e s t i m a t e t h e amount o f s n o w m e l t a t a p o i n t i s t o a s s e s s c o m p o n e n t s o f t h e e n e r g y b a l a n c e o v e r t h e s n o w p a c k e x c e p t f o r m e l t a n d t o s o l v e t h e e n e r g y b a l a n c e e q u a t i o n i n t e r m s o f e n e r g y a v a i l a b l e f o r m e l t a s t h e r e s i d u a l . E x a m p l e s a r e g i v e n b y McKay a n d T h u r t e l l ( 1 9 7 8 ) a n d J o r d a n ( 1 9 7 8 ) among many o t h e r s . T h i s c o n v e n t i o n i s a d o p t e d h e r e ( s e e a l s o F i g . 3 . 3 ) : Q M = Q * + Q H + Q E + Q G + Q R ( 3 - 2 ) w h e r e = e n e r g y s t o r e d i n t h e s n o w p a c k ( i c e ) a n d / o r u t i l i z e d i n t h e f u s i o n p r o c e s s Q* = n e t r a d i a t i o n f l u x d e n s i t y Q^j, Q £ = s e n s i b l e a n d l a t e n t h e a t f l u x d e n s i t i e s Qg = s u b - s n o w p a c k s o i l h e a t f l u x d e n s i t y Q R = r a i n f a l l h e a t f l u x d e n s i t y 32 snowcover F i g . 3 . 3 S i g n c o n v e n t i o n o f t h e e n e r g y b a l a n c e c o m p o n e n t s . A c c o r d i n g l y , t h e i n d i v i d u a l c o m p o n e n t s o f t h e e n e r g y b a l a n c e e q u a t i o n ( 3 . 2 ) a r e d i s c u s s e d i n i n c r e a s i n g ' o r d e r o f s i g n i f i c a n c e . ' A) H e a t f l u x f r o m t h e g r o u n d (Qg) T h i s t e r m i s u s u a l l y r e g a r d e d t o be o f m i n o r s i g n i f i c a n c e e a r l y i n t h e a c c u m u l a t i o n s e a s o n , and i s n e g l e c t e d d u r i n g t h e a c t i v e m e l t s e a s o n . S a n t e f o r d , A l g e r a n d M e i e r ( 1 9 7 2 ) , h o w e v e r , f o u n d w a r m , u n f r o z e n g r o u n d t o be a m a j o r s n o w m e l t f a c t o r f o r swampy a r e a s . H e a t f l u x f r o m t h e g r o u n d i s r e g a r d e d a s i m p o r t a n t f o r t h e r i p e n i n g p r o c e s s o f t h e s n o w p a c k ( M a l e a n d G r a y , 1 9 7 5 ) . I t may become s i g n i f i c a n t f o r d a i l y m e l t e v e n t s when s h a l l o w n e s s o f t h e s n o w p a c k p e r m i t s t r a n s m i s s i o n o f s h o r t w a v e r a d i a t i o n t o t h e g r o u n d s u r f a c e . B) R a i n f a l l h e a t f l u x ( Q R ) C o n t r i b u t i o n s o f s e n s i b l e h e a t o f t h e r a i n d r o p s h a v e g e n e r a l l y b e e n i g n o r e d a s an i m p o r t a n t e n e r g y s o u r c e . H o w e v e r , r a i n f a l l h e a t f l u x may become s i g n i f i c a n t d u r i n g warm a i r a d v e c t i o n a s s o c i a t e d w i t h h e a v y r a i n . 33 C) S e n s i b l e and l a t e n t h e a t f l u x e s (Q^ a n d Q^) T h e s e t u r b u l e n t h e a t f l u x e s a r e t h e m o s t c r i t i c a l t o d e t e r m i n e . B a s i c a l l y , t h e r e a r e t h r e e d i f f e r e n t a p p r o a c h e s t o e s t i m a t e t h e s e f l u x e s : e d d y c o r r e l a t i o n t e c h n i q u e s ( d i r e c t m e a s u r e m e n t s ) , p r o f i l e m e t h o d s (Bowen r a t i o - e n e r g y b a l a n c e a n d a e r o d y n a m i c m e t h o d s ) a n d b u l k t r a n s f e r p r o c e d u r e s ( u s i n g e m p i r i c a l w i n d f u n c t i o n s ) . The f e a s i b i l i t y o f t h e f i r s t m e t h o d i s r e p o r t e d by McKay a n d T h u r t e l l ( 1 9 7 8 ) , who a l s o c o n c l u d e t h a t among t h e p r o f i l e m e t h o d s , t h e Bowen r a t i o - e n e r g y b a l a n c e m e t h o d i s i n a d e q u a t e o v e r a snow s u r f a c e d u e t o n u m e r o u s r e a s o n s . The a e r o d y n a m i c m e t h o d i s t h e m o s t w i d e l y u s e d i n m i c r o c l i m a t o l o g i c a l s t u d i e s , b u t i s s u b j e c t t o v e r y s t r i n g e n t a s s u m p t i o n s i n c l u d i n g s p a t i a l h o m o g e n e i t y o f t h e s i t e , n e u t r a l c o n d i t i o n s , s i m i l a r i t y o f t h e e d d y d i f f u s i o n c o e f f i c i e n t s , a n d s t e a d y s t a t e c o n d i t i o n s ( T . O k e , p e r s . c o m m . ) . I n m o s t e n e r g y b a l a n c e s t u d i e s o v e r snow a n d i c e , t h e s e d r a s t i c a l l y r e s t r i c t i n g a s s u m p t i o n s h a v e n o t b e e n t e s t e d a g a i n s t r e a l i t y . A f e w s e l e c t e d s t u d i e s p r e s e n t e d h e r e h a v e a d d r e s s e d . p r o b l e m s a r i s i n g f r o m t h e a b o v e a s s u m p t i o n s : De l a C a s i n i e r e ( 1 9 7 4 ) was w e l l a w a r e o f t h e l i m i t s w i t h i n w h i c h t h e a e r o d y n a m i c m e t h o d y i e l d s r e l i a b l e r e s u l t s . He a p p l i e d d i f f e r e n t s t a b i l i t y c o r r e c t i o n s b a s e d o n t h e R i c h a r d s o n number s t a b i l i t y c r i t e r i o n i n t h e c o u r s e o f e a c h d a y t o a c c o u n t f o r n o n - n e u t r a l c o n d i t i o n s : o v e r s n o w , t e m p e r a t u r e i n v e r s i o n s p r e f e r e n t i a l l y l e a d t o m o d e r a t e l y s t a b l e t o s t a b l e c o n d i t i o n s . D e r i k x ( 1 9 7 5 ) t e s t e d d i f f e r e n t w i n d p r o f i l e e q u a t i o n s o v e r a g l a c i e r s u r f a c e m a i n l y t o a c c o u n t f o r k a t a b a t i c w i n d c o n d i t i o n s . O v e r a s e v e n - d a y p e r i o d , he f o u n d b e s t a g r e e m e n t w i t h a c c u r a t e a b l a t i o n a n d r u n o f f m e a s u r e m e n t s , when t h e c a l c u l a t i o n o f t h e t u r b u l e n t h e a t f l u x e s w e r e b a s e d on a " l o g a r i t h m i c p l u s l i n e a r " w i n d p r o f i l e e q u a t i o n . The 3 4 t u r b u l e n t f l u x e s w e r e o v e r e s t i m a t e d by 90% by a p u r e l o g a r i t h m i c p r o f i l e e q u a t i o n , and by 130% by a l o g a r i t h m i c p r o f i l e w i t h z e r o d i s p l a c e m e n t . Weisman ( 1 9 7 7 ) e x a m i n e d s m a l l - s c a l e a d v e c t i o n o v e r a p a t c h y snow s u r f a c e a n d e x p r e s s e d t h e t u r b u l e n t h e a t f l u x e s a s a f u n c t i o n o f f e t c h ( d i s t a n c e f r o m l e a d i n g e d g e ) . M o n r o ( 1 9 7 5 ) c o n c l u d e s f r o m h i s d e t a i l e d m i c r o c l i m a t o l o g i c a l i n v e s t i g a t i o n s on P e y t o G l a c i e r ( m e l t i n g i c e s u r f a c e ) , t h a t t h e t h i n b o u n d a r y l a y e r o f o n l y a b o u t 1 m d e p t h o v e r t h e g l a c i e r s u r f a c e i s c o n t r o l l e d by k a t a b a t i c f l o w w h i c h n e e d s t o be i n c o r p o r a t e d i n t o f l u x -e s t i m a t i o n p r o c e d u r e s . O v e r l o n g t e r m p e r i o d s a n d o v e r s m a l l - s c a l e w a t e r s h e d s he p r o p o s e s b u l k t r a n s f e r p r o c e d u r e s f o r e v a l u a t i n g t u r b u l e n t f l u x e s . T h e e m p i r i c a l n a t u r e o f t h e w i n d f u n c t i o n s u s e d means t h a t t h e t u r b u l e n t f l u x e s a r e d e t e r m i n e d i n a n o p e r a t i o n a l r a t h e r t h a n s t r i c t l y p h y s i c a l s e n s e . Among o t h e r s , K u z ' m i n ( 1 9 6 1 ) g i v e s a p r a c t i c a l summary o f t h i s a p p r o a c h . D) N e t R a d i a t i o n ( Q * ) The r a d i a t i o n b a l a n c e o v e r snow i s t h e sum o f t h e s h o r t -a n d l o n g - w a v e r a d i a t i o n b u d g e t s ( m o d i f i e d a f t e r O k e , 1 9 7 8 ) . Q* = K * + L * = K+ + K+ + L+ + L+ ( 3 . 3 ) w h e r e Q* = n e t ( a l l - w a v e ) r a d i a t i o n K * = n e t s h o r t - w a v e r a d i a t i o n L * = n e t l o n g - w a v e r a d i a t i o n K4- = i n c o m i n g s h o r t - w a v e r a d i a t i o n ( d i r e c t - b e a m a n d d i f f u s e c o m p o n e n t ) K+ = r e f l e c t e d s h o r t - w a v e r a d i a t i o n U = i n c o m i n g l o n g - w a v e r a d i a t i o n U = l o n g - w a v e e m i s s i o n A l l u p w a r d c o m p o n e n t s h a v e a n e g a t i v e s i g n . 35 N e t s h o r t - w a v e r a d i a t i o n (K*) c a n a l s o be e x p r e s s e d a s a f u n c t i o n o f i n c o m i n g s o l a r r a d i a t i o n and a l b e d o ( a ) i n t h e f o l l o w i n g w a y : K * = K+ (1 - a) ( 3 . 4 ) As t h e s u r f a c e t e m p e r a t u r e o f snow c a n n o t e x c e e d 0 ° C , l o n g - w a v e e m i s s i o n (L+) f r o m t h e s n o w c o v e r has an u p p e r l i m i t o f 216 W m . T h i s c o n s t i t u t e s a c o n s e r v a t i v e c o m p o n e n t i n c o m p a r i s o n t o t h e h i g h l y v a r i a b l e i n c o m i n g l o n g - w a v e r a d i a t i o n (Li) , w h i c h i s a f u n c t i o n o f c l o u d c o v e r , a i r t e m p e r a t u r e a n d h u m i d i t y . The s h o r t - w a v e r a d i a t i o n b u d g e t (K*) v a r i e s s t r o n g l y d u e t o c h a n g e s i n t h e i n c o m i n g s h o r t - w a v e r a d i a t i o n (K4-) on a s e a s o n a l , d i u r n a l a n d h o u r l y b a s i s ( p r e s e n c e o f c l o u d s ) . D u r i n g maximum i n s o l a t i o n a r o u n d n o o n , e v e n s l i g h t c h a n g e s i n a l b e d o c a u s e l a r g e d i f f e r e n c e s i n a b s o l u t e t e r m s . Ambach ( 1 9 7 4 ) f o u n d h i g h v a l u e s o f n e t r a d i a t i o n (Q*) t o be s t r o n g l y c o r r e l a t e d w i t h h i g h v a l u e s o f n e t l o n g - w a v e r a d i a t i o n ( L * ) ( d u e t o c l o u d i n e s s ) a n d l o w v a l u e s o f n e t s h o r t - w a v e r a d i a t i o n (K*) f o r an i c e - c a p s i t u a t i o n ( h i g h a l b e d o ) . H o w e v e r , f o r t h e m e l t i n g s n o w p a c k i n a m a r i t i m e a l p i n e e n v i r o n m e n t w i t h a g e n e r a l l y l o w e r a l b e d o , t h e m a g n i t u d e o f n e t r a d i a t i o n (Q*) i s more l i k e l y t o be d r i v e n by t h e s h o r t - w a v e r a d i a t i o n b a l a n c e (K*) ( J o r d a n , 1 9 7 8 ) . I n a n y c a s e , n e t r a d i a t i o n (Q*) i s t h e d i f f e r e n c e o f l a r g e e n e r g y f l u x e s , t h e r e f o r e s l i g h t e r r o r s i n m e a s u r i n g t h e i n d i v i d u a l c o m p o n e n t s may i n t r o d u c e l a r g e e r r o r s i n Q * . I t i s d e s i r a b l e t h e r e f o r e t o m e a s u r e n e t r a d i a t i o n (Q*) d i r e c t l y . I t i s g e n e r a l l y a c c e p t e d t h a t t h e n e t r a d i a t i o n t e r m i s t h e m o s t i m p o r t a n t o n e o f a l l e n e r g y b a l a n c e c o m p o n e n t s . T h i s i s a b o v e a l l t h e c a s e when t h e s n o w c o v e r i s c o n t i n u o u s . F o r a s m a l l a l p i n e 36 w a t e r s h e d i n t h e C o a s t M o u n t a i n s , J o r d a n ( 1 9 7 8 ) c o u l d a t t r i b u t e 90% o f t h e t o t a l m e l t e n e r g y t o n e t r a d i a t i o n a s a mean o v e r t h e a b l a t i o n s e a s o n , a n d s e n s i b l e a n d l a t e n t h e a t f l u x e s w e r e i m p o r t a n t o n l y on a f e w w a r m , w i n d y d a y s . 3 . 2 . 2 . E n e r g y a v a i l a b i l i t y o v e r a m o u n t a i n o u s w a t e r s h e d : t o p o c l i m a t e E n e r g y a v a i l a b l e f o r snow a n d i c e m e l t w i l l v a r y g r e a t l y o v e r a m o u n t a i n o u s w a t e r s h e d . The m o s t s i g n i f i c a n t v a r i a t i o n d u e t o c o m p l e x t o p o g r a p h y i s i n t r o d u c e d by d i f f e r e n t i a l r a d i a t i o n l o a d i n g . The s t r i k i n g d i f f e r e n c e b e t w e e n n o r t h - f a c i n g a n d s o u t h - f a c i n g s l o p e s i n t e r m s o f r a d i a t i o n l o a d i n g a n d ' r e s u l t i n g v e g e t a t i o n c o v e r a n d l a n d - u s e has b e e n w e l l i l l u s t r a t e d by P e a t t i e ( 1 9 3 6 ) , who i n t r o d u c e d t h e t e r m s " u b a c " a n d " a d r e t " s l o p e s ( n o r t h - a n d s o u t h - f a c i n g s l o p e s , r e s p e c t i v e l y ) i n t o t h e E n g l i s h l i t e r a t u r e . M o n t e i t h ( 1 9 7 3 ) , u s i n g d a t a f r o m G a m i e r and Ohmura ( 1 9 6 8 ) d e m o n s t r a t e s t h e c o n t r a s t b e t w e e n d a i l y t o t a l s o f d i r e c t s o l a r r a d i a t i o n a t 4 5 ° N a t t h e t i m e s o f e q u i n o x f o r s l o p e s o f d i f f e r i n g a n g l e a n d a s p e c t ( s e e F i g . 3 . 4 ) . The g r e a t e s t d i f f e r e n c e i n t o t a l r a d i a t i o n r e c e i p t a t t h i s p a r t i c u l a r l a t i t u d e i s b e t w e e n n o r t h - a n d s o u t h -f a c i n g s l o p e s o f 4 5 ° . A p a r t f r o m c o n s i d e r a t i o n s o f a s p e c t and s l o p e a l o n e , H o e c k ( 1 9 5 2 ) p o i n t s t o t h e l a r g e i n f l u e n c e o f h o r i z o n s h i e l d i n g i n a m o u n t a i n -o u s e n v i r o n m e n t . A s a r e s u l t o f d i f f e r e n t i a l r a d i a t i o n l o a d i n g , t h e d i u r n a l c o u r s e s o f a i r t e m p e r a t u r e a r e s i g n i f i c a n t l y d i f f e r e n t f o r l o c a t i o n s i n a v a l l e y b o t t o m , on a s l o p e o r on a m o u n t a i n p e a k a s shown by G e i g e r ( 1 9 6 5 ) i n F i g . 3 . 5 f o r s n o w f r e e c o n d i t i o n s . F o r a s n o w - c o v e r e d t e r r a i n w i t h o u t l o w - a l b e d o s u r f a c e s s u c h a s c o n i f e r o u s f o r e s t s o r s t e e p , b a r e r o c k w a l l s , t h e d i f f e r e n c e s b e t w e e n a i r t e m p e r a t u r e s a t v a r i o u s l o c a t i o n s w i l l be l e s s p r o n o u n c e d . 37 Due t o d i f f e r e n t i a l c o o l i n g , l o c a l s c a l e w i n d s d e v e l o p ( s e e F i g . 3 . 6 ) . S l o p e w i n d s a r e c a l l e d k a t a b a t i c when b l o w i n g d o w n h i l l ( p r i m a r i l y a t n i g h t ) a n d a n a b a t i c when b l o w i n g u p h i l l ( p r i m a r i l y i n t h e a f t e r n o o n ) . V a l l e y - a x i s w i n d s a r e c a l l e d m o u n t a i n a n d v a l l e y w i n d s when b l o w i n g d o w n - a n d u p - v a l l e y , r e s p e c t i v e l y ( D e f a n t , 1 9 4 9 ) . SLOPE ANGLE F i g . 3 . 4 D a i l y t o t a l s o f d i r e c t s o l a r r a d i a t i o n a s a f u n c t i o n o f s l o p e a n g l e and a s p e c t ( M o n t e i t h , 1 9 7 3 ; f i g . f r o m O k e , 1978) F i g . 3 . 5 D i u r n a l a i r t e m p e r a t u r e v a r i a t i o n on a b r i g h t d a y a s a f u n c t i o n o f l o c a t i o n (mean o f 25 d a y s d u r i n g May a n d J u n e ; G e i g e r , 1 9 6 5 ) . LEAF 38-OMITTED IN PAGE NUMBERING. 39 A shortly after sunrise C towards midday D late afternoon E evening G night H just before sunrise F i g . 3 . 6 S l o p e a n d v a l l e y w i n d s d u r i n g t h e c o u r s e o f a d a y ( G e i g e r , 1 9 6 5 ; b a s e d on D e f a n t , 1 9 4 9 ) . 40 G e i g e r ( 1 9 6 5 ) u s e s t h e t e r m " e x p o s u r e c l i m a t e " t o d e s c r i b e t h e c o m b i n e d e f f e c t s o f d i f f e r e n t i a l r a d i a t i o n l o a d i n g and t h e d i f f e r -e n c e s i n t h e w i n d and p r e c i p i t a t i o n f i e l d s a t t h e m i c r o - s c a l e , a n d " t e r r a i n c l i m a t e " ( t o p o c l i m a t e ) t o d e s c r i b e t h e same e f f e c t s on t h e s m a l l - and m e s o - s c a l e s . G e i g e r ' s d i s c u s s i o n o f m o u n t a i n , v a l l e y and s l o p e c l i m a t e s p o i n t s t o t h e c l i m a t o l o g i c a l u n i q u e n e s s o f e a c h f a c e t o f a c o m p l e x l a n d s c a p e . A r i g o r o u s d e t e r m i n i s t i c a p p r o a c h t o d e s c r i b e t e r r a i n c l i m a t o l o g y t h e r e f o r e becomes a p r o h i b i t i v e l y d i f f i c u l t e n d e a v o u r . 3 . 2 . 3 . L a r g e - s c a l e a d v e c t i o n a n d s n o w m e l t H e r e , t h e i n f l u e n c e o f l a r g e - s c a l e a i r movements a f f e c t i n g m e l t e v e n t s a r e b r i e f l y d i s c u s s e d . The e f f e c t o f m o u n t a i n c h a i n s on a t m o s p h e r i c m o t i o n c a n be d e s c r i b e d i n d y n a m i c a s w e l l a s t h e r m o d y n a m i c t e r m s . W a l k e r ( 1 9 6 1 ) i n v e s t i g a t e s p r i m a r i l y t h e d y n a m i c e f f e c t s o f t h e W e s t e r n C o r d i l l e r a a s a b a s i s f o r p r e c i p i t a t i o n p r e d i c t i o n . Of g r e a t e r r e l e v a n c e t o m e l t e v e n t s a r e t h e t h e r m o d y n a m i c e f f e c t s , d e s c r i b e d by F l o h n ( 1 9 6 9 ) i n q u a l i t a t i v e t e r m s : t h e a s c e n d i n g a i r f l o w o v e r a m o u n t a i n r a n g e g e n e r a l l y i s a s s o c i a t e d w i t h a r e l e a s e o f l a t e n t h e a t due t o c o n d e n s a t i o n o f w a t e r v a p o u r ( w e t - a d i a b a t i c c o o l i n g ) , and t h e d e s c e n d i n g a i r f l o w on t h e l e e w a r d s i d e i s c h a r a c t e r i z e d by d r y - a d i a b a t i c w a r m i n g f a v o u r i n g r a p i d m e l t i n g a n d e v a p o r a t i o n o f t h e s n o w c o v e r . A q u a n t i t a t i v e t r e a t m e n t o f t h e t h e r m o d y n a m i c s o f t h e a b o v e p r o c e s s as t h e y a f f e c t t h e l o c a l m e l t c o n d i t i o n s r e m a i n s a h i g h l y c o m p l e x i s s u e . I n t h e a b s e n c e o f o r o g r a p h i c i n f l u e n c e s , t h e t r a n s f e r o f h e a t f r o m a d v e c t e d warm a i r m a s s e s t o t h e snow s u r f a c e i s b e t t e r u n d e r s t o o d . F o r t h e G r e a t L a k e s a r e a , T r e i d l ( 1 9 7 0 ) c o n c l u d e d t h a t on a d a i l y b a s i s , t u r b u l e n t f l u x d i v e r g e n c e o f s e n s i b l e a n d l a t e n t 41 PAGE 41 MISSED IN NUMBERING 42 h e a t i n t h e u p p e r a i r r e l e a s e d a b o u t f i v e t i m e s more e n e r g y t h a n t h e n e t r a d i a t i o n c o m p o n e n t , and t h a t e n e r g y was t r a n s f e r r e d t o t h e snow s u r f a c e by t u r b u l e n t m i x i n g . N e a r - s u r f a c e a i r t e m p e r a t u r e s r e m a i n e d l o w , s c r e e n - l e v e l t e m p e r a t u r e s t h e r e f o r e d i d n o t i n d i c a t e an a d v e c t i o n s i t u a t i o n a s s o c i a t e d w i t h g r e a t e r a i r t e m p e r a t u r e s a l o f t . The d e p t h o f t h e c o o l e d a i r l a y e r o v e r t h e snow s u r f a c e was a f u n c t i o n o f w i n d s p e e d a n d v e r t i c a l w i n d s h e a r . A d v e c t i o n on a n a i r m a s s s c a l e i n a p r a i r i e e n v i r o n m e n t i s a l s o e x a m i n e d by M a l e a n d G r a n g e r ( 1 9 7 8 ) who f o u n d t h e d a i l y s e n s i b l e h e a t t r a n s f e r p o s i t i v e l y c o r r e l a t e d w i t h t h e mean a i r t e m p e r a t u r e a t t h e 8 5 0 mb l e v e l ( s e e F i g . 3 . 7 ) . T h e i r r e l a t i o n s h i p r e v e a l s v e r y c l e a r l y t h a t t h e s e n s i b l e h e a t t r a n s f e r t o a s n o w p a c k i s n o t a l w a y s j u s t a m a t t e r o f p a r t i t i o n i n g o f e n e r g y a v a i l a b l e f r o m n e t r a d i a t i o n , b u t c a n be s t r o n g l y i n f l u e n c e d by l a r g e - s c a l e a d v e c t i v e h e a t t r a n s f e r s . H a n n a f o r d a n d H o w a r d ( 1 9 7 5 ) u s e d u p p e r a i r t e m p e r a t u r e s i m p l y a s an a d d i t i o n a l i n d e x i n a c o n v e n t i o n a l t e m p e r a t u r e i n d e x s n o w m e l t m o d e l a n d c o u l d e x p l a i n " e x c e s s m e l t " a s t h e r e s u l t o f l a r g e s c a l e a d v e c t i o n s i t u a t i o n s . 3 . 2 . 4 . A i r t e m p e r a t u r e a s a h y d r o m e t e o r o l o g i c a l p a r a m e t e r A i r t e m p e r a t u r e i s t h e k e y v a r i a b l e i n t h e s e n s i b l e h e a t f l u x c o m p o n e n t (Q^)and i s a l s o i n d i r e c t l y i n v o l v e d i n t h e i n c o m i n g l o n g - w a v e r a d i a t i o n c o m p o n e n t (Li) . As a r e s u l t , a i r t e m p e r a t u r e i s n o t e x p e c t e d t o e x p l a i n s n o w m e l t p r o c e s s e s as s u c h . The a i r t e m p e r a t u r e f i e l d , h o w e v e r , may be a m e a n i n g f u l p a r a m e t e r t o show ( i ) t h e c o m p l e x i t y o f t h e l o c a l c l i m a t e a n d ( i i ) a s a means o f m o d e l l i n g e v a p o r a t i o n and snow a n d g l a c i e r m e l t u n d e r c e r t a i n c o n d i t i o n s . L a n g ( 1 9 7 8 ) h a s shown t h a t t h e a i r t e m p e r a t u r e m e a s u r e d o u t s i d e a g l a c i e r i z e d a r e a i s a g o o d i n d i c a t o r o f t h e k a t a b a t i c w i n d 43 F i g . 3 . 7 R e l a t i o n b e t w e e n d a i l y t o t a l s o f s e n s i b l e h e a t t r a n s f e r a n d t h e mean 8 5 0 mb t e m p e r a t u r e ( M a l e a n d G r a n g e r , 1 9 7 8 ) . 44 v e l o c i t y o v e r t h e g l a c i e r , a n d t h a t m e l t w a t e r p r e d i c t i o n b a s e d on t h e a i r t e m p e r a t u r e o f a d i s t a n t v a l l e y s t a t i o n was m o r e s u c c e s s f u l t h a n t h a t b a s e d on t h e a i r t e m p e r a t u r e o f h i g h - a l p i n e m e t e o r o l o g i c a l s t a t i o n s i n t h e p r o x i m i t y o f t h e g l a c i e r . The a i r t e m p e r a t u r e f i e l d a t h i g h e r e l e v a t i o n s o f a m o u n t a i n o u s a r e a seems t o be p r i m a r i l y a f u n c t i o n o f a d v e c t i o n , w h e r e a s t h e t e m p e r a t u r e f i e l d i n t h e m a i n v a l l e y s i s f o r e -m o s t a f u n c t i o n o f t h e l o c a l r a d i a t i o n b a l a n c e (Q*). T a n g b o r n ( 1 9 7 8 ) among o t h e r s p o i n t s t o t h e v a l u e o f t h e d i u r n a l a i r - t e m p e r a t u r e r a n g e as a t o o l t o m o d e l t h e r a d i a t i o n b a l a n c e . 3 . 3 . STREAMFLOW AS A RESULT OF SNOW AND ICE MELT 3 . 3 . 1 . W a t e r p e r c o l a t i o n i n a t e m p e r a t e s n o w p a c k The v e r t i c a l p e r c o l a t i o n o f w a t e r i n t e m p e r a t e snow c a n be w e l l d e s c r i b e d by t h e g e n e r a l t h e o r y o f D a r c i a n f l o w t h r o u g h a p o r o u s m e d i u m . C o l b e c k ( 1 9 7 2 ) and W a n k i e w i c z ( 1 9 7 6 ) h a v e shown t h a t c a p i l l a r y e f f e c t s c a n be n e g l e c t e d , s o t h a t D a r c y ' s l a w r e d u c e s t o s i m p l e g r a v i t y d r a i n a g e i n t h e f o r m : v = K ( 3 . 5 ) w h e r e v i s t h e v o l u m e f l u x o f w a t e r i n t h e downward d i r e c t i o n , and K i s t h e u n s a t u r a t e d h y d r a u l i c c o n d u c t i v i t y ( b o t h h a v e u n i t s o f v e l o c i t y ) . K c a n be e x p r e s s e d as a f u n c t i o n o f " e f f e c t i v e s a t u r a t i o n " (s*). K = Ks S* e- ( 3 . 6 ) 0 - 6 . 6 - 0 -w h e r e S * = - — - = ( 3 . 7 ) a n d Ks s a t u r a t e d h y d r a u l i c c o n d u c t i v i t y e e x p o n e n t , v a l u e s o f e = 3 ( C o l b e c k & D a v i d s o n , 1973) e = 3 . 5 ( W a n k i e w i c z , 1976) 45 e v o l u m e t r i c l i q u i d w a t e r c o n t e n t 8 . " i r r e d u c i b l e w a t e r c o n t e n t " ( w a t e r c o n t e n t a f t e r a p r o l o n g e d p e r i o d o f d r a i n a g e ) 4> p o r o s i t y <fie " e f f e c t i v e p o r o s i t y " . S o l v i n g t h e e q u a t i o n o f c o n t i n u i t y g i v e n by iy_ = l i ( 3 . 8 ) 3 z a t w h e r e z i s h e i g h t a b o v e a d a t u m a n d t i s t i m e , C o l b e c k and D a v i d s o n ( 1 9 7 3 ) f i n d t h e f o l l o w i n g e q u a t i o n f o r t h e s p e e d o f a m e l t f l u x wave v % • (af)v • t ^ v V (3'9) The e x a m p l e o f t h e p r o p a g a t i o n o f a m e l t w a t e r wave i s g i v e n i n F i g . 3 . 8 f o r a t e m p e r a t e g l a c i e r s n o w p a c k ( S o u t h C a s c a d e G l a c i e r ) . The i n i t i a l r o u g h l y s i n u s o i d a l m e l t w a t e r wave u n d e r i d e a l c o n d i t i o n s i s d i s t o r t e d w i t h i n c r e a s i n g d e p t h t o a s h o c k f r o n t f o l l o w e d by a l o n g r e c e s s i o n . B a s e d on F i g . 3 . 8 t h e d e l a y (At)of t h e m e l t w a t e r f l u x p e a k s c o m p a r e d t o t h e s u r f a c e m e l t p e a k ( a s s u m e d t o t a k e p l a c e a t s o l a r n o o n , 1 3 : 3 0 ) i s e x t r a c t e d f o r t h e d i f f e r e n t s n o w d e p t h s a l o n g w i t h t h e r e c e s s i o n c o n s t a n t s ( t * ) ( d e f i n i t i o n s e e e q u a t i o n 3 . 1 0 ) a n d t a b u l a t e d i n T a b l e 3 . 1 . F o r d e p t h s g r e a t e r t h a n 3 m , t h e t h e o r e t i c a l v a l u e s o f At a r e i n e r r o r by a f e w h o u r s , b u t f o r d e p t h s up t o 2 . 0 5 m , t h e a g r e e m e n t b e t w e e n t h e o r e t i c a l a n d m e a s u r e d v a l u e s i s g o o d . T h e s e v a l u e s a r e d e r i v e d f o r homogeneous s n o w ; i n h o m o g e n e i t i e s a s i c e l a y e r s t e n d t o c o n c e n t r a t e w a t e r f l o w r e s u l t i n g i n a l e s s p r o n o u n c e d s h o c k f r o n t ( C o l b e c k , 1 9 7 7 , J o r d a n , 1 9 7 8 ) . 46 F i g . 3 . 8 P r o p a g a t i o n o f a m e l t w a t e r wave i n a t e m p e r a t e s n o w p a c k ( C o l b e c k a n d D a v i d s o n , 1 9 7 3 ) . S n o w d e p t h A t t* (m) ( h ) ( h ) 0 . 2 5 0 . 5 9 1 . 1 0 . 2 16 2 . 0 5 5 21 3 . 1 5 10 25 4 . 3 0 13 30 T a b l e 3 . 1 D e l a y ( A t ) o f t h e m e l t w a t e r f l u x p e a k s o v e r t h e s u r f a c e m e l t p e a k and r e c e s -s i o n c o n s t a n t ( t * ) a t d i f f e r e n t snow d e p t h s ( b a s e d on F i g . 3 . 8 , C o l b e c k and D a v i d s o n , 1 9 7 3 ) . 47 3 . 3 . 2 . S t r e a m f l o w g e n e r a t i o n a t a s i t e The t r a n s f e r o f w a t e r r e l e a s e d a t t h e b o t t o m o f t h e s n o w p a c k o r f a l l i n g a s r a i n on t h e g r o u n d s u r f a c e t o t h e c h a n n e l n e t w o r k i s d e s -c r i b e d by t h e p r o c e s s o f s t r e a m f l o w g e n e r a t i o n . D i f f e r e n t t y p e s o f r u n o f f c a n be d i s t i n g u i s h e d a c c o r d i n g t o t h e t i m e l a g b e t w e e n w a t e r s u p p l y and i t s e f f e c t on t h e s t r e a m f l o w o f a c h a n n e l . U n d e r w a t e r s u p p l y we u n d e r s t a n d t h e d e l i v e r y o f a w a t e r i n p u t i n t o t h e h y d r o l o g i c s y s t e m f r o m a s n o w m e l t o r r a i n e v e n t . I f t h i s w a t e r i n p u t r e a c h e s a s t r e a m c h a n n e l d i r e c t l y w i t h i n a f e w h o u r s , i t i s u s u a l l y r e f e r r e d t o a s q u i c k f l o w o r s t o r m f l o w . H e r e , i t w i l l be c a l l e d more g e n e r a l l y " d i r e c t e v e n t r u n o f f " a s t o i n c o r p o r a t e b o t h s n o w m e l t a n d r a i n e v e n t s . I f , h o w e v e r , t h e w a t e r s u p p l y i s r o u t e d f i r s t t h r o u g h a r e s e r v o i r , i t w i l l be r e f e r r e d t o a s " i n d i r e c t e v e n t r u n o f f " w i t h a t i m e l a g o f d a y s a n d " g r o u n d w a t e r d i s c h a r g e " w i t h a d e l a y o f m o n t h s . Dunne ( 1 9 7 8 ) g i v e s a d e t a i l e d summary o f t h e w h o l e r a n g e o f r u n o f f p r o c e s s e s . Of s p e c i a l i n t e r e s t h e r e i s t h e g e n e r a t i o n o f s t r e a m f l o w i n t e m p e r a t e , h u m i d e n v i r o n m e n t s . A) D i r e c t e v e n t r u n o f f D e f i n i n g d i r e c t e v e n t r u n o f f i n t h e way s u g g e s t e d a b o v e , two m a j o r p r o c e s s e s c a n be d i s t i n g u i s h e d : r a p i d d r a i n a g e o f t h e w a t e r a b o v e t h e g r o u n d s u r f a c e ( s u r f a c e r u n o f f a s t h e m a j o r m e c h a n i s m ) and r a p i d d r a i n a g e o f w a t e r b e l o w t h e g r o u n d s u r f a c e ( s u b s u r f a c e r u n o f f a s t h e m a j o r m e c h a n i s m ) . S u r f a c e r u n o f f c a n e i t h e r o c c u r a s H o r t o n i a n o v e r l a n d f l o w (when r a i n f a l l o r m e l t r a t e s e x c e e d i n f i l t r a t i o n r a t e s ) o r a s s a t u r a t i o n o v e r l a n d f l o w (when s o i l s become s a t u r a t e d f r o m b e l o w by a r i s i n g w a t e r t a b l e ) . The f o r m e r p r o c e s s may o c c u r o v e r a n o r m a l l y p o r o u s s o l i d , when c o n c r e t e f r o s t r e n d e r s t h e t o p s o i l p r a c t i c a l l y i m p e r m e a b l e . S u c h s i t u a t i o n s a r e r e p o r t e d by Dunne a n d B l a c k ( 1 9 7 1 ) 4 8 f o r a New E n g l a n d w a t e r s h e d a n d by J o r d a n ( 1 9 7 8 ) f o r a s m a l l a l p i n e w a t e r s h e d i n t h e C o a s t M o u n t a i n s . R a p i d d r a i n a g e due t o d i r e c t e v e n t r u n o f f c a n a l s o o c c u r b e l o w t h e g r o u n d s u r f a c e t h r o u g h r o o t c h a n n e l s i n a f o r e s t e d e n v i r o n m e n t ( d e V r i e s a n d C h o w , 1 9 7 8 ) . T h i s r a p i d d r a i n a g e i s t y p i c a l f o r o p e n s o i l s d e s c r i b e d by C h a m b e r l i n ( 1 9 7 2 ) , w h e r e a l a r g e q u a n t i t y o f w a t e r p a s s e s t o a s t r e a m c h a n n e l t h r o u g h p a t h w a y s w h i c h c i r c u m v e n t m o s t o f t h e s o i l m a s s . B) I n d i r e c t e v e n t r u n o f f I n d i r e c t e v e n t r u n o f f h a s a t r a v e l t i m e t o t h e c h a n n e l n e t w o r k o f t h e o r d e r o f a d a y a n d m o r e . A f i r s t m e c h a n i s m , s u b s u r f a c e f l o w t h r o u g h t h e s o i l m a t r i x , i s g o v e r n e d by t h e s a t u r a t e d h y d r a u l i c c o n d u c -t i v i t y o f s o i l s and t h e i r m o i s t u r e s t a t u s . The d i f f e r e n c e b e t w e e n d i r e c t e v e n t r u n o f f a n d t h i s t y p e o f i n d i r e c t e v e n t r u n o f f i s w e l l i l l u s t r a t e d by Weyman ( 1 9 7 4 ) f o r a s m a l l u p l a n d c a t c h m e n t i n E n g l a n d . F i g . 3 . 9 shows t h e f l a s h y r e s p o n s e o f t h e u p p e r b a s i n ( h y d r o g r a p h A ) , d o m i n a t e d by d i r e c t e v e n t r u n o f f , w h e r e a s t h e l o w e r b a s i n ( h y d r o g r a p h B) h a s a much more d a m p e d , d e l a y e d r e s p o n s e w i t h s a t u r a t e d s u b s u r f a c e f l o w b e i n g t h e m a i n m e c h a n i s m . Weyman d e s c r i b e s t h e s e c o n d c a s e a s s a t u r a t e d t h r o u g h f l o w ( i n d i r e c t e v e n t r u n o f f i n t h e n o t a t i o n u s e d h e r e ) . T h i s l o w e r b a s i n h a s a d r a s t i c a l l y r e d u c e d f l o o d p e a k c o m p a r e d t o t h e u p p e r b a s i n , and t h e r e c e s s i o n l i m b i s n o t p r i m a r i l y a f u n c t i o n o f d e c r e a s e d w a t e r s u p p l y a s i n t h e h y d r o g r a p h o f t h e u p p e r b a s i n , b u t i s d o m i n a t e d by t h e r e l e a s e f r o m s o i l w a t e r s t o r a g e . The r a t e o f r e l e a s e was f o u n d t o be a f u n c t i o n o f d e p t h o f s a t u r a t i o n w i t h i n t h e s o i l p r o -f i l e a n d n o n l i n e a r b e c a u s e o f c h a n g i n g l a t e r a l p e r m e a b i l i t y a l o n g t h e s o i l p r o f i l e . W e y m a n ' s r e s u l t s a r e c o n f i r m e d by P i l g r i m ( 1 9 7 6 ) , who 49 r e p o r t s l i n e a r i t y o f " f l o o d r u n o f f " a t h i g h f l o w s , b u t n o n l i n e a r i t y a t l o w f l o w f o r a s m a l l w a t e r s h e d o f a p p r o x i m a t e l y 0 . 0 4 k m 2 . 0 -I 1 1 r - r - 1 1 > 0 20 40 60 60 100 120 Hours from start ol rainfall F i g . 3 . 9 E x a m p l e o f d i r e c t e v e n t r u n o f f ( c u r v e A) and i n d i r e c t e v e n t r u n o f f ( c u r v e B ) , Weyman ( 1 9 7 4 ) . A s e c o n d m e c h a n i s m o f i n d i r e c t e v e n t r u n o f f i s t h e w a t e r r e l e a s e f r o m l a r g e d e p r e s s i o n a l a r e a s , w h e r e t h e a b s e n c e o f a s u b s t a n -t i a l g r a v i t a t i o n a l g r a d i e n t and a g r o u n d s u r f a c e o f l o w p e r m e a b i l i t y p r e v e n t s r a p i d d r a i n a g e . The p r e s e n c e o f a s n o w c o v e r t e n d s t o i n c r e a s e d e p r e s s i o n a l s t o r a g e b e c a u s e snow i n c h a n n e l s a n d o v e r f l a t a r e a s c a u s e s a b a c k w a t e r e f f e c t ( W a n k i e w i c z , 1 9 7 8 ) . The r e l e a s e o f w a t e r f r o m d e p r e s s i o n a l a r e a s i s e x p e c t e d t o be l i n e a r a s l o n g a s t h e w a t e r l e v e l o f t h e d e p r e s s i o n s i s a b o v e t h e s p i l l - o v e r l i m i t and t h e p r e s e n c e o f a s n o w c o v e r p r e v e n t s s u b s t a n t i a l e v a p o r a t i o n ( D i n g m a n , 1 9 7 3 ) . 50 Chow ( 1 9 6 4 , p . 1 4 . 2 7 ) d e f i n e s a l i n e a r r e s e r v o i r a s a f i c t i -t i o u s r e s e r v o i r i n w h i c h t h e s t o r a g e ( s ) i s d i r e c t l y p r o p o r t i o n a l t o t h e o u t f l o w ( q ) . The r e l e a s e f r o m a o n e l i n e a r s t o r a g e t h e n c a n be d e s c r i b e d a s f o l l o w s : _jt_ q = qo 10 * * ( 3 . 1 0 ) w h e r e qo i s t h e d i s c h a r g e a t t = 0 , a n d t * i s t h e r e c e s s i o n c o n s t a n t , o r t h e t i m e i t t a k e s q t o d r o p t o o n e t e n t h o f q o . A c c o r d i n g t o t h e U . S . Army C o r p s o f E n g i n e e r s ( 1 9 5 6 , p . 1 1 8 ) , t h e t o t a l r e c e s s i o n f l o w c a n be r e p r e s e n t e d a s t h e sum o f two o r more d e c a y - t y p e c u r v e s as g i v e n i n e q u a t i o n ( 3 . 1 0 ) , one b e i n g t h e r e l e a s e f r o m g r o u n d w a t e r s t o r a g e , a s e c o n d o n e f r o m " i n t e r f l o w " ( r e l e a s e f r o m s o i l w a t e r s t o r a g e a n d d e p r e s s i o n s t o r a g e , d e s c r i b e d h e r e a s i n d i r e c t e v e n t r u n o f f ) . As m e n t i o n e d a b o v e , t h i s s e c o n d t y p e may o r may n o t be l i n e a r . C) G r o u n d w a t e r d i s c h a r g e ( c o n v e n t i o n a l b a s e f l o w ) O v e r t h e r e c h a r g e a r e a o f a w a t e r s h e d , w a t e r i s s u p p l i e d t o t h e g r o u n d w a t e r r e s e r v o i r , o v e r t h e d i s c h a r g e a r e a , w a t e r i s r e l e a s e d t o t h e c h a n n e l n e t w o r k . U s u a l l y , t h e r e c h a r g e a r e a o c c u p i e s up t o 90% o f t h e w a t e r s h e d a r e a , w h e r e a s t h e d i s c h a r g e a r e a i s c o n f i n e d t o v a l l e y b o t t o m s , l o w e s t s e c t i o n s o f v a l l e y s i d e s and s t r a t i g r a p h i c p i n c h o u t s c h a r a c t e r i z e d by s e e p s , s p r i n g s and w a t e r l o g g e d s o i l s . T h e r e a r e two o p p o s i n g v i e w s o f t h e r e s p o n s i v e n e s s o f g r o u n d -w a t e r d i s c h a r g e t o m a s s i v e i n p u t s o f g r o u n d w a t e r . M a r t i n e c ( 1 9 7 5 ) f o u n d f i e l d e v i d e n c e f r o m two C e n t r a l E u r o p e a n m o u n t a i n w a t e r s h e d s t h a t a m a s s i v e g r o u n d w a t e r r e c h a r g e a s a r e s u l t o f s n o w m e l t i s p r o m p t e d by a s u b s t a n t i a l , q u i c k r e l e a s e o f s u b s u r f a c e w a t e r s t o t h e c h a n n e l n e t w o r k . 51 A l t h o u g h t h e r e a l v e l o c i t i e s o f t h e w a t e r p a r t i c l e s a r e v e r y l o w and t h e a v e r a g e r e s i d e n c e t i m e i s i n t h e o r d e r o f y e a r s , he f o u n d a q u i c k t r a n s f e r o f t h e e f f e c t o f w a t e r i n p u t i n t h e o r d e r o f d a y s and w e e k s . He s p e c u l a t e s t h a t p r o p a g a t i o n i s a c h i e v e d by g r o u n d w a t e r w a v e s c a u s e d by p e r i o d i c c h a n g e s o f t h e p r e s s u r e h e a d . T h e m o r e w i d e l y a c c e p t e d v i e w o n t h e r e s p o n s i v e n e s s o f g r o u n d w a t e r d i s c h a r g e t o l a r g e i n p u t s i s , h o w e v e r , t h a t a n y i n p u t t o t h e g r o u n d w a t e r r e s e r v o i r c a u s e s o n l y a v e r y damped and s t r o n g l y d e l a y e d i n c r e a s e i n g r o u n d w a t e r d i s c h a r g e . M a t h e m a t i c a l m o d e l l i n g o f s u b s u r f a c e f l o w b a s e d on D a r c y ' s l a w o f s a t u r a t e d f l o w t h r o u g h p o r o u s m e d i a s u p p o r t s t h e l a t t e r v i e w . I t i s r e c o g n i z e d h e r e t h a t c o n v e n t i o n a l m o d e l l i n g o f s u b s u r f a c e f l o w d o e s n o t c o n s i d e r h e t e r o g e n e i t i e s i n t h e g r o u n d s u c h a s f a u l t s , j o i n t s , f r a c t u r e s a n d a n i m a l b u r r o w s , w h i c h a l l o w a much m o r e r a p i d w a t e r t r a n s f e r t h a n t h e p o r o u s medium a s s u m e d f o r t h e m o d e l . I t i s s u g g e s t e d h e r e t h a t t h e f a s t r e l e a s e o f s u b s u r f a c e w a t e r s o b s e r v e d by M a r t i n e c was p a r t l y due t o s u c h i n h o m o g e n e i t i e s i n t h e g r o u n d . 3 . 3 . 3 . C l a s s i f i c a t i o n o f t e r r a i n a c c o r d i n g t o h y d r o l o g i c b e h a v i o u r H e r e i t i s a t t e m p t e d t o d i s c r i m i n a t e a r e a s w i t h i n w h i c h one p a r t i c u l a r mode o f s t r e a m f l o w i s d o m i n a n t . R u n o f f f r o m t h e s e a r e a s w i l l h a v e a c h a r a c t e r i s t i c h y d r o l o g i c r e s p o n s e . H i g h l y r e s p o n s i v e a r e a s a r e c h a r a c t e r i z e d by a f l a s h y h y d r o -l o g i c r e s p o n s e d u e t o d i r e c t e v e n t r u n o f f . A n e c e s s a r y c o n d i t i o n i s t h e p r e s e n c e o f a g r a v i t a t i o n a l g r a d i e n t . R a p i d d r a i n a g e t h e n o c c u r s v i a H o r t o n i a n o v e r l a n d f l o w , s a t u r a t i o n o v e r l a n d f l o w o r f a s t s u b s u r f a c e f l o w . F o r a t e m p e r a t e , h u m i d e n v i r o n m e n t s u c h a s t h e C o a s t M o u n t a i n s , t h e f o l l o w i n g a r e a s a r e c l a s s i f i e d a s h i g h l y r e s p o n s i v e : - s u r f a c e o f c h a n n e l n e t w o r k i t s e l f - f r o z e n g r o u n d s u r f a c e s - b a r e r o c k - s a t u r a t e d z o n e s a l o n g t h e c h a n n e l n e t w o r k [ s e e p s , d i s c h a r g e a r e a s o f g r o u n d w a t e r ) - w e l l - d r a i n e d f o r e s t s o i l s m a r g i n a l t o t h e c h a n n e l n e t w o r k - h o l l o w s i m m e d i a t e l y a d j a c e n t t o t h e c h a n n e l n e t w o r k - s n o w f r e e g l a c i e r a r e a s ( b a r e i c e ) . D e l a y e d r e s p o n s i v e a r e a s a r e c h a r a c t e r i z e d by a d a m p e d , d e l a y e d h y d r o l o g i c r e s p o n s e w i t h i n d i r e c t e v e n t r u n o f f b e i n g t h e d o m i n a n t mode o f r u n o f f g e n e r a t i o n . The f o l l o w i n g a r e a s a r e i n t h i s c a t e g o r y : - h i l l s l o p e h o l l o w s ( A n d e r s o n a n d B u r t , 1978) - f o r e s t e d a r e a s w i t h a w e l l - d e v e l o p e d c h a n n e l n e t w o r k - p o o r l y d r a i n e d o r g a n i c t e r r a i n a s swamps ( m a r s h e s ) a n d b o g s - f l a t , l o w - l y i n g t e r r a i n w i t h f i l l e d d e p r e s s i o n s - g l a c i e r s u r f a c e s b e t w e e n t h e t r a n s i e n t s n o w l i n e a n d f i r m r e g i o n s . U n d e r f a v o u r a b l e m e t e o r o l o g i c c o n d i t i o n s , a r e a s w i t h a f r e e w a t e r s u r f a c e may e x p e r i e n c e s u b s t a n t i a l e v a p o r a t i o n l o s s e s . N o n - r e s p o n s i v e a r e a s do n o t show a n y i m m e d i a t e e f f e c t on s t r e a m f l o w w i t h i n a t i m e p e r i o d o f a f e w w e e k s . T h e y a c t as a b u f f e r t o v a r y i n g i n p u t s o f w a t e r , a n d d e l i v e r w a t e r t o t h e g r o u n d w a t e r s t o r a g e , w h i c h i n t u r n m a i n t a i n s a f a i r l y c o n s t a n t b a s e f l o w , and t o e v a p o t r a n s -p i r a t i o n . The f o l l o w i n g a r e a s a r e c l a s s i f i e d u n d e r t h i s c a t e g o r y : - f l a t , l o w - l y i n g n o n - d r a i n e d t e r r a i n b e f o r e s p i l l - o v e r l i m i t i s r e a c h e d - h i 11 s i o p e s p u r s 53 - f i r m r e g i o n s o f g l a c i e r s . - i n g e n e r a l : a r e a s n o t f a l l i n g i n t h e c l a s s o f h i g h l y r e s p o n s i v e a n d d e l a y e d r e s p o n s i v e a r e a s . 3 . 3 . 4 . W a t e r s h e d r e s p o n s e H e r e , t h e h y d r o l o g i c a l r e s p o n s e o f t h e w a t e r s h e d a s a w h o l e i s d i s c u s s e d . The s t i m u l i a r e t h e m e l t w a t e r w a v e s a s g e n e r a t e d a t t h e s u r f a c e o f t h e s n o w p a c k a n d t h e g l a c i e r , a n d t h e r e s p o n s e s a r e t h e c o r r e s p o n d i n g p e a k s a n d r e c e s s i o n s o f t h e s t r e a m h y d r o g r a p h . The f o l l o w i n g f a c t o r s i n f l u e n c e t h e s h a p e o f t h e h y d r o g r a p h : A) C h a r a c t e r o f t h e g e n e r a t i n g e v e n t ( s t i m u l u s ) A t t h e snow ( o r i c e ) s u r f a c e , t h e m e l t w a t e r p r o d u c t i o n i d e a l l y f o r m s a d i u r n a l , s i n u s o i d a l p a t t e r n p e a k i n g a t s o l a r noon ( t h i s may n o t be t h e c a s e f o r p r e d o m i n a n t l y a d v e c t i o n g e n e r a t e d m e l t ) . T h e p e r c o l a t i o n i n t h e s n o w p a c k a s p r e s e n t e d i n s e c t i o n 3 . 3 . 1 . i s a n o n - l i n e a r p r o c e s s . F o r a s n o w p a c k o f 1 m d e p t h , t h e f o r m a t i o n o f a s h o c k f r o n t g i v e s t h e g e n e r a t i n g e v e n t t h e n a t u r e o f a s l u g - i n p u t a r r i v i n g a b o u t two h o u r s a f t e r s o l a r noon and h a v i n g a r e c e s s i o n c o n s t a n t ( t * ) a s d e f i n e d u n d e r 3 . 3 . 2 . i n t h e o r d e r o f 15 h o u r s . W i t h v a r i a b l e s n o w p a c k t h i c k n e s s o v e r t h e w a t e r s h e d , t h e m e l t w a v e w i l l a r r i v e a t t h e s n o w / g r o u n d i n t e r f a c e a t d i f f e r e n t t i m e s a n d , a s a r e s u l t , t h e o v e r a l l s l u g - i n p u t i s l e s s p r o n o u n c e d . B) R e s i s t a n c e t o f l o w on w a t e r s h e d s u r f a c e S u r f a c e r e s i s t a n c e t o o v e r l a n d f l o w a n d c h a n n e l r e s i s t a n c e i s g r e a t l y i n c r e a s e d when a s n o w c o v e r i s p r e s e n t ( W a n k i e w i c z , 1 9 7 8 ) . Snow c l o g g i n g o f c h a n n e l s may c a u s e a b a c k w a t e r e f f e c t . As t h e m e l t s e a s o n g o e s o n , t h e d r a i n a g e s y s t e m b e l o w t h e s n o w p a c k becomes more a n d m o r e d e v e l o p e d , a n d t h e d e c r e a s e i n t h e t i m e l a g b e t w e e n t h e p e a k o f t h e g e n e r a t i n g e v e n t a n d p e a k s t r e a m f l o w i s e x p e c t e d t o become s m a l l e r . 54 C) C a p a c i t y o f t h e w a t e r s h e d t o s t o r e w a t e r I n a r e a s w i t h h i g h i n f i l t r a b i l i t y , w a t e r g o e s i n t o s o i l and g r o u n d w a t e r s t o r a g e . D e p r e s s i o n and l a k e s t o r a g e c o n t r i b u t e s i g n i f i -c a n t l y t o t h e s t o r a g e c a p a c i t y i n t h e c a s e s o f M i l l e r and C e n t r a l C r e e k w a t e r s h e d s , w h e r e a s c h a n n e l s t o r a g e may be n e g l e c t e d . D) A r e a o f w a t e r s h e d The s i z e o f t h e s y s t e m i n f l u e n c e s t h e c h a r a c t e r o f t h e h y d r o -g r a p h . H o l t a n a n d O v e r t o n ( 1 9 6 3 ) r e p o r t a g e n e r a l i n c r e a s e i n r e c e s s i o n c o n s t a n t s w i t h i n c r e a s i n g w a t e r s h e d s i z e f o r m i d - l a t i t u d e s ( s e e a l s o T a b l e 3 . 2 ) . The m i d - l a t i t u d e w a t e r s h e d s a s r e p o r t e d by H o l t a n a n d O v e r t o n ( 1 9 6 3 ) h a v e e x t r e m e l y s h o r t r e c e s s i o n s r e f l e c t i n g a s m a l l s t o r a g e c a p a c i t y o f t h e w a t e r s h e d s . C h u r c h ( 1 9 7 4 ) r e p o r t s r e c e s s i o n c o n s t a n t s f o r w a t e r s h e d s i n p e r m a f r o s t a r e a s w h i c h a r e h i g h e r t h a n f o r s i m i l a r s i z e d w a t e r s h e d s i n m i d - l a t i t u d e s . J o r d a n ( 1 9 7 8 ) f o u n d r e c e s s i o n c o n s t a n t s t o be a f u n c t i o n o f d i s c h a r g e f o r a s m a l l a l p i n e w a t e r s h e d i n B r i t i s h C o l u m b i a . Dingman ( 1 9 7 1 , 1973) p r e s e n t s d e t a i l e d s t u d i e s o f G l e n C r e e k w a t e r s h e d , A l a s k a , d u r i n g summer c o n d i t i o n s (no s n o w m e l t e v e n t s ) . He f i n d s v a r i a t i o n s i n t h e r e c e s s i o n c o n s t a n t s c o n t r o l l e d b y e v a p o t r a n s -p i r a t i o n r a t e s d u r i n g r e c e s s i o n . The r u n o f f - r a i n f a l l r a t i o i s p o s i t i v e l y c o r r e l a t e d t o t h e a n t e c e d e n t d i s c h a r g e o f t h e s t r e a m ( a s an i n d e x o f w a t e r s h e d w e t n e s s ) . The r u n o f f l a g - t i m e , h o w e v e r , i s n o t s i g n i f i c a n t l y r e l a t e d t o a n t e c e d e n t d i s c h a r g e . S u r f a c e r u n o f f f r o m t h e v a l l e y b o t t o m i s f o u n d t o be t h e d o m i n a n t s o u r c e o f s t r e a m f l o w d u r i n g h y d r o g r a p h r i s e . J o r d a n ( 1 9 7 9 ) f o u n d t h e r u n o f f r e s p o n s e o f t h e 0 . 0 4 km a l p i n e w a t e r s h e d m e n t i o n e d a b o v e s t r o n g l y i n f l u e n c e d by p r o c e s s e s o f w a t e r movement i n t h e s n o w p a c k . As t h e g r o u n d was f r o z e n and d e p r e s s i o n a r e a o f r e c e s s i o n c o n s t a n t w a t e r s h e d ( h ) (km2) mean r a n g e s u r f a c e c h a r a c t e r i s t i c s H o l t a n a n d O v e r t o n ( 1 9 6 3 ) : m i d - l a t i t u d e w a t e r s h e d s i n U . S . A . 23 1 . 2 - 7 ( M i s s i s s i p p i , O h i o , New M e x i c o , T e x a s ) 3 0 . 6 - 3 . 5 C h u r c h ( 1 9 7 4 ) : G l e n C r e e k , A l a s k a 1 . 8 39 20 - 77 s p r u c e - m o s s , s p r u c e b i r c h s m a l l b a s i n a t B a r r o w , A l a s k a 1 . 6 5 0 - 160 m a r s h y t u n d r a , m a i n l y p o n d s J o r d a n ( 1 9 7 8 ) : s m a l l a l p i n e w a t e r s h e d , B r i t i s h 0 . 0 4 g r a s s C o l u m b i a h i g h f l o w s 17 6 - 25 medium f l o w s 29 2 3 - 33 l o w f l o w s 37 30 - 4 3 T a b l e 3 . 2 R e c e s s i o n c o n s t a n t s o f s e l e c t e d w a t e r s h e d s . 56 s t o r a g e v e r y s m a l l , s t r e a m f l o w r e s p o n s e was n o t a l t e r e d s i g n i f i c a n t l y t h r o u g h r o u t i n g p r o c e d u r e s a t t h e s n o w / g r o u n d i n t e r f a c e . Woo a n d S l a y m a k e r ( 1 9 7 5 ) s t u d i e d s t r e a m f l o w r e s p o n s e o f b o t h C e n t r a l a n d M i l l e r C r e e k s t o v a r i a b l e s n o w p a c k t h i c k n e s s a n d e x t e n t . T h r o u g h t h r e e i n d e p e n d e n t means ( m a p p i n g o f snow d i s t r i b u t i o n s , s t r e a m g a u g i n g a t s e l e c t e d s i t e s and a s s o c i a t e d h y d r o c h e m i c a l a n a l y s e s ) t h e y f o u n d c o n s i s t e n t e v i d e n c e t h a t t h e f l a t , s u b a l p i n e meadow i n t h e v a l l e y b o t t o m was t h e m a j o r r u n o f f s o u r c e a r e a . T h e y r e p o r t e d an i n c r e a s e d r a n g e o f d a i l y d i s c h a r g e a s t h e m e l t s e a s o n p r o c e e d e d . R e c e s s i o n c u r v e s o f C e n t r a l C r e e k c o u l d be g r o u p e d i n t o t h r e e d i s t i n c t p e r i o d s : - p a r a l l e l r e c e s s i o n s r e g a r d l e s s o f p e a k f l o w d u r i n g l a t e May ( w e l l d e v e l o p e d s n o w p a c k ) , - r a p i d r e c e s s i o n s i m m e d i a t e l y a f t e r p e a k f l o w , b u t p a r a l l e l w i t h p r e v i o u s r e c e s s i o n s b e l o w t h e t h r e s h o l d o f a p p r o x i m a t e l y 0 . 5 m^ •s""' d u r i n g e a r l y t o m i d - J u n e , a n d - r a p i d , i r r e g u l a r r e c e s s i o n s d u r i n g m i d t o l a t e J u n e . 3 . 3 . 5 . M o d e l l i n g o f s t r e a m f l o w A c l e a r d i s t i n c t i o n b e t w e e n m o d e l s c a n be made o n t h e b a s i s o f t h e i r g o a l : t h e y a r e e i t h e r d i r e c t e d t o w a r d s t h e f u r t h e r u n d e r s t a n d i n g o f p h y s i c a l p r o c e s s e s o r t o a s p e c i f i c p r o b l e m a s i n t h e p r e d i c t i o n o f s t r e a m f l o w f o r management p u r p o s e s . The m o s t s a t i s f y i n g m o d e l s w i t h t h e f i r s t g o a l i n m i n d a r e d e t e r m i n i s t i c , p h y s i c a l - p r o c e s s m o d e l s . As a f i r s t s t e p , t h e y a r e d i r e c t e d t o w a r d s t h e s i m u l a t i o n o f snow and g l a c i e r m e l t a t d i f f e r e n t p o i n t s o f t h e w a t e r s h e d . I n a s e c o n d s t e p t h e y m o d e l t h e r o u t i n g o f t h e v a r i o u s m e l t i n p u t s t o a p o i n t o f i n t e r e s t . A r e c e n t r e v i e w o f t h e s e m o d e l s i s g i v e n b y W a n k i e w i c z ( 1 9 7 8 ) . S u c c e s s f u l p h y s i c a l l y - b a s e d m o d e l s e x i s t w h e r e 57 ( i ) e n e r g y a v a i l a b i l i t y o r m e l t i s u n i f o r m o v e r t h e w a t e r s h e d , and ( i i ) t h e w h o l e w a t e r s h e d h a s a homogeneous h y d r o l o g i c a l b e h a v i o u r ( e . g . , f r o z e n g r o u n d ) . An e x a m p l e o f s u c h a m o d e l i s g i v e n by J o r d a n ( 1 9 7 8 , 1 9 7 9 ) . S t r i n g e n t l i m i t a t i o n s o c c u r when t h e e n e r g y a v a i l a b i l i t y i s c o m p l e x ( h i g h l y v a r i a b l e t o p o g r a p h y , p r e s e n c e o f f o r e s t ) a n d / o r t h e h y d r o l o g i c a l b e h a v i o u r i s n o t u n i f o r m o v e r t h e b a s i n . L e a v e n s l e y a n d S t r i f f l e r ( 1 9 7 8 ) g i v e an e x a m p l e o f a s o u n d a p p r o a c h i n t h i s c a s e . M o d e l s d i r e c t e d t o w a r d s a s p e c i f i c p u r p o s e s u c h a s s t r e a m -f l o w p r e d i c t i o n f o r management p u r p o s e s c a n be c a l l e d o p e r a t i o n a l m o d e l s . R o c k w o o d ( 1 9 7 2 ) e x a m i n e s t h e p h i l o s o p h y b e h i n d t h e s e m o d e l s a n d p l e a d s f o r h y d r o l o g i c a l l y s o u n d y e t o p e r a t i o n a l l y p r a c t i c a l s o l u -t i o n s . O f t e n , g o o d a n d f a s t p r e d i c t i o n s a r e r e q u i r e d w i t h s t a n d a r d m e t e o r o l o g i c a l and h y d r o l o g i c a l m e a s u r e m e n t s by f e d e r a l a g e n c i e s a s t h e o n l y d a t a s o u r c e . C o n v i n c i n g e x a m p l e s o f o p e r a t i o n a l m o d e l s a r e g i v e n by T a n g b o r n ( 1 9 7 8 ) a n d Q u i c k a n d P i p e s ( 1 9 7 6 ) f o r m o u n t a i n o u s w a t e r s h e d s . P o w e r and Young ( 1 9 7 9 ) r e f i n e d t h e m o d e l by Q u i c k and P i p e s f o r a g l a c i e r i z e d b a s i n . 58 CHAPTER IV 4 . S A M P L I N G D E S I G N A N D M E A S U R E M E N T T E C H N I Q U E S A s i t e - s p e c i f i c i n v e s t i g a t i o n was u n d e r t a k e n a t an o p e n l o c a t i o n i n t h e f l a t v a l l e y b o t t o m o f M i l l e r C r e e k w a t e r s h e d . I t s p u r p o s e was t o o b t a i n d e t a i l e d i n f o r m a t i o n c o n c e r n i n g t h e s t r u c t u r e o f t h e s n o w p a c k , t h e m a i n s o u r c e s o f e n e r g y f o r s n o w m e l t and t h e n a t u r e o f m e l t w a t e r p r o d u c t i o n a t one p a r t i c u l a r p o i n t . F o r C e n t r a l C r e e k w a t e r s h e d , t h e s p a t i a l v a r i a b i l i t y o f snow s t o r a g e a n d o f t h e t o p o c l i m a t e w e r e e x a m i n e d t o t e s t i n i t i a l s t r a t i f i c a -t i o n s . F u r t h e r m o r e , i t was a t t e m p t e d t o m o n i t o r t h e d e p l e t i o n o f t h e s n o w c o v e r and t o d e t e r m i n e w e e k l y s n o w m e l t r a t e s on a b a s i n - w i d e s c a l e . S t r e a m f l o w was m e a s u r e d a t t h e o u t l e t o f t h e b a s i n . M i l l e r C r e e k s t r e a m f l o w was m o n i t o r e d a t t h e o u t l e t o f i t s b a s i n . 4 . 1 . MEADOW S I T E The l o c a t i o n o f t h e Meadow s i t e i s g i v e n i n F i g . 1 . 6 i n t h e i n t r o d u c t o r y c h a p t e r a n d i n F i g . C . 2 i n t h e A p p e n d i x . The p a r a m e t e r s o b s e r v e d (snow s t o r a g e , w e a t h e r c o n d i t i o n s , e n e r g y a v a i l a b i l i t y a n d s n o w m e l t ) a l o n g w i t h t h e t y p e o f r e c o r d i n g , number o f r e p l i c a t i o n s and i n s t r u m e n t t y p e s a r e s u m m a r i z e d i n T a b l e 4 . 1 , a n d t h e i n s t r u m e n t a l l a y o u t i s g i v e n i n F i g . 4 . 1 . H e r e , d e t a i l s o f t h e r a d i a t i o n and m e l t -w a t e r p r o d u c t i o n m e a s u r e m e n t s a r e g i v e n . A i r t e m p e r a t u r e and r e l a t i v e h u m i d i t y m e a s u r e m e n t w i l l be d i s c u s s e d i n s e c t i o n 4 . 2 . 2 . 4 . 1 . 1 . R a d i a t i o n Q u a s i - c o n t i n u o u s r a d i a t i o n m e a s u r e m e n t s w e r e c o n d u c t e d a t t h e Meadow s i t e b e t w e e n May 12 a n d J u n e 2 3 . The s e n s o r s w e r e n o t 59 SAMPLING DESIGN MEADOW S I T E p a r a m e t e r o b s e r v e d f r e q u e n c y N o . o f t y p e o f i n s t r u m e n t (make) o f r e p l i c a t i o n s r e c o r d i n g SNOW s n o w s u r f a c e l o w e r i n g b i d a i l y 10 s t r i n g b e t w e e n 2 p o l e s STORAGE s n o w d e p t h d a i l y t o w e e k l y 6 s n o w d e p t h p o l e s snow d e n s i t y w e e k l y 3 ( M o u n t Rose S a m p l e r , CRELL snow o b s e r v a t i o n k i t ) WEATHER c l o u d c o v e r b i d a i l y 1 v i s u a l o b s e r v a t i o n CONDITIONS w i n d b i d a i l y 1 w i n d m a k e r ( D w y e r ) p r e c i p i t a t i o n c o n t . 1 t i p p i n g b u c k e t r a i n g a u g e ( W e a t h e r M e a s u r e ) b i d a i l y 1 s t a n d a r d r a i n g a u g e ENERGY a i r t e m p e r a t u r e c o n t . 1 ) A V A I L - r e l a t i v e h u m i d i t y ) t h e r m o h y g r o g r a p h ( F u e s s ) c o n t . 1 ) A B I L I T Y s o l a r r a d i a t i o n c o n t . 2 S o l a r i m e t e r ( M i d d l e t o n , R u s t r a k ) A c t i n o g r a p h ( K a h l i s c o ) a l l w a v e n e t r a d i a t i o n c o n t . 1 p y r r a d i o m e t e r ( M i d d l e t o n , R u s t r a k , i n t e g r a t o r ) SNOWMELT m e l t w a t e r p r o d u c t i o n c o n t . 1 2 s n o w m e l t p a n , 1 m s u r f a c e a r e a ( R u s t r a k ) b i d a i l y 2 s n o w m e l t p a n , 1 m*- s u r f a c e a r e a ( c o l l e c t i n g b u c k e t ) T a b l e 4 . 1 S a m p l i n g d e s i g n f o r t h e Meadow s i t e . 60 F i g . 4 . 1 Meadow s i t e , l o o k i n g w e s t i n t h e f o r e g r o u n d : s n o w m e l t p a n s i t e , t i p p i n g b u c k e t and r e c o r d e r box v i s i b l e l e f t m i d d l e : s o l a r i m e t e r a n d p y r r a d i o m e t e r on t r i p o d r i g h t m i d d l e : S t e v e n s o n s c r e e n snow s u r f a c e l o w e r i n g s t i c k s b e t w e e n s c r e e n a n d m e l t pan s i t e . 61 a f f e c t e d by s e r i o u s s h a d i n g e f f e c t s , n o r w e r e t h e r e a n y t r e e s c l o s e e n o u g h t o a f f e c t t h e i n c o m i n g l o n g - w a v e r a d i a t i o n c o m p o n e n t d i r e c t l y . The l o w - a l b e d o , h e a v i l y f o r e s t e d , s t e e p v a l l e y s i d e s , h o w e v e r , b r o u g h t a s t r o n g s o u r c e o f i n c o m i n g l o n g - w a v e r a d i a t i o n ( L i ) , w i t h t h e e f f e c t o f s i g n i f i c a n t l y a u g m e n t i n g t h e r a d i a t i o n b u d g e t ( Q * ) as c o m p a r e d t o a more e x p o s e d o p e n a r e a . N e t r a d i a t i o n was m e a s u r e d w i t h a M i d d l e t o n p y r r a d i o m e t e r a n d s o l a r r a d i a t i o n w i t h a M i d d l e t o n s o l a r i m e t e r a n d a K a h l i s c o a c t i n o g r a p h . The r e c o r d i n g s o f t h e m V - s i g n a l s w e r e a c c o m p -l i s h e d w i t h two R u s t r a k m i l l i v o l t r e c o r d e r s p o w e r e d by r e c h a r g e a b l e g e l - t y p e b a t t e r i e s . Some p r o b l e m s a r o s e f r o m d r i f t i n g o f t h e r e c o r d e r z e r o e s d u e t o b a t t e r y v o l t a g e d r o p s a n d s e n s i t i v i t y t o t e m p e r a t u r e f l u c t u a t i o n s . A d e t a i l e d e r r o r a n a l y s i s by J o r d a n ( 1 9 7 8 ) who u s e d t h e same i n s t r u m e n t a l s e t - u p i n a p r e v i o u s f i e l d s e a s o n y i e l d e d a r e l a t i v e e r r o r o f ± 5% f o r s o l a r r a d i a t i o n a n d ± 10% f o r n e t r a d i a t i o n d a i l y t o t a l s . H o u r l y v a l u e s w i l l p o s s e s s g r e a t e r e r r o r . A f t e r May 2 7 , t h e n e t r a d i a t i o n m V - s i g n a l was r e c o r d e d by a h i g h p r e c i s i o n m i l l i v o l t i n t e g r a t o r ( b u i l t by R. L e s l i e , D e p a r t m e n t o f G e o g r a p h y , U . B . C ) . I t was p o w e r e d by a w e t c e l l b a t t e r y . The r e l a t i v e e r r o r o f h o u r l y n e t r a d i a t i o n t h u s r e c o r d e d was r e d u c e d t o a b o u t 7%. D a i l y t o t a l s o f n e t r a d i a t i o n w e r e c a l c u l a t e d o n t h e b a s i s o f t h e t i m e i n t e r v a l b e t w e e n 1 9 : 0 0 t h e p r e v i o u s d a y a n d 1 9 : 0 0 on t h e d a y i n q u e s t i o n . The p r e d o m i n a n t l y n e g a t i v e n i g h t v a l u e s a r e a m e a n i n g -f u l m e a s u r e o f o v e r n i g h t e n e r g y l o s s o f t h e s n o w p a c k r e s u l t i n g i n f r e e z i n g o f t h e u p p e r m o s t l a y e r . T h i s l o s s has t o be c o m p e n s a t e d t h e f o l l o w i n g m o r n i n g b e f o r e s i g n i f i c a n t m e l t c a n o c c u r . F i g . 4 . 2 i l l u s -t r a t e s t h e c o m p u t a t i o n a l p r o c e d u r e . 62 O c c a s i o n a l a l b e d o m e a s u r e m e n t s w e r e t a k e n by r e v e r s i n g t h e d i r e c t i o n o f t h e s h o r t - w a v e r a d i a t i o n s e n s o r f o r a f e w m i n u t e s and m e a s u r i n g t h e c o r r e s p o n d i n g v o l t a g e s w i t h a m V - m e t e r . F i g . 4 . 2 C a l c u l a t i o n o f d a i l y t o t a l s o f n e t r a d i a t i o n . 4 . 1 . 2 . M e l t w a t e r p r o d u c t i o n M e l t w a t e r p r o d u c t i o n a t t h e Meadow s i t e was m o n i t o r e d w i t h snow l y s i m e t e r s a n d d i r e c t m e a s u r e m e n t s o f snow s u r f a c e l o w e r i n g . A d e t a i l e d t h e o r y o f snow l y s i m e t r y i s g i v e n by W a n k i e w i c z ( 1 9 7 6 ) . 2 I n t h i s s t u d y , t h r e e s n o w m e l t p a n s o f 1 m s u r f a c e a r e a w e r e u s e d . T h e y c o n s i s t e d o f s h e e t m e t a l w i t h a 0 . 1 2 m r a i s e d r i m on t h r e e s i d e s a n d a d r a i n i n one c o r n e r . T h e y w e r e i n s t a l l e d s l i g h t l y t i l t e d a t t h r e e d i f f e r e n t l e v e l s i n t o t h e s i d e w a l l o f a t r e n c h i n t h e s n o w . The d r a i n o f t h e u p p e r m o s t pan was c o n n e c t e d t o a t i p p i n g 63 b u c k e t ( s e e F i g . 4 . 1 ) and t h e s i g n a l s r e c o r d e d on a R u s t r a k e v e n t r e c o r d e r p o w e r e d b y r e c h a r g e a b l e g e l - t y p e b a t t e r i e s . C h a r t t r a n s p o r t p r o b l e m s r e s u l t e d i n t h e l o s s o f d a t a f o r 7 o u t o f 26 d a y s . The p e r c o l a t e i n t e r c e p t e d by t h e r e m a i n i n g s n o w m e l t p a n s was c o l l e c t e d i n b u c k e t s a n d m e a s u r e d m a n u a l l y i n t h e m o r n i n g b e f o r e t h e o n s e t o f m e l t and i n t h e e v e n i n g . The snow l y s i m e t e r s i t e was c h o s e n s u c h t h a t a n e a r b y d r o p i n e l e v a t i o n ( t e r r a c e r i m ) a l l o w e d t h e m e l t w a t e r f r o m t h e n e a r - g r o u n d s u r f a c e p a n s t o d r a i n i n t o t h e b u c k e t s m o r e e a s i l y ( s e e F i g . 4 . 3 ) . As t h e m e l t s e a s o n p r o c e e d e d , t h e d a r k t r e n c h b o t t o m e n c o u r a g e d t h e m e l t b a c k o f t h e t r e n c h w a l l , a n d t o p r e v e n t a g r a d u a l e x p o s u r e o f t h e m e l t p a n s , snow was p i l e d up a g a i n s t t h e w a l l ( F i g . 4 . 4 ) . The l o w e r i n g o f t h e snow s u r f a c e was m e a s u r e d t w i c e a d a y a t t h e same t i m e s a s m e n t i o n e d a b o v e . V e r t i c a l d i s t a n c e s w e r e m e a s u r e d r e l a t i v e t o t h e d a t u m o f a h o r i z o n t a l s t r i n g a t t a c h e d t o t w o p o l e s . 4 . 2 . CENTRAL AND MILLER CREEK WATERSHEDS On a b a s i n - w i d e s c a l e , t h e d i s t r i b u t i o n o f snow s t o r a g e , a n d t h e t e m p e r a t u r e a n d w a t e r v a p o u r f i e l d s w e r e m o n i t o r e d f o r C e n t r a l C r e e k w a t e r s h e d . An o v e r v i e w o f t h e s a m p l i n g s c h e m e o f t h e i n d i v i d u a l p a r a m e t e r s i s g i v e n i n T a b l e 4 . 2 and d i s c u s s e d b e l o w . The o n l y w a t e r s h e d -s p e c i f i c m e a s u r e m e n t f o r M i l l e r C r e e k w a t e r s h e d was t h e d e t e r m i n a t i o n o f t h e M i l l e r C r e e k s t r e a m f l o w . 4 . 2 . 1 . Snow s t o r a g e The o b j e c t i v e s o f t h e s a m p l i n g scheme o f t h e snow c o v e r on a b a s i n - w i d e s c a l e w e r e : a ) t o t e s t a p r e v i o u s l y g i v e n s t r a t i f i c a t i o n s c h e m e ( F i t z h a r r i s , 1 9 7 5 ) ; b) t o come up w i t h an e s t i m a t e o f t o t a l snow s t o r a g e w i t h i n c e r t a i n c o n f i d e n c e l i m i t s f o r e a c h s t r a t u m ; and c ) t o d e t e r m i n e s n o w m e l t r a t e s on a w e e k l y b a s i s . P r e v e n t i o n o f m e l t b a c k o f t h e snow t r e n c h w a l l . 65 SAMPLING DE SIGN CEN" temporal distribution TRAL CREEK WATERSHED spatial distribution type of instrument (make) SNOW STORAGE snow depth weekly primary elevatior belt number secom OL Jary stra land ty OF tif ication pe DF total snow depth poles n « m n s number of snowcourses m = number of sampled snow depths at each snowcourse 76 39 143 258 1 2 3 4 4>6 1«13 3»13 2-13 1 »13 6»13 3-13 2 «13 128 39 52 39 snow density weekly 18 6 12 36 density sampler (Mount Rose) ( CRELL snow observation kit) 1 2 3 4 3 >3 1 «3 2«3 1 «3 1 »3 3 >3 1 «3 21 3 6 6 snowfree areas meadow visual observation mopping TOPO • CLIMATE air temperature relative humidity continuous valley bottom south facing slope ridge total thermohygrograph (Casella, Fuess) 1 3 1 5 preoipitation weekly 2 3 1 6 standard raingauge and IRiJ CHECK STREAM-FLOW discharge continuous 1 waterlevel recorder current meters (OTT) T a b l e 4 . 2 S a m p l i n g d e s i g n f o r C e n t r a l C r e e k w a t e r s h e d . 66 The d e t e r m i n a t i o n o f snow s t o r a g e was b a s e d on a d o u b l e s t r a t i f i e d s a m p l i n g scheme a s p r o p o s e d by F i t z h a r r i s ( 1 9 7 5 ) : e l e v a t i o n i s t a k e n a s t h e p r i m a r y s t r a t u m a n d v e g e t a t i o n c o v e r t y p e a s t h e s e c o n d a r y s t r a t u m . C o n s e q u e n t l y , t h e w a t e r s h e d was d i v i d e d i n t o f o u r e l e v a t i o n b a n d s a n d a r e a s o f o p e n l a n d (OL), o p e n f o r e s t (OF) a n d d e n s e f o r e s t (DF) a s i l l u s t r a t e d i n F i g s . 4 . 5 a n d 4 . 6 . • open land OL H open forest OF ES3 dense forest DF based on aerial photographs (1976) planimetric control achieved by Kail Radial Planimetric Plotter F i g . 4 . 5 A r e a ! e x t e n t o f p r i m a r y and s e c o n d a r y s t r a t a o f o r i g i n a l s t r a t i f i c a t i o n f o r snow s t o r a g e , C e n t r a l C r e e k w a t e r s h e d . 67 w > 3 H 1/4 H < W< 3H W < 1/4 H W ~* < * «-> S t a t u m : open land (OL) open forest (OF) dense forest (DF) F i g . 4 . 6 C r i t e r i a t o d i s t i n g u i s h l a n d t y p e s ( b a s e d on F i t z h a r r i s , 1 9 7 5 ) . S n o w d e p t h was m e a s u r e d w i t h s n o w d e p t h p o l e s a t d i f f e r e n t s n o w c o u r s e l o c a t i o n s ( s e e A p p e n d i x , F i g . C . 2 ) w i t h a v a r i a b l e number . o f s i t e s a l o n g a s t r a i g h t l i n e t r a n s e c t . The number o f s i t e s a t e a c h s n o w c o u r s e l o c a t i o n was d e t e r m i n e d a c c o r d i n g t o t h e e x p e c t e d v a r i a b i l i t y . A F e d e r a l S a m p l e r ( s l o t t e d , c a r p e n t e r c u t t e r t e e t h ) , a l s o known u n d e r t h e name " M o u n t R o s e s a m p l e r " was u s e d t o o b t a i n an e s t i m a t e o f snow d e n s i t y . I t was c a l i b r a t e d a g a i n s t two s n o w p i t d e n s i t y a n a l y s e s (CRREL snow o b s e r v a t i o n , k i t ) . The p e r f o r m a n c e o f t h e M o u n t R o s e s a m p l e r ( o v e r e s t i m a t i o n by a b o u t 10%) was i n a g r e e m e n t w i t h t h e f i n d i n g s o f W o r k , e t a l . ( 1 9 6 5 ) . W i t h r e s p e c t t o s a m p l e s i z e , D i c k i n s o n a n d W h i t e l e y ( 1 9 7 1 ) f o u n d no m a r k e d r e d u c t i o n o f t h e s t a n d a r d e r r o r o f mean w a t e r e q u i v a l e n t e s t i m a t e s by r e d u c i n g t h e number o f d e n s i t y s a m p l e s f r o m 9 t o 3 ; t h e r e f o r e , a s a m p l e s i z e o f 3 was t a k e n a t s e l e c t e d s n o w -c o u r s e l o c a t i o n s ( s e e A p p e n d i x , T a b l e C . l ) . 4 . 2 . 2 . T o p o c i i m a t e As i n d i c e s o f e n e r g y a v a i l a b i l i t y f o r m e l t , t h e t e m p e r a t u r e a n d r e l a t i v e h u m i d i t y o f t h e a i r w e r e m e a s u r e d a t f i v e d i f f e r e n t l o c a t i o n s o v e r t h e w a t e r s h e d : a t t h e Meadow s i t e , a l o n g a t r a n s e c t on t h e s o u t h -f a c i n g s l o p e a n d a t t h e t o p o f t h e r i d g e ( s e e T a b l e 4 . 2 a n d A p p e n d i x F i g . C . 2 ) . 6 8 T h e r m o h y g r o g r a p h s i n S t e v e n s o n s c r e e n s p r o v i d e d c o n t i n u o u s r e c o r d i n g s o f t e m p e r a t u r e a n d r e l a t i v e h u m i d i t y . The s c r e e n a t t h e Meadow s i t e was k e p t a t a c o n s t a n t h e i g h t o f a b o u t 1 . 5 0 m a b o v e t h e snow s u r f a c e ( s e e F i g . 4 . 1 ) , a n d t h e o n e a t t h e R i d g e Top s i t e was c o n s t a n t a t a b o u t 0 . 2 0 m a b o v e t h e snow s u r f a c e . The r e m a i n i n g t h r e e a t t h e f o r e s t e d l o c a t i o n s w e r e k e p t c o n s t a n t a t a b o u t 1 . 7 0 m a b o v e t h e g r o u n d s u r f a c e . T h e h e i g h t o f t h e l a t t e r s c r e e n s i n c r e a s e d s y s t e m a t i -c a l l y t h r o u g h t h e m e l t s e a s o n . T h e t h e r m o h y g r o g r a p h s w e r e c a l i b r a t e d t w i c e a week ( b e f o r e and a f t e r t h e c h a n g i n g o f c h a r t s ) a g a i n s t a v e n t i l a t e d A s s m a n n p s y c h r o m e t e r ( W e a t h e r m e a s u r e ) , w h o s e t h e r m o m e t e r s i n t u r n w e r e c a l i b r a t e d a g a i n s t a H e w l e t t P a c k a r d t h e r m o m e t e r ( P l a t i n u m R e s i s t a n c e T e m p e r a t u r e p r o b e , HP 1 8 6 4 0 s e r i e s ) a t t h e S o i l S c i e n c e D e p a r t m e n t o f U . B . C . The c a l c u -l a t i o n o f r e l a t i v e h u m i d i t y was b a s e d on t a b l e s p u b l i s h e d by t h e German W e a t h e r S e r v i c e ( D e u t s c h e r W e t t e r d i e n s t , 1 9 6 3 ) g i v i n g c o r r e c t i o n s n e c e s -s a r y f o r d i f f e r e n c e s i n e l e v a t i o n . D u r i n g h e a v y f o g c o n d i t i o n s , t h e r e l a t i v e h u m i d i t y was a s s u m e d t o be 100%. A l l s e n s o r s s h o w e d l i n e a r b e h a v i o u r w i t h t h e e x c e p t i o n o f t h e F u e s s r e l a t i v e h u m i d i t y s e n s o r . S t e p w i s e r e g r e s s i o n o f t e m p e r a t u r e on d i f f e r e n t p o w e r s o f c h a r t d i s t a n c e b r o u g h t a s i g n i f i c a n t i m p r o v e m e n t , and a t h i r d o r d e r p o l y n o m i a l was u s e d as a c a l i b r a t i o n f u n c t i o n . The c a l i -b r a t i o n s t a t i s t i c s a r e s u m m a r i z e d i n A p p e n d i x D. C r u d e e s t i m a t e s o f t h e 95% c o n f i d e n c e l i m i t s f o r a i r t e m p e r a t u r e s a r e ± 1 . 0 ° C t o 1 . 4 ° C , a n d f o r r e l a t i v e h u m i d i t y ± 5% t o 8%. The c h a r t s w e r e a n a l y s e d on a d i g i t i z e r u s i n g 2 h t i m e i n t e r v a l s . 69 4 . 2 . 3 . S t r e a m f l o w C o n t i n u o u s w a t e r l e v e l r e c o r d i n g s w e r e u n d e r t a k e n f o r M i l l e r C r e e k f r o m May 7 t h u n t i l S e p t e m b e r 22nd and f o r C e n t r a l C r e e k f r o m May 8 t h u n t i l S e p t e m b e r 6 t h . Two O t t XX w a t e r l e v e l r e c o r d e r s w e r e u s e d : f o r M i l l e r C r e e k a t t h e s t a n d a r d g a u g i n g s i t e ( s e e Woo a n d S l a y m a k e r , 1975) and f o r C e n t r a l C r e e k a p p r o x i m a t e l y 120 m u p s t r e a m f r o m t h e l o c a t i o n u s e d by Woo a n d S l a y m a k e r ( 1 9 7 5 ) and T e t i ( 1 9 7 9 ) ( s e e A p p e n d i x , F i g . C . 2 ) . B y c h o o s i n g t h e new s i t e f o r C e n t r a l C r e e k , t h e r i s k o f a p o s s i b l e b a c k -w a t e r e f f e c t f r o m M i l l e r C r e e k was e l i m i n a t e d . D i s c h a r g e m e a s u r e m e n t s w e r e a c c o m p l i s h e d by t w o p r o p e l l e r t y p e c u r r e n t m e t e r s ( O t t C31 a n d C I ) . The r e l a t i v e l y l o w number o f m e a s u r e m e n t s ( 1 0 f o r C e n t r a l C r e e k a n d 11 f o r M i l l e r C r e e k ) r e s u l t e d i n q u i t e a b r o a d 95% c o n f i d e n c e i n t e r v a l a b o u t t h e p a r a b o l i c r a t i n g c u r v e a s o b t a i n e d by s t e p w i s e r e g r e s s i o n ( f o r f u r t h e r d e t a i l s , s e e A p p e n d i x D . 2 and D . 3 ) . The d i g i t i z i n g o f t h e s t a g e r e c o r d was d o n e a t 2 h t i m e i n t e r v a l s . 70 CHAPTER V 5 . R E S U L T S A N D D I S C U S S I O N The r e s u l t s c o n c e r n i n g t h e f a c t o r s c o n t r o l l i n g t h e r e l e a s e o f m e l t w a t e r f r o m snow a n d i c e s t o r a g e a r e p r e s e n t e d a n d d i s c u s s e d . A s s u g g e s t e d i n t h e i n t r o d u c t o r y c h a p t e r , t h e s e f a c t o r s a r e ( i ) t h e o c c u r -r e n c e o f snow a n d i c e s t o r a g e , ( i i ) e n e r g y a v a i l a b i l i t y , a n d ( i i i ) t h e r o u t i n g o f m e l t w a t e r t o t h e c h a n n e l n e t w o r k . The c h a n g i n g s t a t e o f d e p e n d e n t a n d i n d e p e n d e n t v a r i a b l e s when p r o c e e d i n g f r o m o n e s c a l e t o a n o t h e r i s t h e n s u m m a r i z e d i n t h e l i g h t o f t h e s e r e s u l t s . 5 . 1 . SNOW STORAGE A t t h e s i t e s c a l e , t h e n a t u r e o f t h e s n o w c o v e r a n d i t s v a r i a -t i o n t h r o u g h t i m e i s p r e s e n t e d . A t t h e C e n t r a l a n d M i l l e r C r e e k w a t e r s h e d s c a l e s , t h e s p a t i a l d i s t r i b u t i o n o f snow s t o r a g e i s d e s c r i b e d i n t e r m s o f v e r t i c a l a n d l a t e r a l v a r i a t i o n s . P e r e n n i a l snow a n d i c e s t o r a g e w i l l be d i s c u s s e d f o r M i l l e r C r e e k w a t e r s h e d . 5 . 1 . 1 . Meadow S i t e From t h e s t a r t o f t h e s t u d y p e r i o d , t h e s n o w c o v e r was i s o -t h e r m a l a n d o f h i g h d e n s i t y . F i g . 5 . 1 shows a snow d e n s i t y p r o f i l e n e a r t h e Meadow s i t e . A c o n t i n u o u s i c e l a y e r o f a b o u t 2 0 mm t h i c k n e s s a t a b o u t 0 . 6 m a b o v e g r o u n d was t h e m o s t s t r i k i n g d i s c o n t i n u i t y w i t h i n t h e s n o w p a c k . The r e m a i n i n g i c e h o r i z o n s a t d i f f e r e n t h e i g h t s w e r e much t h i n n e r a n d d i s c o n t i n u o u s . F i g . 5 . 2 shows t h e d e p l e t i o n o f t h e s n o w c o v e r a t t h e s u r f a c e l o w e r i n g m e a s u r e m e n t s i t e l o c a t i o n ( s e e A p p e n d i x , F i g . C . 2 ) d u r i n g t h e s t u d y p e r i o d . Snow d e n s i t y m e a s u r e m e n t s d i d n o t r e v e a l a s y s t e m a t i c 71 c h a n g e t h r o u g h t h e s t u d y p e r i o d , and a c o n s t a n t v a l u e o f 4 9 0 kg m b a s e d on s n o w p i t a n a l y s e s a n d Mount Rose d e n s i t y m e a s u r e m e n t s was c h o s e n f o r t h e w h o l e a b l a t i o n s e a s o n ( s e e F i g . 5 . 4 ) . B e t w e e n May 15 a n d t h e d e p l e t i o n o f t h e s n o w c o v e r o n J u n e 1 4 , f o u r p e r i o d s w i t h d i f f e r e n t mean d a i l y m e l t r a t e s c a n be d i s t i n g u i s h e d ( F i g . 5 . 2 ) : b e t w e e n May 1 5 - 2 1 a mean d a i l y m e l t o f 1 8 . 2 mm d " \ no m e l t May 2 2 , a r e d u c e d m e l t o f 1 2 . 4 mm d " 1 b e t w e e n May 2 3 - 2 9 , v e r y s t r o n g m e l t o f 30 mm d " 1 u n t i l J u n e 8 , a n d t h e n s l i g h t l y r e d u c e d m e l t o f 2 1 . 8 mm d " 1 u n t i l t h e d e p l e t i o n o f t h e snow c o v e r . M e l t r a t e s w i l l be d i s c u s s e d i n more d e t a i l b e l o w . 1.5 * snow density profile No. 1 snowpit No. 2 20 W of Meadow Cabin May 7 1978 1.0 mean snow density = 490 kg rnJ , ice layer o.s r 0 J i 1 ( 1 1( 0 200 400 600 snow density (kg m3) i g . 5 . 1 Snow d e n s i t y p r o f i l e n e a r t h e Meadow s i t e , May 7 , 1 9 7 8 . F i g . 5.2 73 5 . 1 . 2 . C e n t r a l a n d M i l l e r C r e e k W a t e r s h e d s A t f i r s t , t h e l a t e r a l z o n a t i o n o f snow s t o r a g e w i t h i n t h e l o w e s t e l e v a t i o n b a n d o f C e n t r a l C r e e k w a t e r s h e d i s d i s c u s s e d . A s t r a t i f i c a t i o n s c h e m e b a s e d on v e g e t a t i o n d e n s i t y was u s e d t o p r e d i c t s n o w d e p t h f o r d i f f e r e n t t i m e p e r i o d s . Two m o d i f i e d s t r a t i f i c a t i o n s c h e m e s i n c o r p o r a t i n g s l o p e a n d v e g e t a t i o n c o v e r w e r e a l s o t e s t e d i n t e r m s o f p r e d i c t i v e c a p a c i t y . S e c o n d l y , t h e v e r t i c a l z o n a t i o n o f snow s t o r a g e i n C e n t r a l C r e e k w a t e r s h e d i s c h a r a c t e r i z e d . T h i r d l y , t h e s p a t i a l d i s t r i b u t i o n o f p e r e n n i a l snow and i c e s t o r a g e i n M i l l e r C r e e k w a t e r s h e d i s p r e s e n t e d a n d d i s c u s s e d . A) L a t e r a l Z o n a t i o n F o r t h e l o w e s t e l e v a t i o n b e l t o f C e n t r a l C r e e k w a t e r s h e d , t h e o r i g i n a l s t r a t i f i c a t i o n i n t o open l a n d ( O L ) , o p e n f o r e s t (OF) a n d d e n s e f o r e s t (DF) ( s e e c h a p t e r I V , s a m p l i n g d e s i g n ) was t e s t e d by a n a l y s i s o f v a r i a n c e u s i n g t h e snow d e p t h d a t a f r o m 12 s n o w c o u r s e s ( i d e n t i f i c a t i o n a n d p o s i t i o n s , s e e A p p e n d i x C ) . T h i s o r i g i n a l s t r a t i -f i c a t i o n d i d n o t p r o v e t o be s i g n i f i c a n t a t t h e 95% l e v e l f o r a n y o f t h e s e v e n c a s e s . As a r e s u l t , two m o d i f i e d s t r a t i f i c a t i o n s w e r e t e s t e d ( a l s o s e e A p p e n d i x C) M o d i f i c a t i o n A : OL ( o p e n l a n d ) , OF ( o p e n f o r e s t ) , DFF ( d e n s e f o r e s t f l a t ) , DFS ( d e n s e f o r e s t s l o p e ) , M o d i f i c a t i o n B : OL ( o p e n l a n d ) , FF ( f o r e s t f l a t ) , FS ( f o r e s t s l o p e ) . 74 B o t h t h e s e s t r a t i f i c a t i o n s p r o v e d t o be s i g n i f i c a n t f o r f i v e o u t o f t h e s e v e n c a s e s ( s e e T a b l e 5 . 1 ) . M o d i f i c a t i o n B , h o w e v e r , i s p r e f e r r e d f o r i t s s i m p l i c i t y . I t c a n be c o n c l u d e d t h a t s l o p e h a s a g r e a t e r e f f e c t t h a n f o r e s t d e n s i t y i n d e t e r m i n i n g t h e amount o f snow s t o r a g e i n t h i s e n v i r o n m e n t . s e c o n d a r y s t r a t i f i c a t i o n S i g n i f i c a n c e o f s t r a t i f i c a t i o n (95% l e v e l ) May May May J u n e J u n e J u n e J u n e 1 5 / 1 6 2 2 / 2 3 2 9 / 3 0 5 / 6 1 2 / 1 3 1 9 / 2 0 26 o r i g i n a l m o d i f i c a t i o n A m o d i f i c a t i o n B + + + + + + + + T a b l e 5 . 1 Summary o f a n a l y s e s o f v a r i a n c e f o r d i f f e r e n t s e c o n d a r y nJra!:ifl^tlons (" not s i 9 n i f i c a n t ; + s i g n i f i c a n t a t t h e 95% l e v e l ) . F i g u r e 5 . 3 s h o w s t h e g r o w t h o f s n o w f r e e a r e a s i n t h e meadow (OL - s t r a t u m ) . The b r e a k up o f t h e s n o w c o v e r was e a r l i e s t f o r swampy a r e a s ( c o m p a r e w i t h F i g s . 2 . 1 2 a n d 5 . 4 ) d u e t o d i f f e r e n t r e a s o n s : a ) l e s s a c c u m u l a t i o n i n t h e f i r s t p l a c e ( s n o w m e l t s a f t e r d e p o s i t i o n ) ; b) s n o w m e l t f r o m b e l o w d u e t o r u n n i n g w a t e r ; c ) s l u s h p r o d u c t i o n d e c r e a s e s a l b e d o and i n c r e a s e s m e l t r a t e s ; d ) p r o x i m i t y t o f o r e s t e d s o u t h - f a c i n g s l o p e may i n c r e a s e t h e amount o f e n e r g y a v a i l a b l e f o r m e l t ( l o n g - w a v e r a d i a t i o n f r o m t r e e s , e t c . ) . 75 The g r o w t h o f s n o w f r e e a r e a s i n t h e meadow d i m i n i s h e s t h e w a t e r i n p u t a r e a a d j a c e n t t o t h e c h a n n e l n e t w o r k . m M a y 29 1978 E3 J u n e 6 ES3 June 9 i==3 J u n e 12 iLTTJ June 16 F i g . 5.3 G r o w t h o f s n o w f r e e a r e a s i n t h e meadow, C e n t r a l C r e e k w a t e r s h e d . 76 B) V e r t i c a l z o n a t i o n The v a r i a t i o n o f snow s t o r a g e w i t h e l e v a t i o n i n C e n t r a l C r e e k w a t e r s h e d i s p r e s e n t e d f o r t h e d i f f e r e n t s t r a t a a s o u t l i n e d i n F i g . 5 . 5 . No a t t e m p t was made t o g i v e a s e c o n d a r y s t r a t i f i c a t i o n i n t o f o r e s t s l o p e ( F S ) and o p e n l a n d (OL) f o r e l e v a t i o n b a n d s © a n d © d u e t o an i n s u f f i c i e n t d a t a b a s e . Snow d e n s i t i e s o f t h e d i f f e r e n t s t r a t a b a s e d on M o u n t R o s e s a m p l e r m e a s u r e m e n t s ( c o r r e c t e d f o r t h e i r i n h e r e n t b i a s ) a r e r e p o r t e d i n F i g . 5 . 6 . The e x c e p t i o n a l d e n s i t i e s f o r t h e o p e n l a n d s t r a t u m (OL © ) o f t h e p o o r l y d r a i n e d meadow a r e c a u s e d by t h e p o o r p e r f o r m a n c e 77 B open land OL (T) ^ fores t f l a t F F Q E 3 f o r e s t slope F S 0 5.5 F i n a l s t r a t i f i c a t i o n f o r snow s t o r a g e , C e n t r a l C r e e k w a t e r s h e d . 78 o f t h e M o u n t R o s e s a m p l e r u n d e r s l u s h y c o n d i t i o n s . F o r t h e c a l c u l a t i o f t h e w a t e r e q u i v a l e n t o f t h e s n o w p a c k i n s t r a t u m © , t h e v a l u e s o w e l l - d r a i n e d f o r e s t e d s i t e s w e r e t a k e n ( F F / F S ® ) i n s t e a d , w h i c h a s s u m e s t h a t snow d e n s i t y i s a c o n s t a n t f o r a l l s t r a t a . 700 e - 600 o 500 f 400 + 300 mean snow densities for different strata Central Creek watershed 1978 OL @ FS/OL ( 3 ) FS (2) OL @ FF/FS (?) snow pit (Meadow site) 95 V. conf. limits vchosen for surface lowering experiment 1 1 7 15/16 1 22/23 May — I 29/30 5/6 12/13 June — I 19/20 F i g . 5 . 6 Mean snow d e n s i t i e s f o r d i f f e r e n t s t r a t a ( M o u n t R o s e s a m p l e r , c o r r e c t e d ) . F i g . 5 . 7 s h o w s t h e c h a n g e o f t h e mean l i q u i d w a t e r e q u i v a l e n t o f t h e s n o w p a c k i n d i f f e r e n t s t r a t a t h r o u g h t h e s t u d y p e r i o d . The e r r o r b a r s g i v e n f o r t h e f i r s t c a s e (May 1 5 / 1 6 ) r e f e r t o t h e 95% - c o n f i d e n c e i n t e r v a l a b o u t t h e mean f o r t h e w h o l e s t r a t u m . H o w e v e r , i f t h e s e mean v a l u e s a r e u s e d a s a n i n d e x o f snow s t o r a g e , t h e y a r e much m o r e p r e c i s e 79 i n t h e i d e a l c a s e o f m e a s u r i n g s n o w d e p t h i n e x a c t l y t h e same h o l e s o f t h e snow s u r v e y o f t h e p r e v i o u s w e e k , t h e mean v a l u e s a r e p r e c i s e w i t h i n l e s s t h a n 10 mm W.E. 1400 1200 £ E > o (J o c c o > cr 1000 800 + 600 o 5 mean water equivalent of the snowcover in different strata Central Creek watershed 1978 95 7. confidence limits about mean for whole stratum T 400 + 200 f secondary stratum : 0L FF elevation belt : © elevation a.s. I. (m): 1310 1310 1350 FS CD 1500 May 15/16 May 22/23 May 29/30 June 5/6 June 12/13 June 19/20 June 26 June 30 FS/0L 0L CD © 1700 1850 F i g . 5.7 T e m p o r a l c h a n g e o f t h e w a t e r e q u i v a l e n t o f t h e snow p a c k i n d i f f e r e n t s t r a t a , C e n t r a l C r e e k w a t e r s h e d . 8 0 The v e r t i c a l g r a d i e n t o f snow s t o r a g e a b o v e 1 5 0 0 m a . s . l . i s i n t h e o r d e r o f 200 mm W . E . p e r 100 m b e t w e e n m i d - M a y and m i d - J u n e . The c o n s t a n c y o v e r t h i s p e r i o d i n d i c a t e s t h a t t h e e n e r g y a v a i l a b l e f o r m e l t a l o n g a v e r t i c a l t r a n s e c t i s f a i r l y u n i f o r m o v e r a l a r g e e l e v a t i o n d i f f e r e n c e . T h e snow wedge a b o v e 1 5 0 0 m c a n be e x p l a i n e d p r i m a r i l y a s a f u n c t i o n o f d i f f e r e n t i a l snow a c c u m u l a t i o n , t h e e l e v a t i o n o f t h e f r e e z i n g l e v e l b e i n g t h e k e y p a r a m e t e r . E x t r a p o l a t i o n o f t h e g r a d i e n t o f t h e snow wedge b e l o w 1 5 0 0 m down t o t h e meadow a t 1 3 0 0 m a . s . l . w o u l d i n d i c a t e s n o w f r e e c o n d i t i o n s a l r e a d y i n m i d - M a y . H o w e v e r , snow s t o r a g e i s m a r k e d l y i n c r e a s e d i n t h e l o w e s t e l e v a t i o n b e l t a s a b l a t i o n i s g r e a t l y r e d u c e d d u r i n g t h e w i n t e r m o n t h s t h r o u g h t h e s h a d i n g e f f e c t o f t h e r i d g e t o t h e s o u t h ( s e e F i g . 5 . 8 ) . As no s i g n i f i c a n t d i f f e r e n c e s i n p r e c i p i t a t i o n o v e r C e n t r a l C r e e k w a t e r s h e d w e r e r e c o r d e d ( s e e A p p e n d i x E . l ) d u r i n g t h e s t u d y p e r i o d , i t i s c o n c l u d e d t h a t d i f f e r e n c e s i n snow s t o r a g e p r i m a r i l y r e f l e c t d i f f e r e n c e s i n a b l a t i o n . p r o f i l e A - B (see Fig. 5.9); v e r t i c a l exaggeration = 1 . 6 o 2000 F i g . 5 . 8 S h a d i n g o f meadow a n d l o w e r s e c t i o n o f s o u t h - f a c i n g s l o p e o f C e n t r a l C r e e k w a t e r s h e d d u r i n g w i n t e r s o l s t i c e ( n o o n ) by r i d g e t o s o u t h . 81 C) P e r e n n i a l snow a n d i c e s t o r a g e When p r o c e e d i n g f r o m t h e C e n t r a l C r e e k t o t h e M i l l e r C r e e k w a t e r s h e d s c a l e , t r a n s i t i o n a l snow s t o r a g e i s s u p p l e m e n t e d by p e r e n n i a l snow and i c e s t o r a g e , f e e d i n g u p p e r M i l l e r C r e e k , M a c L e a n C r e e k a n d t o a r e d u c e d e x t e n t a l s o F i r C r e e k w i t h an " u n l i m i t e d " s o u r c e o f w a t e r : u n d e r f a v o u r a b l e c o n d i t i o n s , h i g h f l o w s u n t i l l a t e summer c a n be m a i n -t a i n e d . F i g . 5 . 9 shows t h e a r e a ! e x t e n t o f g l a c i e r s a n d p e r e n n i a l s n o w f i e l d s . T h e l o w e r a r e a s o f t h e g l a c i e r r e a c h i n g a s l o w a s 1 5 0 0 m a . s . l . a r e e s p e c i a l l y s t r o n g s o u r c e s o f w a t e r , a s t h e y become s n o w f r e e r e l a t i v e l y e a r l y i n t h e m e l t s e a s o n e x p o s i n g b a r e i c e s u r f a c e s w i t h r e d u c e d a l b e d o c o m p a r e d w i t h s n o w . The a r e a l e x t e n t o f t h e p e r e n n i a l snow f i e l d s r e f l e c t s t h e s t r o n g i n f l u e n c e o f r e d i s t r i b u t i o n o f snow by w i n d ( s n o w d r i f t s ) and t h e s h i e l d i n g f r o m s o l a r r a d i a t i o n by t h e s t e e p r i d g e s i n t h e s o u t h e r n p a r t o f t h e w a t e r s h e d . The g l a c i e r s a r e f e d t o a l a r g e e x t e n t b y snow a v a l a n c h e s f r o m t h e s t e e p n o r t h f a c i n g s l o p e s . 5 . 2 . ENERGY A V A I L A B I L I T Y A t t h e s i t e - s c a l e , t h e s i g n i f i c a n c e o f n e t r a d i a t i o n a s t h e p r i m a r y s o u r c e o f m e l t e n e r g y i s e x a m i n e d a n d d i s c u s s e d . Mean d a i l y a i r t e m p e r a t u r e i s t e s t e d f o r i t s v a l i d i t y as a s u r r o g a t e v a r i a b l e o f e n e r g y a v a i l a b i l i t y . A t t h e s m a l l w a t e r s h e d s c a l e i t i s e x a m i n e d , w h e t h e r t h e t e m p e r a t u r e a n d w a t e r v a p o u r f i e l d s s u p p o r t t h e t o p o c i i m a t i c c l a s s i f i c a t i o n i n t o v a l l e y b o t t o m , s o u t h - f a c i n g s l o p e , a n d r i d g e u n i t s . S n o w m e l t r a t e a s a d e p e n d e n t v a r i a b l e i s t h e n e x p r e s s e d a s a f u n c t i o n o f t h e s u r r o g a t e v a r i a b l e s c h a r a c t e r i z i n g t h e s e t o p o c l i m a t i c u n i t s . 5 . 9 P e r e n n i a l snow and i c e s t o r a g e , M i l l e r C r e e k w a t e r s h e d . 83 5 . 2 . 1 . Meadow s i t e A) S i g n i f i c a n c e o f n e t r a d i a t i o n The s i g n i f i c a n c e o f n e t r a d i a t i o n a s an i s o l a t e d e n e r g y s o u r c e f o r s n o w m e l t i s shown i n F i g . 5 . 1 0 w h i c h i s a p l o t o f t h e r e l a t i s h i p b e t w e e n d a i l y s n o w m e l t t o t a l s ( d e p e n d e n t v a r i a b l e ) a n d d a i l y n e t r a d i a t i o n t o t a l s ( i n d e p e n d e n t v a r i a b l e ) . The r e g r e s s i o n l i n e i s f o r c e d t h r o u g h t h e o r i g i n . The d a i l y s n o w m e l t t o t a l s w e r e c a l c u l a t e d a s t h e mean y i e l d o f a l l s n o w m e l t p a n s c o r r e c t e d f o r s y s t e m a t i c u n d e r - o r o v e r c a t c h ( f o r d e t a i l s r e f e r t o s e c t i o n 5 . 3 . 1 . ) and t h e d a i l y n e t r a d i a t i o n t o t a l s a r e e x p r e s s e d a s m e l t e q u i v a l e n t s c a l c u l a t e d a s o u t -l i n e d i n C h a p t e r I V . daily net radia t i o n to t a l ( m m m e l t e q u i v a l e n t ) F i g . 5 . 1 0 R e l a t i o n s h i p b e t w e e n d a i l y n e t r a d i a t i o n t o t a l s and mean d a i l y s n o w m e l t t o t a l s a t t h e Meadow s i t e , C e n t r a l C r e e k w a t e r s h e d . 8 4 G r o u p i n g o f t h e d a t a p o i n t s among f a i r , v a r i a b l e a n d o v e r c a s t c o n d i t i o n s d i d n o t g i v e c o n s i s t e n t d e v i a t i o n f r o m t h e r e g r e s s i o n l i n e . T h e s e r e s u l t s t h e r e f o r e do n o t s u p p o r t a d i s t i n c t i o n b e t w e e n " r a d i a t i o n " a n d " a d v e c t i o n " m e l t c o n d i t i o n s ( f a i r v s . v a r i a b l e a n d o v e r c a s t s k i e s ) , a s s u m i n g t h a t m e l t d u r i n g o v e r c a s t s k i e s i s p r i m a r i l y c a u s e d by t u r b u l e n t h e a t e x c h a n g e a n d n o t n e t r a d i a t i o n . T h e i n v e r s e o f t h e s l o p e o f t h e r e g r e s s i o n ' 1 i n e y i e l d s t h e p r o p o r t i o n o f s n o w m e l t ' e n e r g y p r o v i d e d by n e t r a d i a t i o n , 59% ± 8 % . T h i s v a l u e i s c o n s i d e r a b l y l e s s t h a n t h e v a l u e o f 90% r e p o r t e d by J o r d a n ( 1 9 7 8 ) . T h i s l a r g e d i f f e r e n c e ( a b o u t 30%) may r e f l e c t t h e d i f f e r e n c e i n t h e s e t t i n g o f t h e two s i t e s : J o r d a n ' s w a t e r s h e d l i e s i n t h e a l p i n e z o n e ( 1 9 0 0 m a . s . l . ) i n t e r s p e r s e d w i t h some t r e e i s l a n d s , w h i l e t h e Meadow s i t e l i e s w i t h i n t h e s u b a l p i n e z o n e ( 1 3 0 0 m a . s . l . ) s u r r o u n d e d by e x t e n s i v e f o r e s t e d a r e a s . I t i s s u g g e s t e d h e r e t h a t t h e 30% d i f f e r e n c e i s p r i m a r i l y a c c o u n t e d f o r by s e n s i b l e h e a t w h i c h i s a d v e c t e d t o t h e M e a d o w s i t e f r o m t h e s u r r o u n d i n g f o r e s t e d a r e a s . I t c o u l d a l s o r e f l e c t t h e d i f f e r e n c e b e t w e e n d o m i n a n t w e a t h e r c o n d i t i o n s d u r i n g t h e a b l a t i o n s e a s o n o f 1976 ( b e i n g v e r y w e t a n d e x t e n d i n g t i l l m i d - A u g u s t ) a n d 1 9 7 8 . B ) Mean d a i l y a i r t e m p e r a t u r e a s s u r r o g a t e v a r i a b l e F i g . 5 . 1 1 shows t h e r e l a t i o n s h i p b e t w e e n d a i l y s n o w m e l t t o t a l s a n d mean d a i l y a i r t e m p e r a t u r e a t t h e Meadow s i t e . The c o e f f i c i e n t o f d e t e r m i n a t i o n ( r = 0 . 8 3 ) i s s l i g h t l y h i g h e r t h a n t h a t f o r t h e m e l t v s . n e t r a d i a t i o n r e l a t i o n s h i p ( r = 0 . 7 6 ) , w h i c h , h o w e v e r , may be p a r t l y d u e t o t h e d i f f e r e n c e i n s a m p l e s i z e ( n = 2 3 v s . n = 2 0 ) . T h i s h i g h d e g r e e o f e x p l a n a t i o n g i v e n by a i r t e m p e r a t u r e t e n d s t o s u p p o r t t h e f i n d i n g a b o v e , t h a t s e n s i b l e h e a t a d v e c t e d t o t h e Meadow s i t e i s a s i g n i f i c a n t s o u r c e o f s n o w m e l t e n e r g y . I n a s t r o n g l y f o r e s t e d s u b a l p i n e 85 e n v i r o n m e n t , t h e r e f o r e , t h e s i m p l e . m e a s u r e o f mean d a i l y a i r t e m p e r a t u r e c a n be a s u r r o g a t e v a r i a b l e e x p r e s s i n g e n e r g y a v a i l a b i l i t y . 40 E E 30 4-E ~ 20 E 10 linear regression : melt M i (.U • 1.9 rl» 0.83 n = 24 3 4 5 6 mean daily air temperature (°C) Meadow site F i g . 5 . 1 1 R e l a t i o n s h i p b e t w e e n mean d a i l y a i r t e m p e r a t u r e and mean d a i l y s n o w m e l t t o t a l s a t t h e Meadow s i t e , C e n t r a l C r e e k w a t e r s h e d . 5 . 2 . 2 . C e n t r a l a n d M i l l e r C r e e k W a t e r s h e d s E n e r g y a v a i l a b i l i t y i s e x p e c t e d t o v a r y g r e a t l y o v e r a m o u n t a i n o u s w a t e r s h e d p r i m a r i l y d u e t o d i f f e r e n t i a l r a d i a t i o n l o a d i n g . C l i m a t i c u n i t s , w i t h i n w h i c h s i m i l a r a m o u n t s o f e n e r g y a r e a v a i l a b l e f o r m e l t , w e r e p r o p o s e d i n t h e i n t r o d u c t o r y c h a p t e r ( s e e F i g . 1 . 6 ) o n t h e b a s i s o f a s p e c t . I n t h i s s e c t i o n , a i r t e m p e r a t u r e and w a t e r v a p o u r 86 p r e s s u r e a s r e c o r d e d a t f i v e d i f f e r e n t l o c a t i o n s a l o n g a t r a n s e c t i n C e n t r a l C r e e k w a t e r s h e d ( s e e F i g . C . 2 i n A p p e n d i x ) a r e u s e d as s u r r o -g a t e v a r i a b l e s o f e n e r g y a v a i l a b i l i t y t o s u p p o r t t h e c l a s s i f i c a t i o n i n t o v a l l e y f l o o r a n d s o u t h - f a c i n g s l o p e c l i m a t e s . F i n a l l y we t e s t w h e t h e r t h e r e i s a c o n s i s t e n t r e l a t i o n s h i p b e t w e e n mean a i r t e m p e r a t u r e a n d w a t e r v a p o u r s t a t u s a s i n d e p e n d e n t v a r i a b l e s a n d mean s n o w m e l t r a t e as d e p e n d e n t v a r i a b l e f o r d i f f e r e n t s t r a t a l y i n g i n t h e v a l l e y f l o o r , s o u t h - f a c i n g s l o p e and r i d g e u n i t s . I f t h e r e l a t i o n s h i p i s c o n s i s t e n t , t h e p r o p o s e d c l a s s i f i c a t i o n i n t o v a l l e y f l o o r , s o u t h - f a c i n g s l o p e and r i d g e u n i t s i s m e a n i n g f u l i n e x p l a i n i n g s n o w m e l t r a t e s . A) T o p o c l i m a t i c u n i t s on t h e b a s i s o f t h e a i r t e m p e r a t u r e f i e l d  A p p e n d i x B g i v e s a c o m p l e t e r e c o r d o f t h e a i r t e m p e r a t u r e s ( t w o h o u r l y v a l u e s ) a t t h e f i v e d i f f e r e n t l o c a t i o n s w i t h i n t h e w a t e r s h e d o v e r t h e w h o l e s t u d y p e r i o d . F i g . 5 . 1 2 A & B show t h e mean d a i l y a i r t e m p e r a t u r e a n d t h e d i u r n a l a i r t e m p e r a t u r e r a n g e t h r o u g h o u t t h e s t u d y p e r i o d , r e s p e c t i v e l y . We c a n d i s t i n g u i s h d i f f e r e n t g e n e r a l b e h a v i o u r b e t w e e n c y c l o n i c a n d a n t i - c y c l o n i c c o n d i t i o n s : u n d e r c y c l o n i c c o n d i -t i o n s ( o v e r c a s t s k i e s ) t e m p e r a t u r e s and d i u r n a l t e m p e r a t u r e r a n g e s a r e l o w a n d l a p s e c o n d i t i o n s p r e v a i l . The f r e e z i n g l e v e l i s t h e same t h r o u g h o u t t h e b a s i n , a n d up t o 300 m b e l o w t h i s l e v e l p r e c i p i t a t i o n c a n be e x p e c t e d t o be i n t h e f o r m o f s n o w . U n d e r a n t i c y c l o n i c c o n d i t i o n s ( c l e a r s k i e s ) l a r g e d i f f e r e n c e s i n r a d i a t i o n l o a d i n g o c c u r o n t h e b a s i s o f d i f f e r e n t s l o p e s a n d a s p e c t s a s w e l l as d i f f e r e n c e s i n a l b e d o , c a u s i n g a d i f f e r e n t i a l h e a t i n g o f t h e s u r f a c e s and t h e a t m o s p h e r e , a n d t h e r m a l w i n d s a r e p r o d u c e d . As a r e s u l t , t h e v e r t i c a l t h e r m a l s t r a t i f i c a t i o n o f t h e a i r a s t y p i c a l o f c y c l o n i c c o n d i t i o n s i s t o t a l l y u p s e t . On 87 t h e b a s i s o f t h e c o u r s e o f t h e a i r t e m p e r a t u r e , t h r e e d i s t i n c t c l i m a t i c u n i t s c a n be i s o l a t e d f o r a n t i c y c l o n i c c o n d i t i o n s : 1 . ) v a l l e y f l o o r c l i m a t e : l a r g e s t d i u r n a l t e m p e r a t u r e r a n g e and l o w mean d a i l y t e m p e r a t u r e p r i m a r i l y d u e t o c o l d a i r d r a i n a g e f r o m t h e s l o p e s ( k a t a b a t i c w i n d s ) and p o n d i n g i n t h e v a l l e y b o t t o m c a u s i n g v e r y l o w n i g h t t e m p e r a t u r e s ; 2 . ) s l o p e c l i m a t e : l a r g e d i u r n a l t e m p e r a t u r e r a n g e a n d a s l i g h t d e c r e a s e i n mean d a i l y t e m p e r a t u r e w i t h h e i g h t ( s e e F i g . 5 . 1 2 A & B ) ; 3 . ) r i d g e c l i m a t e : l o w d i u r n a l t e m p e r a t u r e r a n g e , h i g h e s t d a i l y mean t e m p e r a t u r e s p r i m a r i l y d u e t o r e l a t i v e l y h i g h n i g h t t e m p e r a t u r e s : c o l d a i r d r a i n s away a n d i s c o n s t a n t l y r e p l a c e d by warm a i r f r o m a b o v e . F i g . 5 . 1 3 shows t h e d i f f e r e n c e i n t h e t i m i n g o f t h e a i r t e m p e r a t u r e maxima a t t h e s l o p e b o t t o m and t h e r i d g e l o c a t i o n s d u r i n g a n t i c y c l o n i c c o n d i t i o n s a n d c o m p l e t e s n o w c o v e r a t b o t h l o c a t i o n s . D e s p i t e t h e f a c t t h a t t h e R i d g e Top l o c a t i o n r e c e i v e s r a d i a t i o n b e f o r e t h e F o r e s t B o t t o m l o c a t i o n , t h e r e i s a d e l a y o f t h e R i d g e Top maximum t a m p e r a t u r e c o m p a r e d t o t h e o n e a t F o r e s t B o t t o m o f up t o f o u r h o u r s . T h i s d e l a y s u g g e s t s t h a t t h e l a k e t e m p e r a t u r e maximum a t R i d g e Top i s c a u s e d by a n a b a t i c w i n d s o r i g i n a t i n g o v e r t h e d a r k , f o r e s t e d s o u t h - f a c i n g s l o p e . The a b o v e t h r e e f o l d c l a s s i f i c a t i o n i n t o v a l l e y , s l o p e a n d r i d g e c l i m a t e s f o r a n t i c y c l o n i c c o n d i t i o n s i s a l s o s u p p o r t e d f o r t h e s t u d y p e r i o d a s a w h o l e by t h e m a g n i t u d e a n d f r e q u e n c y o f o v e r n i g h t 88 air temperature at different locations and general weather conditions Central Creek watershed 1978 Ridge Top ( 1 8 8 5 m a.s.l. ) Forest Top ( 1 7 3 5 m ) Forest Middle ( 1 5 4 0 m Forest Bottom (13 2 0 m Meadow site ( 1 3 0 0 m JUNE i diurnal air temperature range at different locations T Central Creek watershed 1978 20 f f F i g . 5 . 1 2 A) Mean d a i l y a i r t e m p e r a t u r e and B) D i u r n a l a i r t e m p e r a t u r e r a n g e a t d i f f e r e n t l o c a t i o n s d u r i n g t h e s t u d y p e r i o d , 1 9 7 8 , C e n t r a l C r e e k w a t e r s h e d . 89 f r o s t a s p r e s e n t e d i n T a b l e 5 . 2 . The l a r g e s t c o n t r a s t o c c u r s b e t w e e n t h e Meadow and F o r e s t B o t t o m s i t e s w i t h a d i f f e r e n c e i n e l e v a t i o n o f o n l y a b o u t 20 m, w h i c h d e m o n s t r a t e s t h e l i m i t e d v e r t i c a l e x t e n t o f t h e v a l l e y c l i m a t e u n i t . F i g . 5 . 1 3 D i u r n a l a i r t e m p e r a t u r e v a r i a t i o n s a t F o r e s t B o t t o m a n d R i d g e Top l o c a t i o n s , May 29 - J u n e 3 , 1978 ( a f t e r May 2 9 : c l e a r s k i e s ) . F i g . 5 . 1 4 shows t h e mean d a i l y v a p o u r p r e s s u r e a t d i f f e r e n t l o c a t i o n s d u r i n g t h e s t u d y p e r i o d . I t d o e s n o t s u p p o r t d i r e c t l y t h e c l a s s i f i c a t i o n s u g g e s t e d a b o v e , y e t i t e x e m p l i f i e s t h e l a r g e v a r i a b i l i t y o f t h e v a p o u r p r e s s u r e f i e l d b e t w e e n o p e n l a n d a n d f o r e s t e d a r e a s ( s e e Meadow s i t e a n d F o r e s t B o t t o m c a s e ) a s w e l l a s v a l l e y and r i d g e l o c a t i o n s . e l e v a t i o n a p p r o x i m a t e f r e q u e n c y (n) o f sum(S) o f n e g a t i v e m a g n i t u d e a b o v e s c r e e n l e v e l o v e r n i g h t f r o s t d a i l y minimum X s e a l e v e l (m) a t s c r e e n l e v e l a i r t e m p e r a t u r e f r e q u e n c y (m) ( p e r i o d o f 46 d a y s ) (OC) S x n ( o c ) R i d g e Top 1885 0 . 2 0 20 - 4 6 . 9 - 9 3 8 . 0 F o r e s t Top 1735 0 . 2 0 -> 1 . 7 0 23 - 5 4 . 1 - 1 2 4 4 . 3 F o r e s t M i d d l e 1540 0 . 2 0 -> 1 . 7 0 13 - 2 7 . 6 - 3 5 8 . 8 F o r e s t B o t t o m 1320 0 . 2 0 + 1 . 7 0 8 - 7 . 3 - 5 8 . 4 Meadow S i t e 1300 1 . 5 0 30 - 5 6 . 7 - 1 7 0 1 . 0 T a b l e 5 . 2 M a g n i t u d e a n d f r e q u e n c y o f o v e r n i g h t f r o s t a t s c r e e n l e v e l a t d i f f e r e n t s i t e s , May 12 - J u n e 2 6 , 1 9 7 8 . mean d a i l y v a p o u r p r e s s u r e a t d i f f e r e n t l o c a t i o n s C e n t r a l Creek w a t e r s h e d 1978 Ridge Top Forest Top Forest B o t t o m Meadow s i t e F i g . 5 . 1 4 Mean d a i l y w a t e r v a p o u r p r e s s u r e a t d i f f e r e n t l o c a t i o n s d u r i n g t h e s t u d y p e r i o d , 1 9 7 8 , C e n t r a l C r e e k w a t e r s h e d . 92 B) S n o w m e l t r a t e s a s a f u n c t i o n o f t o p o c l i m a t e H e r e i t i s e x a m i n e d w h e t h e r s n o w m e l t r a t e s a s d e p e n d e n t v a r i a b l e t a k e n o v e r o n e week p e r i o d s i n s t r a t a o f d i f f e r e n t c l i m a t i c u n i t s a r e a c o n s i s t e n t f u n c t i o n o f a i r t e m p e r a t u r e . S n o w m e l t r a t e s a r e b a s e d o n t h e s n o w c o u r s e d a t a t a k e n o v e r p e r i o d s o f o n e week ( ± o n e d a y ) . The 95% c o n f i d e n c e l i m i t s a b o u t t h e means a r e ± 1 mm W . E . i n t h e i d e a l c a s e , when s n o w d e p t h s w e r e m e a s u r e d a t p r e c i s e l y t h e same s i t e s a t e a c h s n o w c o u r s e l o c a t i o n , y e t ± 10 mm W . E . i n t h e w o r s t c a s e o f h a v i n g u s e d t h e same s n o w c o u r s e l o c a t i o n , b u t d i f f e r e n t s i t e s ( s e e a l s o C h . I V ) . When g a t h e r i n g t h e d a t a , a l a r g e e f f o r t was made t o f i n d t h e i d e n t i c a l l o c a t i o n s ( h o l e s ) t o m e a s u r e s n o w d e p t h , b u t n o t a l w a y s w i t h s u c c e s s . T h e e x a c t e r r o r l i m i t s t h e r e f o r e c a n n o t be a s s e s s e d i n r e t r o s p e c t , b u t t h e y w i l l l i e s o m e w h e r e b e t w e e n t h e t w o e x t r e m e v a l u e s . The r e s u l t s a r e s u m m a r i z e d i n F i g . 5 . 1 5 . The f o l l o w i n g o b s e r v a t i o n s c a n be m a d e : V . ) M e l t r a t e s o f t h e o p e n l a n d s t r a t a (OL 0 a n d OL © ) a r e g e n e r a l l y a b o v e t h e r e g r e s s i o n l i n e i n d i c a t i n g t h a t f o r a g i v e n t e m p e r a t u r e , m o r e e n e r g y i s a v a i l a b l e f o r m e l t i n o p e n a r e a s . I n p a r t i c u l a r , c o m p a r i s o n o f t h e m e l t r a t e s o f o p e n l a n d a n d f o r e s t i n t h e v a l l e y b o t t o m (OL © a n d FF © , b o t h a s a f u n c t i o n o f t h e Meadow s i t e t e m p e r a t u r e ) s h o w s t h a t m e l t r a t e s i n t h e f o r e s t e n v i r o n m e n t a r e r e d u c e d by a b o u t 25% o v e r t h e o p e n l a n d v a l u e s . 2 . ) No c o n n e c t i o n b e t w e e n w a t e r v a p o u r s t a t u s ( c o n d e n s a t i o n , n e u t r a l o r e v a p o r a t i o n c o n d i t i o n s o v e r a m e l t i n g snow s u r f a c e , s e e F i g . 5 . 1 4 ) a n d m e l t . r a t e s c o u l d be e s t a b l i s h e d f o r a g i v e n a i r t e m p e r a t u r e . T h i s c o n f i r m s t h e f i n d i n g p a r t l y s t a t e d a b o v e , t h a t mean d a i l y snowmelt rates in different s t r a t a , Central Creek watershed 1978 topoclimatic unit met. station stratum -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 mean air temperature ( d u r i n g one week p e r i o d ) (°C) evaporation conditions dominant — -* neutral to condensation conditions dominant »• F i g . 5 . 1 5 S n o w m e l t r a t e s a s a f u n c t i o n o f a i r t e m p e r a t u r e f o r d i f f e r e n t s t r a t a i n C e n t r a l C r e e k w a t e r s h e d . 94 v a p o u r p r e s s u r e a n d v a p o u r s t a t u s a s a n i n d i r e c t m e a s u r e d e r i v e d f r o m i t a r e n o t s i g n i f i c a n t v a r i a b l e s i n e x p l a i n i n g m e l t r a t e s . I t i s c l e a r , h o w e v e r , f r o m t h e d a t a t h a t e v a p o r a t i o n c o n d i t i o n s a r e d o m i n a n t a t mean d a i l y a i r t e m p e r a t u r e s b e l o w 3 ° C , w h i l e n e u t r a l a n d c o n d e n s a t i o n c o n d i t i o n s p r e v a i l a t t e m p e r a t u r e s a b o v e 4 ° C . 3 . ) D a t a p o i n t s f r o m d i f f e r e n t c l i m a t i c u n i t s a r e n o t s y s t e m a t i c a l l y c l u s t e r e d a b o v e o r b e l o w t h e r e g r e s s i o n l i n e i n F i g . 5 . 1 5 . T h i s i n d i c a t e s t h a t f o r e a c h c l i m a t i c u n i t t h e r e i s t h e same g e n e r a l r e l a t i o n s h i p b e t w e e n a i r t e m p e r a t u r e a n d m e l t r a t e s , t h e r e f o r e s u p p o r t i n g t h e p r o p o s e d c l i m a t i c c l a s s i f i c a t i o n . I t i s d i f f i c u l t i f n o t i m p o s s i b l e , h o w e v e r , t o a s s e s s t h e s i g n i f i c a n c e o f t h i s s t a t e m e n t b e c a u s e o f t h e g r e a t u n c e r t a i n t y a b o u t t h e e r r o r l i m i t s o f t h e m e l t r a t e s . 5 . 3 . STREAMFLOW R e s u l t s c o n c e r n i n g t h e g e n e r a t i o n o f m e l t w a t e r a r e f i r s t d i s -c u s s e d a t t h e s i t e s c a l e . The i n f l u e n c e o f t h e s n o w p a c k i s e x a m i n e d i n r e s p e c t t o v a r i a b i l i t y o f p e r c o l a t i o n , t i m i n g o f t h e m e l t w a v e and r e c e s s i o n c o n s t a n t s . The r e s p o n s e t o m e l t e v e n t s a t t h e C e n t r a l a n d M i l l e r C r e e k w a t e r s h e d s c a l e s i s t h e n d i s c u s s e d i n t e r m s o f s t r e a m f l o w r e g i m e , t i m i n g o f p e a k f l o w a n d r e c e s s i o n c o n s t a n t s . 5 . 3 . 1 . Meadow S i t e : r e s p o n s e a t t h e b a s e o f t h e s'nowpack  A)- V a r i a b i l i t y i n p e r c o l a t i o n 2 D e s p i t e t h e l a r g e s u r f a c e a r e a (1 m ) o f t h e m e l t p a n s , l a r g e d i f f e r e n c e s i n c a t c h w e r e r e c o r d e d . F i g . 5 . 1 6 shows t h e d e v i a t i o n s o f t h e m e l t p a n c a t c h e s f r o m r e f e r e n c e a b l a t i o n a s o b t a i n e d by s u r f a c e l o w e r i n g m e a s u r e m e n t s . T h e s e r e s u l t s c o n f i r m t h e f i n d i n g s o f J o r d a n ( 1 9 7 8 ) who a l s o f o u n d a l a r g e v a r i a b i l i t y ( i n h i s c a s e an o v e r c a t c h o f 95 50%) f o r l a r g e snow d e p t h s a b o v e t h e m e l t p a n , y e t n e a r l y c o r r e c t c a t c h f o r l o w snow d e p t h a f t e r t h e m e l t o u t o f s i g n i f i c a n t i c e l a y e r s , w h i c h had d e f l e c t e d w a t e r p e r c o l a t i o n . The m e a s u r e m e n t o f e x a c t s n o w m e l t t o t a l s f o r s h o r t p e r i o d s o f t i m e ( u p t o o n e d a y ) r e m a i n s a d i f f i c u l t e n d e a v o u r . 60 + 50 + AO 30 + 20 + 1 10 + c a w E 10 + | -20 + 1 -30 + -o -AO -50 + -60 I n=A © n = 17 © n»10 when daily melt = 10 mm W£. V -i 30 mm WE. © n = 5 •*- reference ablation as obtained by +• surface lowering measurements T 9 5 V . confidence limits for daily melt totals (Z) melt pan No. F i g . 5 . 1 6 D e v i a t i o n o f m e l t p a n c a t c h f r o m r e f e r e n c e a b l a t i o n ( s u r f a c e l o w e r i n g ) . B) T i m i n g o f t h e p e a k o f t h e m e l t w a v e W i t h t h e a s s u m p t i o n i n m i n d t h a t n e t r a d i a t i o n i s t h e p r i m a r y s o u r c e f o r s n o w m e l t , t i m i n g o f t h e m e l t p e a k was e x a m i n e d w i t h r e s p e c t t o t h e p e a k o f n e t r a d i a t i o n f o r d i f f e r e n t s n o w d e p t h s ( F i g . 5 . 1 7 ) 96 I n c o m p a r i s o n w i t h d a t a a s e x t r a c t e d f r o m C o l b e c k and D a v i d s o n ( 1 9 7 3 ) , l o n g e r d e l a y s o f t h e m e l t w a v e p e a k s a r e o b s e r v e d . P o s s i b l e s o u r c e s o f t h e l a r g e s c a t t e r i n g a r e t h e o t h e r e n e r g y s o u r c e s a p a r t f r o m n e t r a d i a t i o n , i r r e g u l a r i t i e s i n m e l t w a t e r p e r c o l a t i o n and i n s u f f i c i e n t m e a s u r e m e n t s . I t i s s u g g e s t e d t h a t , e v e n on t y p i c a l r a d i a t i o n m e l t d a y s , s e n s i b l e a n d l a t e n t h e a t a d v e c t e d t o t h e meadow c o n s t i t u t e a m a j o r e n e r g y s o u r c e , p e a k i n g r a t h e r l a t e i n t h e a f t e r n o o n . - 3 a <u E '•= 2 1 \-time lag between net radiation peak and melt flux peak for different snow depths , Meadow site, 1978 OCD O O O O o O O O o o o o o O A o -9 . A data based on Colbeck and Davidson (1973) r r 0.5 1 - r r 1.5 2 snow depth (m) F i g . 5 . 1 7 T i m e l a g b e t w e e n n e t r a d i a t i o n p e a k a n d m e l t f l u x p e a k f o r d i f f e r e n t snow d e p t h s . C) R e c e s s i o n c o n s t a n t s F o l l o w i n g t h e p e a k o f t h e m e l t w a v e , t h e r e l e a s e o f m e l t w a t e r f r o m t h e s n o w p a c k c a n be d e s c r i b e d by t h e r e c e s s i o n c o n s t a n t ( t * ) a s i n t r o d u c e d i n C h . I I I . I n F i g . 5 . 1 8 , r e c e s s i o n c o n s t a n t s a r e g i v e n 97 a s a f u n c t i o n o f s n o w d e p t h . T h e y a r e c l e a r l y b e l o w t h e v a l u e s b a s e d on t h e d a t a o f C o l b e c k a n d D a v i d s o n ( 1 9 7 3 ) , r e f l e c t i n g t h e c o a r s e r t e x t u r e a n d l o w e r w a t e r - h o l d i n g c a p a c i t y o f t h e s n o w p a c k . T h i s h i g h r e s p o n s i v e -n e s s s u p p o r t s t h e h y p o t h e s i s t h a t o t h e r e n e r g y s o u r c e s a p a r t f r o m n e t r a d i a t i o n a r e r e s p o n s i b l e f o r t h e t i m i n g o f t h e m e l t p e a k a t t h e s u r f a c e a n d c o n s e q u e n t l y a t t h e b a s e o f t h e s n o w p a c k . 25 + - 204 15 + 10 5 + recession constant I * (base of 10) of the meltwater release from the snowpack for different snow depths. Meadow site 1978 o • O o w o o o 0 o 0.5 data based on Colbeck and Davidson (1973) J 1.5 2 snow depth above melt pan (m) F i g . 5 . 1 8 R e c e s s i o n c o n s t a n t s o f t h e m e l t w a t e r r e l e a s e f r o m t h e s n o w p a c k f o r d i f f e r e n t snow d e p t h s . 5 . 3 . 2 . S t r e a m f l o w o f C e n t r a l a n d M i l l e r C r e e k s S t r e a m f l o w o f C e n t r a l C r e e k d i f f e r s b a s i c a l l y f r o m t h a t o f M i l l e r C r e e k , a s i t shows a n i v a l r e g i m e , i . e . , i t shows t h e e f f e c t o f t r a n s i t i o n a l snow s t o r a g e b e i n g d e p l e t e d t h r o u g h t h e m e l t s e a s o n . M i l l e r C r e e k , h o w e v e r , i s d o m i n a t e d by a n i v a l r e g i m e o n l y a t t h e o n s e t o f t h e m e l t s e a s o n , a n d p r o g r e s s i v e l y moves t o w a r d a p r o g l a c i a l r e g i m e : 98 u n d e r f a v o u r a b l e m e l t c o n d i t i o n s , s t r e a m f l o w r e m a i n s h i g h d u e t o t h e r e l e a s e f r o m i c e s t o r a g e . On t h e b a s i s o f s i m p l e h y d r o g r a p h a n a l y s i s , t h e d o m i n a n t mode o f s t r e a m f l o w g e n e r a t i o n c a n be i s o l a t e d f o r C e n t r a l C r e e k : i t i s t h e g r a d u a l r e l e a s e f r o m swampy t e r r a i n . S t r e a m f l o w o f M i l l e r C r e e k , h o w e v e r , i s more c o m p l e x s h o w i n g c h a r a c t e r i s t i c s o f l a k e and c h a n n e l s t o r a g e , a n d no d o m i n a n t mode o f s t r e a m f l o w g e n e r a t i o n c a n be d e t e r m i n e d o n t h e b a s i s o f c o n v e n t i o n a l h y d r o g r a p h a n a l y s i s . A) N i v a l v s . p r o g l a c i a l r e g i m e F i g . 5 . 1 9 shows t h e s t r e a m f l o w o f C e n t r a l a n d M i l l e r C r e e k s o v e r t h e w h o l e summer ( n o t e c h a n g e i n s c a l e b e t w e e n t h e t w o d i s c h a r g e a x e s ) . C e n t r a l C r e e k m a n i f e s t s a n i v a l r e g i m e : a f t e r J u n e 1 5 t h , t h e r e i s c l e a r e v i d e n c e f o r t h e d e p l e t i o n o f t h e s n o w c o v e r i n t h e l o w e r p a r t s o f t h e w a t e r s h e d , r e s u l t i n g i n a l o w , g r a d u a l l y f a l l i n g s t r e a m f l o w d e v o i d o f d a i l y f l u c t u a t i o n s due t o m e l t e v e n t s . I t i s i m p o r t a n t t o n o t e , h o w e v e r , t h a t a b o v e 1 6 0 0 m a . s . l . snow s t o r a g e i s w i d e - s p r e a d ( s e e S e c t i o n 5 . 1 . 2 . ) u n t i l e n d o f J u n e , y e t m e l t w a t e r i n p u t s o v e r t h e s e s n o w -c o v e r e d a r e a s a r e n o t t r a n s m i t t e d t o t h e c h a n n e l n e t w o r k f a s t e n o u g h t o p r o d u c e a d i u r n a l v a r i a t i o n . T h e s e s n o w - c o v e r e d a r e a s a r e n o n - r e s p o n s i v e h y d r o l o g i c a l l y ( f o r d e f i n i t i o n , s e e C h . 3 ) . E a r l y i n t h e m e l t s e a s o n , M i l l e r C r e e k shows a n i v a l r e g i m e , u n t i l m i d - J u n e , s t r e a m f l o w i s d o m i n a t e d by t h e m e l t i n g o f t h e t r a n s i t i o n a l s n o w c o v e r i n t h e l o w - l y i n g a r e a s o f t h e w a t e r s h e d . By t h e e n d o f J u n e , h o w e v e r , t h e r e l e a s e o f m e l t w a t e r f r o m t h e g l a c i e r s ( i n d i c a t e d by h i g h s e d i m e n t l o a d s ) d o m i n a t e s t h e s t r e a m f l o w , a n d M i l l e r C r e e k shows a p r o g l a c i a l r e g i m e . F i g . 5 . 1 9 S t r e a m f l o w o f C e n t r a l a n d M i l l e r C r e e k s , 1 9 7 8 . TOO E x t r e m e l y f a v o u r a b l e m e l t c o n d i t i o n s m a i n t a i n h i g h s t r e a m f l o w u n t i l m i d - A u g u s t , a n d h e a v y l a t e summer r a i n s d o m i n a t e t h e s t r e a m h y d r o -g r a p h a f t e r m i d - A u g u s t u n t i l t h e e n d o f t h e summer s e a s o n . B) T i m i n g o f p e a k s t r e a m f l o w H e r e , o n l y p e a k s t r e a m f l o w i n r e s p o n s e t o snow a n d g l a c i e r m e l t e v e n t s a r e d i s c u s s e d . F i g . 5 . 2 0 shows t h e v a r i a t i o n o f t h e t i m i n g o f p e a k s t r e a m f l o w f o r C e n t r a l and M i l l e r C r e e k s . D a t a f o r M i l l e r C r e e k a r e s p a r s e b e f o r e t h e b e g i n n i n g o f J u n e , b e c a u s e t h e r e was s e l d o m a p r o n o u n c e d p e a k f l o w , b u t r a t h e r a g r a d u a l i n c r e a s e t o a p l a t e a u v a l u e w i t h o u t a c l e a r t i m i n g a s s o c i a t e d w i t h i t . F o r t h e Meadow s i t e , t h e t i m i n g o f t h e m e l t w a v e p e a k a t t h e b a s e o f t h e s n o w p a c k i s a d d e d f o r c o m p a r i s o n p u r p o s e s . B e f o r e May 3 1 , m e l t f l u x m e a s u r e m e n t s w e r e t a k e n a t h i g h e r l e v e l s w i t h i n t h e s n o w p a c k . T i m i n g o f t h e m e l t w a v e p e a k a t t h e g r o u n d l e v e l i s t h e r e f o r e unknown ( e x c e p t f o r May 1 9 t h ) . When m o v i n g f r o m one s c a l e t o a n o t h e r , d i s t i n c t c h a n g e s o f t h e t i m i n g do o c c u r : C e n t r a l C r e e k p e a k e d a p p r o x i m a t e l y t h r e e t o f o u r h o u r s a f t e r t h e m e l t w a v e a t t h e b a s e o f t h e s n o w p a c k . W h i l e t h e t i m i n g was c o n s t a n t b e f o r e t h e e n d o f M a y . ( 2 0 : 0 0 - 2 1 : 0 0 ) , t h e r e was a s i g n i -f i c a n t s h i f t t o e a r l i e r t i m e s a s a d i r e c t r e s p o n s e t o t h e t h i n n i n g o f t h e s n o w p a c k a n d t h e d e v e l o p m e n t o f a more e f f i c i e n t f l o w p a t h s y s t e m b e n e a t h t h e s n o w p a c k . The t i m i n g o f t h e p e a k f l o w a p p e a r s t o be d i r e c t l y r e l a t e d t o t h e c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e w a t e r s u p p l y , a n d t h e r e f o r e a s s u m e d t o be t h e r e s u l t o f d i r e c t e v e n t r u n o f f f r o m t h e a r e a s i m m e d i a t e l y a d j a c e n t t o t h e c h a n n e l n e t w o r k . The p e a k f l o w o f M i l l e r C r e e k o c c u r r e d a r o u n d m i d n i g h t i n May a n d l a t e J u n e , y e t i n e a r l y J u n e , i t s h i f t e d t o a r o u n d 2 1 : 0 0 a n d e a r l i e r d u e t o t h e d o m i n a n t i n f l u e n c e o f C e n t r a l C r e e k -0 » time of melt peak, 1978 • Miller Creek • Central Creek a base of snowpack/ Meadow site 2 3 0 0 2 2 0 0 2 1 0 0 2 0 0 0 1 9 0 0 1 8 0 0 1 7 0 0 1 6 0 0 1 5 0 0 U 0 0 1 3 0 0 AA A A A • A AA • A AAA A-A— 1 AA A AA A A • A • A A —A • S B 1 0 •• » 1 • 1 1 1 5 2 0 2 5 3 0 1 — 5 1 1 I I 1 0 1 5 2 0 2 5 1 5 — T -| T -1 0 1 5 2 0 — I r 2 5 3 0 1 — 5 1 1 1 1 0 1 5 2 0 1 t 2 5 3 0 T r -5 1 0 MAY JUNE JULY AUGUST SEPT. F i g . 5 . 2 0 T i m i n g o f p e a k s t r e a m f l o w f o r C e n t r a l a n d M i l l e r C r e e k s a n d t i m i n g o f m e l t wave p e a k a t t h e b a s e o f s n o w p a c k a t Meadow s i t e , 1 9 7 8 . 102 s t r e a m f l o w . A f t e r t h e e n d o f J u n e , t h e r e i s a s t e a d y s h i f t t o w a r d s e a r l i e r t i m i n g a s a r e s u l t o f i n c r e a s e d r e s p o n s i v e n e s s o f t h e g l a c i e r s . C) R e c e s s i o n c o n s t a n t s The r e c e s s i o n c o n s t a n t ( t * ) a s a n o t h e r m e a s u r e o f t h e s t r e a m h y d r o g r a p h i s m o s t a p p r o p r i a t e , when t h e r e c e s s i o n s f o l l o w an e x p o n e n t i a l d e c a y f u n c t i o n ( r e l e a s e f r o m a l i n e a r r e s e r v o i r ) . C e n t r a l C r e e k r e c e s -s i o n s c o n s i s t e n t l y m a n i f e s t a l i n e a r b e h a v i o u r , w h i l e M i l l e r C r e e k 3 -1 r e c e s s i o n s a r e l i n e a r o n l y t o some e x t e n t : a t h i g h f l o w s ( a b o v e 6 m s ) , i r r e g u l a r r e c e s s i o n c u r v e s o c c u r f r e q u e n t l y w h i c h a r e a s s o c i a t e d w i t h i n s i g n i f i c a n t i n t e r m i t t e n c y . T h e s e i r r e g u l a r r e c e s s i o n s a r e t h e r e f o r e e x c l u d e d f r o m t h e d i s c u s s i o n b e l o w . F i g s . 5 . 2 1 and 5 . 2 2 show t h e r e c e s -s i o n l i m i t s o f C e n t r a l a n d M i l l e r C r e e k s f o r s i g n i f i c a n t i n t e r m i t t e n t e v e n t s . The r e l a t i o n s h i p b e t w e e n r e c e s s i o n c o n s t a n t s and d i s c h a r g e a r e g i v e n i n F i g s . 5 . 2 3 a n d 5 . 2 4 f o r m e l t a n d r a i n e v e n t s , a n d i n T a b l e 5 . 3 , r e c e s s i o n c o n s t a n t s a r e s u m m a r i z e d a n d c o m p a r e d . C e n t r a l C r e e k shows u n i f o r m . r e c e s s i o n s u n t i l t h e e n d o f M a y , a n d t w o - f o l d r e c e s s i o n s f r o m t h e e n d o f May u n t i l m i d J u n e . R e c e s s i o n s o f t h e u n i f o r m t y p e and t h e i n i t i a l r e c e s s i o n s o f t h e t w o - f o l d t y p e f o l l o w t h e g e n e r a l t r e n d o f s h o r t r e c e s s i o n s a t h i g h f l o w s t o l o n g r e c e s s i o n s a t l o w f l o w . T h e b r e a k i n s l o p e o f t h e t w o - f o l d t y p e r e c e s s i o n s c o n s i s t e n t l y o c c u r s f i v e t o s i x h o u r s a f t e r p e a k f l o w r e g a r d l e s s o f t h e l e v e l o f d i s c h a r g e . I t i s e v i d e n t , t h e r e f o r e , t h a t t h e c h a n g e i n s l o p e i s n o t t h e r e s u l t o f r e a c h i n g a c e r t a i n t h r e s h o l d l e v e l o f d i s c h a r g e , b u t t h e m a n i f e s t a t i o n o f t h e r e l e a s e f r o m a d i f f e r e n t r e s e r v o i r . The t w o - f o l d r e c e s s i o n may be a s s o c i a t e d w i t h t h e e a r l y m e l t i n g o f t h e l o w e s t f o r e s t s l o p e s t r a t u m ( F S (D) a n d t h e p r e f e r e n t i a l m e l t o u t o f t h e meadow a l o n g t h e c h a n n e l n e t w o r k ( s e e F i g s . 5 . 3 and 5 . 4 ) . F i g . 5 . 2 1 R e c e s s i o n s o f C e n t r a l C r e e k , 1 9 7 8 . recession limbs Miller Creek 1978 F i g . 5 . 2 2 S e l e c t e d r e c e s s i o n s o f M i l l e r C r e e k , 1 9 7 8 . 105 0.8 0.7 • recession constants at dilferent peak flows Central Creek 1978 melt events : A uniform recession ( f ) A t.w.o-fold recession: .initial (t*) o II •» : secondary (t^) summer rain events : • uniform recession (t*) • two-fold recession: initial (t*) e 'i n : secondary (t*) 0.6 0.5-- 0.4 • i o 0.3 0.2 4-A A A A A e A 1 r-0.1 0 50 100 150 200 250 recession constant t* (h) F i g . 5 . 2 3 R e l a t i o n s h i p b e t w e e n r e c e s s i o n c o n s t a n t s and d i s c h a r g e , C e n t r a l C r e e k . 106 recession constants at different peakflows Miller Creek 1978 • melt events • rain events • • • •• • • •• • ' : i 1 " 1 1 1 r — 5 0 100 150 200 250 300 '350 400 recession constant t* (h) 450 500 550 F i g . 5 . 2 4 R e l a t i o n s h i p b e t w e e n s e l e c t e d r e c e s s i o n c o n s t a n t s a n d d i s c h a r q e M i l l e r C r e e k . 107 recession constant t* (hours) mean cases standard range w deviation Date (1978) Meadow Site base of snowpack (snowdepths 10 - 68 cm) 5.1 8 1.8 2.3 - 7.6 May 31 - June 7 Central Creek uniform recessions twofold recessions - Init ial - secondary 160 10 22 129 - 200 82 12 34 44 - 138 171 13 32 120 - 226 May 8 - May 29 (excl. May 28) May 28 - June 11 (excl. May 29) Miller Creek high flows (above 3 m /sec) low flows (0.7 - 3 m3/sec) 111 44 37 41 - 214 237 19 121 127 ~ 550 June 1 - Sept. 4 May 7 - 3 1 ; June 14, 16; Sept. 6 - 2 0 . Table 5.3 Comparison of recession constants. 108 The s e c o n d a r y r e c e s s i o n s a s s u m e s i m i l a r v a l u e s t o t h e r e c e s -s i o n s o f t h e u n i f o r m t y p e w h i c h a r e g e n e r a l l y h i g h f o r t h e s i z e o f t h e b a s i n . The l o n g r e c e s s i o n s i d e n t i f y t h e d o m i n a n t mode o f r u n o f f g e n e r a -t i o n , w h i c h i s t h e d e l a y e d r e s p o n s i v e o u t f l o w f r o m swampy t e r r a i n . T h i s o u t f l o w f r o m d e p r e s s i o n s t o r a g e i s a d i s t i n c t l y d i f f e r e n t p r o c e s s f r o m t h e o u t f l o w o f m e l t w a t e r f r o m t h e s n o w p a c k w i t h r e c e s s i o n c o n s t a n t s s m a l l e r by more t h a n an o r d e r o f m a g n i t u d e , a n d t h e r e f o r e s h o w s no d i r e c t d e p e n d e n c e on s n o w p a c k t h i c k n e s s . D u r i n g t h e summer when t h e swampy a r e a s w e r e much more c o n f i n e d , t h e b a s i n showed a m a r k e d l y d i f f e r e n t h y d r o l o g i c r e s p o n s e t o r a i n e v e n t s : t h e s h o r t r e c e s s i o n s r e v e a l a ' f l a s h i e r ' h y d r o l o g i c r e s p o n s e . M i l l e r C r e e k r e c e s s i o n s t e n d t o be s h o r t f o r h i g h f l o w s a n d l o n g f o r l o w f l o w s , a n d a g r o u p i n g o f t h e r e c e s s i o n c o n s t a n t s a b o v e and 3 -1 b e l o w t h e t h r e s h o l d d i s c h a r g e - v a l u e o f 3 m s seems a p p r o p r i a t e ( s e e F i g . 5 . 2 4 and T a b l e 5 . 3 ) . The h i g h f l o w r e c e s s i o n c o n s t a n t s w i t h mean v a l u e o f a b o u t 110 h a r e somewhat s h o r t e r t h a n t h e u n i f o r m a n d s e c o n d a r y r e c e s s i o n s o f C e n t r a l C r e e k w i t h v a l u e s o f 160 h t o 170 h , s h o w i n g t h e d e c r e a s e d i n f l u e n c e o f t h e swampy a r e a s i n t h e v a l l e y b o t t o m i n d o m i n a t i n g t h e r e c e s s i o n s . F o r M i l l e r C r e e k , t h e r e i s no s i g n i f i c a n t c h a n g e i n t h e r e c e s s i o n c o n s t a n t s w i t h t h e d e p l e t i o n o f s n o w c o v e r . F u r t h e r m o r e , r u n o f f g e n e r a t i o n c a n n o t be t r a c e d b a c k t o one d o m i n a n t p r o c e s s on t h e b a s i s o f t r a d i t i o n a l r e c e s s i o n a n a l y s i s . 5 . 4 . SUMMARY The g e n e r a l theme o f t h i s t h e s i s i s t h e m anner a n d r a t e o f r e l e a s e o f m e l t w a t e r f r o m snow a n d i c e . T h i s r e l e a s e o f m e l t w a t e r i n g e n e r a l i s v i e w e d a s a f u n c t i o n o f t h e i n d e p e n d e n t v a r i a b l e s ( i ) snow 109 and i c e s t o r a g e , ( i i ) e n e r g y a v a i l a b i l i t y a n d ( i i i ) r u n o f f g e n e r a t i o n p a t h w a y s ( r e f e r t o C h . I ) . The r e s u l t s a s s e m b l e d i n t h i s c h a p t e r i n d i c a t e some i m p o r t a n t f u n c t i o n a l r e l a t i o n s h i p s a t t h e m i c r o - , s m a l l -a n d m e s o - s c a l e s a s s u m m a r i z e d b e l o w . A) A t t h e s i t e - s c a l e : The r e l e a s e o f m e l t w a t e r a t t h e b a s e o f t h e s n o w p a c k i s shown t o be p r i m a r i l y a f u n c t i o n o f ( i ) snow d e p t h , snow d e n s i t y , i c e l e n s i n g a n d l a y e r i n g , ( i i ) n e t r a d i a t i o n and a d v e c t e d s e n s i b l e a n d l a t e n t h e a t , a n d ( i i i ) v e r t i c a l p a t h w a y s t h r o u g h t h e s n o w p a c k . B) A t t h e s m a l l w a t e r s h e d s c a l e : S t r e a m f l o w i s p r i m a r i l y a f u n c t i o n o f ( i ) snow p h e n o l o g y , ( i i ) t o p o c l i m a t i c u n i t d i s t r i b u t i o n , and ( i i i ) v a r i a b l e r u n o f f g e n e r a t i o n p a t h w a y s . C) A t t h e meso w a t e r s h e d s c a l e : S t r e a m f l o w i s shown t o be p r i m a r i l y a f u n c t i o n o f ( i ) snow a n d i c e p h e n o l o g y , ( i i ) t o p o c l i m a t i c u n i t d i s t r i b u t i o n , ( i i i ) l a k e and c h a n n e l s t o r a g e m e c h a n i s m s a n d ( i v ) v a r i a b l e r u n o f f g e n e r a t i o n p a t h w a y s . no CHAPTER VI 6 . C O N C L U S I O N S T h i s s t u d y h a s e x a m i n e d t h e f a c t o r s c o n t r o l l i n g t h e r e l e a s e o f m e l t w a t e r f r o m snow a n d i c e s t o r a g e i n an a l p i n e / s u b a l p i n e e n v i r o n -ment when m o v i n g f r o m t h e s i t e s c a l e t o a s m a l l - o r m e s o - s c a l e w a t e r s h e d 2 o f a p p r o x i m a t e l y 23 km . I t a t t e m p t s t o show t o w h a t e x t e n t t h e r e l e a s e o f m e l t w a t e r ( e x p r e s s e d a s m e l t r a t e s and s t r e a m f l o w ) i s a f u n c t i o n o f v a r i a b l e s s u c h as t h e d i s t r i b u t i o n o f snow and i c e s t o r a g e , e n e r g y a v a i l a b i l i t y a n d s t r e a m f l o w g e n e r a t i o n a t d i f f e r e n t s p a t i a l s c a l e s . T h i s s t u d y s u p p o r t s t h e d i s t i n c t i o n b e t w e e n m i c r o - s c a l e and s m a l l - s c a l e d o m a i n s o f t h e e a r t h - a t m o s p h e r e s y s t e m a s p r o p o s e d i n t h e i n t r o d u c t o r y c h a p t e r , a s i t c o n f i r m s a s i g n i f i c a n t d i f f e r e n c e i n s y s t e m b e h a v i o u r a t t h e s i t e - a n d s m a l l - w a t e r s h e d s c a l e s . T h i s s t u d y a l s o c l a r i f i e s t h e u n c e r t a i n t y i n c l a s s i f y i n g M i l l e r C r e e k w a t e r s h e d , l y i n g i n t h e t r a n s i t i o n a l z o n e b e t w e e n s m a l l - a n d m e s o - s c a l e d o m a i n s ( s e e F i g . 1 . 2 ) . The p r e s e n c e o f i c e s t o r a g e , t h e h i g h e r c o m p l e x i t y o f t o p o g r a p h y as c o m p a r e d t o C e n t r a l C r e e k b a s i n a n d t h e i n f l u e n c e o f l a k e a n d c h a n n e l s t o r a g e g i v e s M i l l e r C r e e k w a t e r s h e d c h a r a c t e r i s t i c s o f a m e s o - s c a l e b a s i n . 6 . 1 SNOW AND ICE STORAGE A t t h e s i t e s c a l e , t h e n a t u r e o f t h e snow c o v e r i s o f p r i m e c o n c e r n . A l r e a d y a t t h e b e g i n n i n g o f May when s i g n i f i c a n t m e l t s t a r t s , t h e s n o w c o v e r i s i s o t h e r m a l and o f h i g h d e n s i t y f a v o u r i n g f a s t p e r c o l a -t i o n . The p r e s e n c e o f i c e l e n s e s a n d l a y e r s c a u s e s c o n s i d e r a b l e d e f l e c -t i o n o f t h e p e r c o l a t i n g m e l t w a t e r . Ill The s e a s o n a l s n o w - c o v e r o f C e n t r a l C r e e k w a t e r s h e d a s an e x a m p l e o f t h e s m a l l - s c a l e d o m a i n m a n i f e s t s a l a t e r a l z o n a t i o n on t h e b a s i s o f v e g e t a t i o n c o v e r a n d s l o p e . A l o n g t h e s o u t h f a c i n g s l o p e , s n o w c o v e r shows a t y p i c a l v e r t i c a l z o n a t i o n : some 200 m a b o v e t h e v a l l e y b o t t o m u p w a r d s , t h e r e i s an i n c r e a s e i n snow s t o r a g e o f a b o u t 200 mm W . E . p e r 100 m d u e t o i n c r e a s e d a c c u m u l a t i o n w i t h h e i g h t ( i . e . , a snow w e d g e ) . A t e l e v a t i o n s c l o s e t o t h e v a l l e y b o t t o m , v e r t i c a l z o n a t i o n i s r e v e r s e d : more snow i s r e t a i n e d i n t h e v a l l e y b o t t o m p r o b a b l y p r i m a r i l y due t o t h e e f f e c t o f s h i e l d i n g f r o m s o l a r r a d i a t i o n by t h e r i d g e t o t h e s o u t h . I n c o n t r a s t w i t h C e n t r a l C r e e k , w h i c h m a n i f e s t s a t y p i c a l n i v a l r e g i m e , M i l l e r C r e e k moves f r o m a d o m i n a n t l y n i v a l r e g i m e a t t h e o n s e t o f t h e m e l t s e a s o n t o w a r d s a p r o g l a c i a l r e g i m e a f t e r m i d - J u n e . The s e a s o n a l s n o w - c o v e r s h o w s a s i g n i f i c a n t l a t e r a l z o n a t i o n p r i m a r i l y due t o d i f f e r e n c e s i n a s p e c t . 6 . 2 ENERGY A V A I L A B L E FOR MELT A t t h e o p e n Meadow s i t e i n t h e f l a t v a l l e y b o t t o m , a b o u t 60% o f t h e m e l t e n e r g y c a n be a t t r i b u t e d t o n e t r a d i a t i o n on a d a i l y b a s i s . The r e m a i n i n g 40% i s p r o b a b l y p r i m a r i l y a d v e c t e d s e n s i b l e h e a t f r o m t h e e x t e n s i v e l y f o r e s t e d a r e a s s u r r o u n d i n g t h e Meadow s i t e . T h i s s o u r c e o f e n e r g y i n a d d i t i o n t o t h a t f r o m n e t r a d i a t i o n c a u s e s t h e t i m i n g o f p e a k e n e r g y a v a i l a b i l i t y a n d c o n s e q u e n t l y t h e t i m i n g o f p e a k m e l t t o be d e l a y e d . Due t o t h e s i g n i f i c a n t r o l e o f s e n s i b l e h e a t a s an e n e r g y s o u r c e f o r s n o w m e l t , mean d a i l y a i r t e m p e r a t u r e i s f o u n d t o be a m e a n i n g f u l s u r r o g a t e v a r i a b l e o f e n e r g y a v a i l a b i l i t y i n t h i s e n v i r o n m e n t . A t t h e s m a l l w a t e r s h e d s c a l e , t h e m i c r o c l i m a t e c h a n g e s d r a s t i c a l l y f r o m p l a c e t o p l a c e p r i m a r i l y d u e t o d i f f e r e n t i a l r a d i a t i o n l o a d i n g . The d i s t i n c t i o n o f t o p o c i i m a t i c u n i t s s u c h as f l a t v a l l e y 112 b o t t o m , a d r e t ( s o u t h - f a c i n g ) s l o p e , a n d r i d g e l o c a t i o n s i s f o u n d t o be s i g n i f i c a n t , e a c h u n i t e x p e r i e n c i n g i t s c h a r a c t e r i s t i c t e m p e r a t u r e a n d w i n d r e g i m e . Mean d a i l y w a t e r v a p o u r p r e s s u r e a n d a s s o c i a t e d o c c u r r e n c e s o f e v a p o r a t i n g , n e u t r a l a n d c o n d e n s a t i n g c o n d i t i o n s a s an i n d e x o f l a t e n t h e a t t r a n s f e r d o e s n o t c o n t r i b u t e s i g n i f i c a n t l y i n e x p l a i n i n g s n o w m e l t r a t e s , a n d c a n c o n s e q u e n t l y be r e g a r d e d a s r e d u n d a n t i n f o r m a t i o n i n t h e l i g h t o f t h e h i g h i n f o r m a t i o n c o n t e n t o f a i r t e m p e r a t u r e . A t t h e m e s o - s c a l e , t h e i n c r e a s e d c o m p l e x i t y o f t h e t e r r a i n o f M i l l e r C r e e k w a t e r s h e d c a u s e s an e v e n l a r g e r v a r i a b i l i t y o f t h e l o c a l c l i m a t e a s c o m p a r e d t o t h e s m a l l - s c a l e C e n t r a l C r e e k w a t e r s h e d . S h i e l d i n g e f f e c t s become more s i g n i f i c a n t . 6 . 3 STREAMFLOW GENERATION S t r e a m f l o w g e n e r a t i o n i s t h e t h i r d i n d e p e n d e n t v a r i a b l e d e t e r m i n i n g t h e mode o f m e l t w a t e r r e l e a s e a t t h e p a r t i c u l a r s c a l e c o n s i d e r e d . A t t h e s i t e s c a l e , m e l t w a t e r movements a l o n g p r e d o m i n a n t l y v e r t i c a l f l o w p a t h s t h r o u g h t h e s n o w p a c k d e t e r m i n e t h e m e l t w a t e r r e l e a s e a t t h e b a s e o f t h e s n o w p a c k . Due t o t h e h i g h d e n s i t y and l o w w a t e r — h o l d i n g c a p a c i t y o f t h e s n o w p a c k , m e l t w a t e r i s t r a n s f e r r e d q u i c k l y a n d t h e r e c e s s i o n c o n s t a n t s a r e l o w (2 - 10 h o u r s f o r s n o w d e p t h s b e t w e e n 0 . 1 and 1 m ) . A t t h e s m a l l w a t e r s h e d s c a l e t h e t i m i n g o f C e n t r a l C r e e k p e a k f l o w s h o w s a d i r e c t d e p e n d e n c e on t h e t h i n n i n g o f t h e s n o w p a c k a n d t h e d e v e l o p m e n t o f a more e f f i c i e n t f l o w p a t h s y s t e m b e l o w t h e s n o w c o v e r . A p a r t f r o m r a p i d l y f a l l i n g r e c e s s i o n s i m m e d i a t e l y f o l l o w i n g p e a k f l o w f o r a p p r o x i m a t e l y s i x h o u r s i n J u n e , r e c e s s i o n c o n s t a n t s a r e c o n s i s t e n t l y 113 h i g h ( 1 5 0 - 200 h o u r s ) , t y p i c a l f o r r e l e a s e f r o m p o o r l y - d r a i n e d , swampy a r e a s . L i n e a r r e l e a s e f r o m t h i s t y p e o f d e p r e s s i o n s t o r a g e t h e r e f o r e c a n b e c o n s i d e r e d t o be t h e d o m i n a n t mode o f s t r e a m f l o w g e n e r a t i o n f o r C e n t r a l C r e e k w a t e r s h e d d u r i n g t h e s n o w m e l t s e a s o n . F o r M i l l e r C r e e k a s an e x a m p l e o f a m e s o - s c a l e b a s i n , t h e d o m i n a n t mode o f s t r e a m f l o w g e n e r a t i o n c o u l d n o t be d e t e r m i n e d by c o n v e n t i o n a l a n a l y s i s o f t h e s t r e a m h y d r o g r a p h . The i n t e g r a t e d r e s p o n s e o f t h e i n d i v i d u a l t r i b u t a r i e s i s c o m p l e x and a l t e r e d by l a k e and c h a n n e l s t o r a g e m e c h a n i s m s . As a r e s u l t , r e c e s s i o n s o f M i l l e r C r e e k a r e much more i r r e g u l a r a n d g e n e r a l l y s h o r t e r t h a n C e n t r a l C r e e k . The t i m i n g o f p e a k f l o w o c c u r s p r o g r e s s i v e l y e a r l i e r a s t h e a b l a t i o n s e a s o n p r o g r e s s e s , r e f l e c t i n g t h e i n c r e a s i n g h y d r o l o g i c a l r e s p o n s i v e n e s s o f t h e g l a c i e r s . 6 . 4 RECOMMENDATIONS FOR FUTURE RESEARCH A b e t t e r s p a t i a l a n d t e m p o r a l r e s o l u t i o n o f snow s t o r a g e d i s t r i b u t i o n w o u l d be d e s i r a b l e . T h i s c o u l d be a c h i e v e d by r e m o t e s e n s i n g t e c h n i q u e s . W h i l e f o r a m o u n t a i n o u s s m a l l - s c a l e w a t e r s h e d g o o d m e t h o d s e x i s t t o m o n i t o r t h e a r e a l e x t e n t o f s n o w - c o v e r ( s a t e l l i t e a n d h i g h - l e v e l a e r i a l p h o t o g r a p h y ) , no s u c c e s s f u l m e t h o d h a s b e e n d e v e l o p e d y e t t o m e a s u r e t h e w a t e r e q u i v a l e n t o f t h e s n o w c o v e r ( C o l b e c k , e t a l . , 1 9 7 9 ) . I n r e s p e c t t o e n e r g y a v a i l a b i l i t y f o r m e l t , e m p h a s i s s h o u l d be p l a c e d on d e t e r m i n i n g t h e " t y p i c a l " e n e r g y b a l a n c e o f e a c h t o p o -c l i m a t i c u n i t p r o p o s e d h e r e . I t i s a l s o r e c o g n i z e d h e r e t h a t s m a l l -s c a l e a d v e c t i o n w i t h i n a n d b e t w e e n t h e s e u n i t s n e e d s s p e c i a l a t t e n t i o n . I n o r d e r t o o v e r c o m e t h e l i m i t a t i o n s o f c o n v e n t i o n a l h y d r o -g r a p h a n a l y s i s i n i s o l a t i n g m e c h a n i s m s o f s t r e a m f l o w g e n e r a t i o n , i t i s s u g g e s t e d t h a t t r a c e r t e c h n i q u e s c o u l d be u s e d t o i s o l a t e s o u r c e a r e a s o f e v e n t r u n o f f . 114 REFERENCES A m b a c h , W. 1 9 7 4 . The i n f l u e n c e o f c l o u d i n e s s on t h e n e t r a d i a t i o n b a l a n c e o f a snow s u r f a c e w i t h h i g h a l b e d o . J o u r n a l o f G l a c i o -l o g y , V o l . 1 3 , No. 6 7 , p p . 7 3 - 8 4 . A n d e r s o n , M . G . a n d B u r t , T . P . 1 9 7 8 . T o w a r d more d e t a i l e d f i e l d m o n i t o r i n g o f v a r i a b l e s o u r c e a r e a s . W a t e r R e s o u r c e s R e s e a r c h , 14 ( 6 ) , p p . 1 1 2 3 - 1 1 3 2 . C a i n e , N. 1 9 7 9 . The p r o b l e m o f s p a t i a l s c a l e i n t h e s t u d y o f c o n -t e m p o r a r y g e o m o r p h i c a c t i v i t y on m o u n t a i n s l o p e s ( w i t h s p e c i a l r e f e r e n c e t o t h e S a n J u a n M o u n t a i n s ) . S t u d i a G e o m o r p h o l o g i a C a r p a t h o - B a l c a n i c a , V o l . X I I I , K r a k o w , p p . 5 - 2 1 . C h a m b e r l i n , T . W . 1 9 7 2 . I n t e r f l o w i n t h e m o u n t a i n o u s f o r e s t s o i l s o f c o a s t a l B r i t i s h C o l u m b i a , in M o u n t a i n g e o m o r p h o l o g y : g e o m o r p h o -l o g i c a l p r o c e s s e s i n t h e C a n a d i a n C o r d i l l e r a . Edited by H . O . S l a y m a k e r , B . C . G e o g r a p h i c a l S e r i e s No. 1 4 , T a n t a l u s R e s e a r c h L t d . , V a n c o u v e r , p p . 1 2 1 - 1 2 7 . C h o r l e y , R . J . a n d K e n n e d y , B . A . 1 9 7 1 . P h y s i c a l G e o g r a p h y , a S y s t e m s A p p r o a c h . P r e n t i c e - H a l l I n c . , L o n d o n , 370 p . C h o r l e y , R . J . a n d H a g g e t t , P . , e d i t o r s . 1 9 6 5 . F r o n t i e r s i n g e o g r a p h i -c a l t e a c h i n g . M e t h u e n and C o . L t d . , L o n d o n . C h o w , V . T . 1 9 6 4 . R u n o f f . In H a n d b o o k o f a p p l i e d h y d r o l o g y . Edited by V . T . C h o w , M c G r a w - H i l l Book Company. S e c t i o n 1 4 , p p . 1 4 . 1 - 1 4 . 5 4 . C h u r c h , M. 1 9 7 4 . H y d r o l o g y a n d p e r m a f r o s t w i t h r e f e r e n c e t o N o r t h e r n N o r t h A m e r i c a . P e r m a f r o s t h y d r o l o g y , in P r o c e e d i n g s o f w o r k s h o p s e m i n a r , C a n a d i a n N a t i o n a l C o m m i t t e e , I H D , p p . 7 - 2 0 . C o l b e c k , S . C . 1 9 7 2 . A t h e o r y o f w a t e r p e r c o l a t i o n i n s n o w . J o u r n a l o f G l a c i o l o g y , V o l . 1 1 , No. 6 3 , p p . 3 6 9 - 3 8 5 . C o l b e c k , S . C . 1 9 7 4 . T h e o r y o f m e t a m o r p h i s m o f w e t s n o w . U . S . A r m y , C o r p s , o f E n g i n e e r s , C R R E L - R e s e a r c h R e p o r t 3 1 3 . C o l b e c k , S . C . a n d D a v i d s o n , G. 1 9 7 3 . W a t e r p e r c o l a t i o n t h r o u g h homogeneous s n o w . IAHS P u b l i c a t i o n 1 0 7 , V o l . 1 , p p . 2 4 2 - 2 5 7 . C o l b e c k , S . C , e t a l . 1 9 7 9 . Snow a c c u m u l a t i o n , d i s t r i b u t i o n , m e l t a n d r u n o f f . E O S , V o l . 6 0 , Number 2 1 , p p . 4 6 5 - 4 6 8 . D e f a n t , F. 1 9 4 9 . Z u r T h e o r i e d e r H a n g w i n d e , n e b s t B e m e r k u n g e n z u r T h e o r i e d e r B e r g - u n d T a l w i n d e . A r c h . f . M e t . ( A ) , 1 , p p . 4 2 1 - 4 5 0 . 115 De l a C a s i n i e r e , A . C . 1 9 7 4 . H e a t e x c h a n g e o v e r a m e l t i n g snow s u r f a c e , J o u r n a l o f G l a c i o l o g y , V o l . 1 3 , p p . 5 5 - 7 2 . D e r i k x , L. 1 9 7 5 . The h e a t b a l a n c e a n d a s s o c i a t e d r u n o f f f r o m an e x p e r i m e n t a l s i t e on a g l a c i e r t o u n g u e . IAHS p u b l i c a t i o n 1 0 4 , p p . 5 9 - 6 9 . D e u t s c h e r W e l t e r d i e n s t . 1 9 6 3 . A s p i r a t i o n s - P s y c h r o m e t e r - T a f e l n , 4 . A u f 1 . , F r i e d r . Wieweg u n d S o h n , B r a u n s c h w e i g . De V r i e s , J . a n d C h o w , T . L . 1 9 7 8 . H y d r o l o g i c b e h a v i o u r o f a f o r e s t e d m o u n t a i n s o i l i n C o a s t a l B r i t i s h C o l u m b i a . W a t e r R e s o u r c e s R e s e a r c h , 14 ( 5 ) , p p . 9 3 5 - 9 4 2 . D i c k i n s o n , W . T . a n d W h i t e l e y , H . R . 1 9 7 1 . S n o w p a c k s a m p l i n g f o r t h e e s t i m a t i o n o f l i q u i d w a t e r e q u i v a l e n t . C a n a d i a n H y d r o l o g y S y m p o s i u m N o . 8 , V o l . 2 , p p . 1 1 - 3 1 . D i n g m a n , S . L . 1 9 7 1 . H y d r o l o g y o f t h e G l e n n C r e e k w a t e r s h e d , T a n a n a R i v e r b a s i n , C e n t r a l A l a s k a . U . S . A r m y , C o r p s , o f E n g i n e e r s , C R R E L - R e s e a r c h R e p o r t 2 9 7 , 110 p . D i n g m a n , S . L . 1 9 7 3 . E f f e c t s o f p e r m a f r o s t on s t r e a m f l o w c h a r a c t e r i s t i c s i n t h e d i s c o n t i n u o u s p e r m a f r o s t z o n e o f c e n t r a l A l a s k a , in P e r m a -f r o s t : t h e N o r t h A m e r i c a n c o n t r i b u t i o n t o t h e P e r m a f r o s t C o n f e r e n c e . U . S . , N a t . A c a d . S c i . , W a s h i n g t o n , p p . 4 4 7 - 4 5 3 . D o o g e , J . 1 9 7 5 . The w a t e r b a l a n c e o f b o g s a n d f e n s . IAHS p u b l i c a t i o n 1 0 5 , p p . 2 3 3 - 2 7 1 . D o u g l a s , I . 1 9 7 6 . E r o s i o n r a t e s and c l i m a t e : g e o m o r p h o l o g i c a l i m p l i c a t i o n s . In G e o m o r p h o l o g y a n d c l i m a t e . Edited by E. D e r b y -s h i r e . J o h n W i l e y a n d S o n s , p p . 2 6 9 - 2 8 7 . D u n n e , T . 1 9 7 8 . F i e l d s t u d i e s o f h i 11 s i ope f l o w p r o c e s s e s . In H i l l -s l o p e h y d r o l o g y . Edited by M . J . K i r k b y , J o h n W i l e y a n d S o n s , T o r o n t o , p p . 2 2 7 - 2 9 3 . D u n n e , T . a n d B l a c k , R..D. 1 9 7 1 . R u n o f f p r o c e s s e s d u r i n g s n o w m e l t . W a t e r R e s o u r c e s R e s e a r c h , 7 ( 5 ) , p p . 1 1 6 0 - 1 1 7 2 . D u n n e , T . , P r i c e , A . G . a n d C o l b e c k , S . C . 1 9 7 6 . The g e n e r a t i o n o f r u n o f f f r o m s u b a r c t i c s n o w p a c k s . W a t e r R e s o u r c e s R e s e a r c h , 12 ( 4 ) , p p . 6 7 7 - 6 8 5 . E n v i r o n m e n t C a n a d a , A t m o s p h e r i c E n v i r o n m e n t , 1 9 7 5 . C a n a d i a n N o r m a l s 1 9 4 1 - 1 9 7 0 , V o l . 1 - S I ( t e m p e r a t u r e ) , 198 p p . ; V o l u m e 2 - S I ( p r e c i -p i t a t i o n ) , 333 p . D o w n s v i e w , O n t . F a l c o n e r , G . , H e n o c h , W . S . a n d 0 s t r e m , G . M . 1 9 6 5 . G l a c i e r map o f S o u t h e r n B . C . a n d A l b e r t a . G e o g r a p h i c a l B r a n c h , D e p t . o f M i n e s a n d T e c h n i c a l S u r v e y s , O t t a w a , C a n a d a . 116 F i t z h a r r i s , B . B . 1 9 7 5 . Snow a c c u m u l a t i o n o n a W e s t C o a s t m i d - l a t i t u d e m o u n t a i n , B . C . U n p u b l i s h e d P h . D . t h e s i s , U n i v . o f B r i t i s h C o l u m b i a , 367 p . F l o h n , H. 1 9 6 9 . L o c a l w i n d s y s t e m s . In G e n e r a l c l i m a t o l o g y 2 , w o r l d s u r v e y o f c l i m a t o l o g y . Editor in Chief: H . E. L a n d s b e r g , E l s e v i e r P u b l i s h i n g C o m p a n y , A m s t e r d a m . C h a p t e r 4 , p p . 1 3 9 - 1 6 9 . G a m i e r , B . J . a n d O h m u r a , A . 1 9 6 8 . C o m p u t a t i o n and m a p p i n g o f t h e s h o r t w a v e r a d i a t i o n on a s l o p e . J o u r n a l o f A p p l i e d M e t e o r o l o g y 2 , p p . 7 9 6 - 8 0 0 . G e i g e r , R. 1 9 6 5 . The c l i m a t e n e a r g r o u n d . H a r v a r d U n i v e r s i t y P r e s s , H a r v a r d , M a s s . , 611 p . G e r d e l , R.W. 1 9 4 8 . P h y s i c a l c h a n g e s i n s n o w - c o v e r l e a d i n g t o r u n o f f , e s p e c i a l l y t o f l o o d s . IAHS p u b l i c a t i o n 3 0 , p p . 4 2 - 5 4 . G i l b e r t , R. 1 9 7 3 . O b s e r v a t i o n s o f l a c u s t r i n e s e d i m e n t a t i o n a t L i l l o o e t L a k e , B r i t i s h C o l u m b i a . U n p u b l i s h e d P h . D . t h e s i s , U n i v . o f B r i t i s h C o l u m b i a , 193 p . G o v e r n m e n t o f B r i t i s h C o l u m b i a , 1 9 7 1 . Summary o f snow m e a s u r e m e n t s i n B r i t i s h C o l u m b i a 1 9 3 5 - 1 9 7 0 . H y d r o l o g y D i v i s i o n , W a t e r I n v e s t i g a t i o n s B r a n c h , W a t e r R e s o u r c e s S e r v i c e , D e p t . o f L a n d s , F o r e s t s , a n d W a t e r R e s o u r c e s , V i c t o r i a , B . C . , 2 8 8 p . G o v e r n m e n t o f B r i t i s h C o l u m b i a . 1 9 7 8 . Snow s u r v e y b u l l e t i n . M i n i s t r y o f t h e E n v i r o n m e n t , W a t e r I n v e s t i g a t i o n s B r a n c h , P r o v i n c e o f B . C . G o v e r n m e n t o f C a n a d a . 1 9 6 6 . C a n a d a L a n d I n v e n t o r y , ARDA, B r i t i s h C o l - m b i a . A t l a s o f c l i m a t i c v a r i a b l e s ( s u i t e o f 2 8 m a p s ) . D e p t . o f G e o g r a p h y , U n i v e r s i t y o f B r i t i s h C o l u m b i a G o v e r n m e n t o f C a n a d a . 1 9 7 7 , 1 9 7 8 . M o n t h l y w e a t h e r r e v i e w . E n v i r o n m e n t C a n a d a , V o l . 1 5 , N o . 1 1 , 12 a n d V o l . 1 6 , No. 1 - 7 . H a n n a f o r d , J . F . a n d H o w a r d , C . H . 1 9 7 5 . U p p e r a i r d a t a a s a p a r a m e t e r e s t i m a t i n g s n o w m e l t r u n o f f . W e s t e r n Snow C o n f e r e n c e , p p . 1 1 4 - 1 1 8 . H o e c k , E. 1 9 5 2 . Der E i n f l u s s d e r S t r a h l u n g und d e r T e m p e r a t u r a u f den S c h m e T z p r o z e s s d e r S c h n e e d e c k e . B e i t r a g e z u r G e o l o g i e d e r S c h w e i z , G e o t e c h n i s c h e S e r i e , H y d r o l o g i e , L i e f e r u n g 8 , p p . 1 - 3 6 . H o i t a n , H . N . a n d O v e r t o n , D . E . 1 9 6 3 . A n a l y s e s a n d a p p l i c a t i o n s o f s i m p l e h y d r o g r a p h s . J o u r n a l o f H y d r o l o g y , V o l . 1 , p p . 2 5 0 - 2 6 4 . J o r d a n , R . P . 1 9 7 8 . The s n o w m e l t h y d r o l o g y o f a s m a l l a l p i n e w a t e r s h e d . U n p u b l i s h e d M . S c . t h e s i s , U n i v . o f B r i t i s h C o l u m b i a , 201 p . J o r d a n , R . P . 1 9 7 9 . R e s p o n s e o f an a l p i n e w a t e r s h e d t o s n o w m e l t . C a n a d i a n H y d r o l o g y S y m p o s i u m : 7 9 , P r o c e e d i n g s , C a n a d a . N a t . R e s . C o u n c i l , A s s o c i a t e Com. on H y d r o l o g y , p p . 3 2 3 - 3 3 3 . 117 K u z ' m i n , P : P . 1 9 6 1 . M e l t i n g o f snow c o v e r . U . S . S . R . S t a t e H y d r o -l o g i c a l I n s t i t u t e , L e n i n g r a d . ( I s r a e l P r o g r a m f o r S c i e n t i f i c T r a n s l a t i o n s , J e r u s a l e m , 1 9 7 2 ) , 290 p . L a C h a p e l l e , E . R . 1 9 6 9 . F i e l d g u i d e t o snow c r y s t a l s . U n i v e r s i t y o f W a s h i n g t o n P r e s s , V a n c o u v e r , 101 p . L a n g , H . 1 9 7 8 . U e b e r d i e B e d e u t u n g d e r L u f t t e m p e r a t u r a l s h y d r o m e t e o r -o l o g i s c h e r I n f o r m a t i o n s t r a g e r . A r b e i t e n a u s d e r Z e n t r a l a i i s t a l t f u r M e t e o r o l o g i e und G e o d y n a m i k i n W i e n , H e f t 2 2 4 , I I I 1 2 5 , p p . 1 - 8 . L e a v e n s l e y , G . H . and S t r i f f l e r , W . D . 1 9 7 8 . A m o u n t a i n w a t e r s h e d s i m u l a -t i o n m o d e l . In P r o c e e d i n g s , m o d e l l i n g o f snow c o v e r r u n o f f . Edited by S . C . C o l b e c k a n d M. R a y . U . S . A r m y , C o r p s , o f E n g i n e e r s , C R R E L , H a n o v e r , N . H . , p p . 3 7 9 - 3 8 6 . M a l e , D . H . a n d G r a n g e r , R . J . 1 9 7 8 . E n e r g y mass f l u x e s a t t h e snow s u r f a c e i n a p r a i r i e e n v i r o n m e n t , in P r o c e e d i n g s , M o d e l l i n g o f snow c o v e r r u n o f f . Edited by S . C . C o l b e c k a n d M. R a y . U . S . A r m y , C o r p s , o f E n g i n e e r s , C R R E L , H a n o v e r , N . H . , p p . 1 0 1 - 1 2 4 . M a l e , D . H . a n d G r a y , D . M . 1 9 7 5 . S n o w m e l t . C a n a d i a n H y d r o l o g y S y m p o -s i u m 1 9 7 5 , p r o c e e d i n g s . C a n a d a , N a t . R e s . C o u n c i l , A s s o c i a t e Com. on H y d r o l o g y , p p . 2 5 1 - 2 6 1 . M a r t i n e c , J . 1 9 7 5 . S u b s u r f a c e f l o w f r o m s n o w m e l t t r a c e d by T r i t i u m . . W a t e r R e s o u r c e s R e s e a r c h , 11 ( 3 ) , p p . 4 9 6 - 4 9 8 . M c K a y , D . C . a n d T h u r t e l l , G'.W. 1 9 7 8 . M e a s u r e m e n t s o f t h e e n e r g y f l u x e s i n t h e e n e r g y b u d g e t o f a snow c o v e r . J o u r n a l o f A p p l i e d M e t e o r o l o g y , p p . 3 3 9 - 3 4 9 . M e i e r , M . F . 1 9 7 0 . G l a c i e r a n d s n o w p a c k s : some common p r o b l e m s i n n o n - p o l a r g l a c i o l o g y . P r o c e e d i n g s , 1 s t I n t . S e m i n a r f o r H y d r o l o g y P r o f e s s o r s , p p . 7 2 9 - 7 3 6 . M e i m a n , J . R . 1 9 6 8 . Snow a c c u m u l a t i o n r e l a t e d t o e l e v a t i o n , a s p e c t a n d f o r e s t c a n o p y . In Snow h y d r o l o g y , p r o c e e d i n g s o f w o r k s h o p s e m i n a r , C a n a d i a n N a t i o n a l C o m m i t t e e f o r t h e I n t e r n a t i o n a l H y d r o l o g i c a l D e c a d e , p p . 3 5 - 4 7 . M e i m a n , J . R . , Remmenga, E. a n d K e l l e r , H. 1 9 7 1 . Snow d i s t r i b u t i o n i n r e l a t i o n t o s o l a r r a d i a t i o n o n t w o p r e - a l p w a t e r s h e d s . W a t e r R e s o u r c e s R e s e a r c h , 7 ( 6 ) , p p . 1 6 3 6 - 1 6 4 0 . M i l l e r , D . H . 1 9 7 7 . W a t e r a t t h e s u r f a c e o f t h e e a r t h . An i n t r o d u c t i o n t o e c o s y s t e m h y d r o d y n a m i c s . A c a d e m i c P r e s s , 557 p . M o n t e i t h , J . L . 1 9 7 3 . P r i n c i p l e s o f e n v i r o n m e n t a l p h y s i c s . E d w a r d A r n o l d ( P u b l i s h e r s ) L t d . , L o n d o n , 241 p . M u n r o , D . S . 1 9 7 5 . E n e r g y e x c h a n g e on a m e l t i n g g l a c i e r . U n p u b l i s h e d P h . D . t h e s i s , M c M a s t e r U n i v e r s i t y , 182 p . 118 O b i e d , C h . a n d R o s s e , B . 1 9 7 7 . M a t h e m a t i c a l m o d e l s o f a m e l t i n g s n o w p a c k a t an i n d e x p l o t . J o u r n a l o f H y d r o l o g y , 3 2 , p p . 1 3 9 - 1 6 3 . O k e , T . R . 1 9 7 8 . B o u n d a r y l a y e r c l i m a t e s . M e t h u e n & C o . L t d . , 372 p . O ' N e i l l , A . D . J , a n d G r a y , D . M . 1 9 7 3 . S o l a r p e n e t r a t i o n t h r o u g h s n o w . IAHS p u b l i c a t i o n 1 0 7 , p p . 2 2 7 - 2 4 1 . P e a t t i e , R. 1 9 3 6 . M o u n t a i n g e o g r a p h y . A c r i t i q u e and f i e l d s t u d y . H a r v a r d U n i v e r s i t y P r e s s , 257 p . P i l g r i m , D . H . 1 9 7 6 . T r a v e l t i m e s a n d n o n l i n e a r i t y o f f l o o d r u n o f f f r o m t r a c e r m e a s u r e m e n t s on a s m a l l w a t e r s h e d . W a t e r R e s o u r c e s R e s e a r c h , 1 2 , p p . 4 8 7 - 4 9 6 . P o w e r , J . M . and Y o u n g , G . J . 1 9 7 9 . A p p l i c a t i o n o f t h e U . B . C . w a t e r s h e d m o d e l t o P e y t o G l a c i e r b a s i n . C a n a d i a n H y d r o l o g y S y m p o s i u m : 7 9 , p r o c e e d i n g s . C a n a d a , N a t . R e s . C o u n c i l , A s s o c i a t e Com. o n H y d r o l o g y , p p . 2 1 7 - 2 2 8 . Q u i c k , M . C . a n d P i p e s , A . 1 9 7 6 . A c o m b i n e d s n o w m e l t a n d r a i n f a l l r u n o f f m o d e l . C a n . J o u r n a l o f C i v i l E n g i n e e r i n g , 3 , p p . 4 4 9 - 4 6 0 . R o c k w o o d , D . M . 1 9 7 2 . New t e c h n i q u e s i n f o r e c a s t i n g r u n o f f f r o m s n o w . I . A . H . S . p u b l i c a t i o n 1 0 7 , p p . 1 0 5 8 - 1 0 6 1 . S a n t e f o r d , H . S . , A l g e r , G . R . a n d M e i e r , J . G . 1 9 7 2 . S n o w m e l t e n e r g y e x c h a n g e i n t h e L a k e S u p e r i o r R e g i o n . W a t e r R e s o u r c e s R e s e a r c h 8 ( 2 ) , p p . 3 9 0 - 3 9 7 . S e l l e r s , W . D . 1 9 6 5 . P h y s i c a l c l i m a t o l o g y . The U n i v e r s i t y o f C h i c a g o P r e s s , 272 p . S l a y m a k e r , H . O . 1 9 6 9 . S c a l e p r o b l e m s i n h y d r o l o g y . G e o g r a p h y a t A b e r y s t w y t h . Edited by E . G . B o w e n , H. C a r t e r a n d J . A . T a y l o r , U n i v e r s i t y o f W a l e s P r e s s , C a r d i f f , W a l e s , U . K . , p p . 6 8 - 8 6 . S l a y m a k e r , H . O . 1 9 7 4 . A l p i n e h y d r o l o g y . In A r c t i c and a l p i n e e n v i r -o n m e n t . Edited by J . D . Y v e s a n d R . G . B a r r y . M e t h u e n , 999 p . S l a y m a k e r , H . O . a n d G i l b e r t , R . E . 1 9 7 2 . G e o m o r p h i c p r o c e s s a n d l a n d u s e c h a n g e s i n t h e C o a s t M o u n t a i n s o f B r i t i s h C o l u m b i a . I n P r o c e s s u s p e r i g l a c i a i r e s e t u d i e s s u r l e t e r r a i n . Edited by P . M a c a r a n d A . P i s s a r t . U n i v e r s i t e de L i e g e , p p . 2 6 9 - 2 7 9 . S m i t h , 1 J . L . 1 9 7 4 . H y d r o l o g y o f warm s n o w p a c k s a n d t h e i r , . e f f e c t s upon w a t e r d e l i v e r y ; s o m e : n e w c o n c e p t s . In A d v a n c e d c o n c e p t s and t e c h -n i q u e s i n . t h e s t u d y o f snow and i c e r e s o u r c e s . Edited by H . L . S a n t e f o r d a n d J . L . S m i t h . U . S . , N a t . A c a d . S c i . , W a s h i n g t o n , p p . 7 6 - 8 9 . S t r a h l e r , A . N . 1 9 6 4 . Q u a n t i t a t i v e g e o m o r p h o l o g y o f d r a i n a g e b a s i n s a n d c h a n n e l n e t w o r k s . In H a n d b o o k o f a p p l i e d h y d r o l o g y . Edited by V . T . C h o w , M c G r a w - H i l l B o o k Company. S e c t i o n 4 - 1 I , p p . 4 . 3 9 - 4 . 7 6 . 119 T a n g b o r n , W . V . 1 9 7 8 . A m o d e l t o p r e d i c t s h o r t - t e r m s n o w m e l t r u n o f f u s i n g s y n o p t i c o b s e r v a t i o n s o f s t r e a m f l o w , t e m p e r a t u r e a n d p r e c i p i -t a t i o n . In P r o c e e d i n g s , m o d e l l i n g o f snow c o v e r r u n o f f . Edited by S . C . C o l b e c k and M. R a y . U . S . A r m y , C o r p s , o f E n g i n e e r s , C R R E L , p p . 4 1 4 - 4 2 6 . T e t i , P . A . 1 9 7 9 . The v a r i a b i l i t y o f s t r e a m c h e m i s t r y i n a C o a s t M o u n t a i n w a t e r s h e d , B r i t i s h C o l u m b i a . U n p u b l i s h e d M . S c . t h e s i s , U n i v . B r i t i s h C o l u m b i a , 185 p . T r e i d l , R . A . 1 9 7 0 . A c a s e s t u d y o f warm a i r a d v e c t i o n o v e r a m e l t i n g snow s u r f a c e . B o u n d a r y - L a y e r M e t e o r o l o g y , 1 , p p . 1 5 5 - 1 6 8 . U . S . A r m y , C o r p s , o f E n g i n e e r s . 1 9 5 6 . Snow h y d r o l o g y : summary r e p o r t o f t h e snow i n v e s t i g a t i o n s . U . S . A r m y , C o r p s , o f E n g i n e e r s , N o r t h P a c i f i c D i v i s i o n , P o r t l a n d , O r e . , 437 p . W a l k e r , E . R . 1 9 6 1 . A s y n o p t i c c l i m a t o l o g y f o r p a r t s o f t h e W e s t e r n C o r d i l l e r a . P u b l i c a t i o n i n M e t e o r o l o g y No. 3 5 . A r c t i c M e t e o r -o l o g y R e s e a r c h G r o u p , M c G i l l U n i v e r s i t y , M o n t r e a l , p . 2 1 8 . W a n k i e w i c z , A . C . 1 9 7 6 . W a t e r p e r c o l a t i o n w i t h i n a d e e p s n o w p a c k . F i e l d i n v e s t i g a t i o n s a t a s i t e on M t . S e y m o u r , B r i t i s h C o l u m b i a . U n p u b l i s h e d P h . D . t h e s i s , U n i v . B r i t i s h C o l u m b i a , 177 p . W a n k i e w i c z , A . 1 9 7 8 . A r e v i e w o f w a t e r movement i n s n o w . In P r o c e e d -i n g s m o d e l l i n g o f s n o w c o v e r r u n o f f . Edited by S . C . C o l b e c k and M. R a y . U . S . A r m y , C o r p s , o f E n g i n e e r s , C R R E L , p p . 2 2 2 - 2 5 2 . W e i s m a n , R i c h a r d N. 1 9 7 7 . S n o w m e l t : a t w o - d i m e n s i o n a l t u r b u l e n t d i f f u s i o n m o d e l . W a t e r R e s o u r c e s R e s e a r c h , 13 ( 2 ) , p p . 3 3 7 - 3 4 2 . Weyman, D . R . 1 9 7 4 . R u n o f f p r o c e s s , c o n t r i b u t i n g a r e a a n d s t r e a m f l o w i n a s m a l l u p l a n d c a t c h m e n t , in F l u v i a l p r o c e s s e s i n i n s t r u m e n t e d w a t e r s h e d s . Edited by K . J . G r e g o r y and D . E . W a l l i n g . I n s t i t u t e o f B r i t i s h G e o g r a p h e r s , s p e c i a l p u b l i c a t i o n No. 6 , L o n d o n , p p . 3 3 - 4 3 . W h i t e l e y , H . W . , D i c k i n s o n , W . T . and C o r e , T . 1 9 7 3 . The u s e f u l n e s s o f s t a n d a r d h y d r o m e t e o r o l o g i c a l d a t a f o r s n o w m e l t c a l c u l a t i o n s . E a s t e r n Snow C o n f e r e n c e , p p . 1 - 1 4 . W o o , M - K . a n d S l a y m a k e r , H . O . 1 9 7 5 . A l p i n e s t r e a m f l o w r e s p o n s e t o v a r i a b l e s n o w p a c k t h i c k n e s s a n d e x t e n t . G e o g r a f i s k a A n n a l e r , V o l . 3 - 4 , S e r . A , p p . 2 0 1 - 2 1 2 . W o o d s w o r t h , G . J . 1 9 7 7 . G e o l o g y P e m b e r t o n ( 9 2 J ) map a r e a . G e o l o g i c a l S u r v e y o f C a n a d a . W o r k , R . A . , S t o c k w e l l , H . J . , F r e e m a n , T . G . a n d B e a u m o n t , R . T . 1 9 6 4 . A c c u r a c y o f . f i e l d snow s u r v e y s i n w e s t e r n U . S . i n c l u d i n g A l a s k a . U . S . D e p t . o f A g r i c u l t u r e , S o i l C o n s . S e r v i c e , P o r t l a n d , O r e . Z e m a n , L . J . a n d S l a y m a k e r , H . O . . 1 9 7 5 . H y d r o - c h e m i c a l a n a l y s i s t o d i s c r i m i n a t e v a r i a b l e r u n o f f s o u r c e a r e a s i n an a l p i n e w a t e r s h e d . A r c t i c a n d A l p i n e R e s e a r c h , 7 ( 4 ) , p p . 3 4 1 - 3 5 1 . 120 A P P E N D I X A A ) Snow a c c u m u l a t i o n i n w i n t e r 1 9 7 7 / 7 8 a s c o m p a r e d t o o t h e r y e a r s A f t e r an e x t r e m e l y w e t O c t o b e r , b e l o w n o r m a l t e m p e r a t u r e s and a b o v e - a v e r a g e p r e c i p i t a t i o n i n November c a u s e d a h e a v y b u i l d - u p o f t h e s n o w c o . y e r e a r l y i n t h e w i n t e r o f 1 9 7 7 / 7 8 . I n D e c e m b e r , t e m p e r a t u r e s w e r e w e l l b e l o w n o r m a l a n d , a l t h o u g h p r e c i p i t a t i o n was s l i g h t l y b e l o w n o r m a l , snow s t o r a g e was s u b s t a n t i a l l y i n c r e a s e d . J a n u a r y , F e b r u a r y a n d M a r c h b r o u g h t b e l o w a v e r a g e p r e c i p i t a t i o n a n d t e m p e r a t u r e s s l i g h t l y a b o v e n o r m a l , w i t h t h e r e s u l t t h a t t h e a b o v e - a v e r a g e s n o w p a c k i n e a r l y w i n t e r d r o p p e d b e l o w n o r m a l by t h e e n d o f M a r c h . A p r i l b r o u g h t t e m p e r a -t u r e s and p r e c i p i t a t i o n a b o v e n o r m a l , s o t h a t by t h e b e g i n n i n g o f May t h e s n o w p a c k was o n l y s l i g h t l y b e l o w n o r m a l . B a s e d on d a t a o f t h e T e n q u i l l e L a k e s n o w c o u r s e s ( G o v e r n m e n t o f B r i t i s h C o l u m b i a , 1 9 7 1 , Snow S u r v e y B u l l e t i n s o f t h e P r o v i n c e o f B r i t i s h C o l u m b i a 1971 t o 1 9 7 9 ) , e x c e e d a n c e p r o b a b i l i t i e s o f t h e w a t e r e q u i v a l e n t o f t h e s n o w c o v e r w e r e c a l c u l a t e d a s s u m i n g a n o r m a l d i s t r i b u -t i o n a b o u t t h e mean f o r t h e p e r i o d 1953 t o 1979 ( s e e F i g . A . l ) . F i g . A . l E x c e e d a n c e p r o b a b i l i -t i e s o f w a t e r e q u i v a -l e n t s o f s n o w c o v e r a t T e n q u i l l e L a k e , B . C . ( 1 9 5 3 - 1 9 7 9 , mean o f 24 y e a r s ) . March 1 April 1 May 1 June 1 121 A P P E N D I X B B) W e a t h e r c o n d i t i o n s d u r i n g t h e s t u d y p e r i o d I n F i g s . B . l a n d B . 2 , m o n t h l y v a l u e s o f a i r t e m p e r a t u r e and t o t a l p r e c i p i t a t i o n o f P e m b e r t o n , A l t a L a k e a n d S h a l a t h a r e g i v e n ( n o r m a l s a s r e p o r t e d by E n v i r o n m e n t C a n a d a , 1 9 7 5 ) . W h i l e t h e t e m p e r a -t u r e s i n May 1 9 7 8 w e r e w e l l b e l o w n o r m a l , a n d i n J u n e a n d J u l y 1978 w e l l a b o v e n o r m a l , t h e t o t a l p r e c i p i t a t i o n d u r i n g t h e s e m o n t h s d i d n o t d e v i a t e c o n s i s t e n t l y f r o m t h e n o r m a l . A u g u s t 1 9 7 8 , h o w e v e r , was much w e t t e r t h a n u s u a l , t h o u g h t h e t e m p e r a t u r e s w e r e n o r m a l . 25 1 20 + 6 . > 15 f -C c o E c o | 10 P = Pemberton Meadows (normal), Pemberton BCFS (1978 ) A = Alta Lake S = Shalath J l normal 1978 11 Jl Jl Jl P A S MAY P A S JUNE P A S JULY P A S AUG. F i g . B . l N o r m a l and 1978 mean m o n t h l y a i r t e m p e r a t u r e s o f P e m b e r t o n , A l t a L a k e and S h a l a t h ( E n v i r o n m e n t C a n a d a , 1 9 7 5 ) . 122 normal 1978 _ 90 • I 80 - p = Pemberton Meadows (normal) ~ Pemberton BCFS (1978 ) .2 70--o A = Alta Lake :§ 60 • tt 50 4-F i g . B . 2 N o r m a l a n d 1978 m o n t h l y p r e c i p i t a t i o n o f P e m b e r t o n and A l t a L a k e ( E n v i r o n m e n t C a n a d a , 1 9 7 5 ) . S u r f a c e w e a t h e r o b s e r v a t i o n s w e r e t a k e n a t t h e Meadow s i t e d u r i n g t h e f i e l d s e a s o n , a n d t h e y a r e s u m m a r i z e d i n F i g . B . 3 . B a s e d on t h e s e d a t a , d i s t i n c t p e r i o d s o f f a i r , v a r i a b l e a n d o v e r c a s t c o n d i t i o n s w e r e d i s c r i m i n a t e d . C o n s u l t a t i o n o f s u r f a c e w e a t h e r maps f r o m t h i s p e r i o d c o n f i r m e d t h a t t h e s e p e r i o d s c o r r e s p o n d w i t h a n t i c y c l o n i c , t r a n s i t i o n a l a n d c y c l o n i c s y n o p t i c c o n d i t i o n s a n d a r e e x e m p l i f i e d i n F i g s . B . 4 t o B . 6 . F i g . B . 3 W e a t h e r c o n d i t i o n s d u r i n g t h e s t u d y p e r i o d , Meadow s i t e , 1978 ( t e m p e r a t u r e d a t a s e e A p p e n d i x E ) . 124 F i g . B . 4 C y c l o n i c c o n d i t i o n s o v e r t h e W e s t C o a s t a r e a : m a r i t i m e c o l d f r o n t a s s o c i a t e d w i t h m o d e r a t e s n o w f a l l , May 1 4 , 1 9 7 8 . F i g . B . 5 . A n t i c y c l o n i c c o n d i t i o n s o v e r t h e W e s t C o a s t a r e a : p e r s i s t e n t h i g h p r e s s u r e r i d g e d e f l e c t i n g m a r i t i m e f r o n t s t o t h e N o r t h a n d b r i n g i n g p r o l o n g e d f a i r -w e a t h e r p e r i o d , May 3 0 , 1 9 7 8 . 125 F i g . B . 6 V <5T T r a n s i t i o n a l c o n d i t i o n s o v e r t h e W e s t C o a s t a r e a : - s m a l l wave d e p r e s s i o n f o r m e d on t h e t r a i l i n g f r o n t o f p r e v i o u s s t o r m , J u n e 1 3 , 1 9 7 8 . 126 A P P E N D I X C L o c a t i o n o f M e a s u r e m e n t S i t e s p r i m a r y i d e n t i f i c a t i o n s e c o n d a r y s t r a t i f i c a t i o n : v e g e t a t i o n c o v e r s t r a t i f i c a t i o n b e l t t a g o r i g i n a l e l e v a t i o n o r i g i n a l m o d i f i c a t i o n A m o d i f i c a t i o n B e l e v a t i o n (m) N o . c o d e (m) OL OF DF OL OF DFF DFS OL FF FS e 101 1310 ® © ® h 102 1305 ® ® ® i 103 1300 ® © ® J 104 1300 X X X g 111 1310 ® © ® 1300 - 1400 1 k 112 1305 X X X f 121 1310 © © ® L 122 1305 ® ® ® N 123 1310 X X X M 124 1320 ® ® ® L 125 1380 X X X K 126 1395 X X X J 221 1485 X X X 1400 - 1600 2 I 222 1490 X X X H 2 2 3 1540 © ® ® D 301 1760 ® © ® E 311 1735 ® © ® 1600 - 1800 3 G 321 1680 X X X F 322 1715 • X X X C 401 1810 X X X a b o v e 1800 4 B 402 L 1835 ® ® ® A ' 4 0 3 -.: 1885 ® © ® OL = o p e n l a n d FF = f o r e s t f l a t OF = o p e n f o r e s t FS = f o r e s t s l o p i n g S DF = d e n s e f o r e s t X = s n o w d e p t h DFF = d e n s e f o r e s t f l a t © = s n o w d e p t h a n d d e n s i t y DFS = d e n s e f o r e s t s l o p i n g S T a b l e C . l I d e n t i f i c a t i o n o f s n o w c o u r s e l o c a t i o n s a n d d i f f e r e n t s t r a t i f i c a t i o n s . 127 Meadow cabin, standard raingauge t r a i l to ridge C . 2 M e a s u r e m e n t s i t e s , C e n t r a l C r e e k w a t e r s h e d . 128 A P P E N D I X D D) C a l i b r a t i o n F u n c t i o n s m o d e l : y = a x + b f o r X ; = X r o u g h x = d i s t a n c e f r o m b o t t o m s a m p l e r e g r . s t a n d a r d e s t i m a t e i n s t r u m e n t p a r a m e t e r l i n e on c h a r t ( i n c h e s ) s i z e c o e f f . e r r o r o f o f 95% c o n f . l o c a t i o n a n d t y p e y a b n r e s t i m a t e i n t e r v a l R i d g e T o p , T 1 7 . 9 3 8 - 1 7 . 0 4 3 13 0 . 9 9 0 . 6 4 1 . 3 C a s e l l a #4 RH 3 0 . 4 0 3 1 5 . 5 0 1 17 0 . 9 9 4 . 2 3 8 F o r e s t T o p , T 1 7 . 1 5 7 - 2 1 . 3 8 1 13 0 . 9 9 0 . 5 1 1 . 0 C a s e l l a #7 RH 3 7 . 0 8 1 - 8 . 5 7 4 16 0 . 9 9 3 . 3 4 7 F o r e s t M i d d l e , T 1 5 . 8 6 5 - 1 6 . 4 8 2 13 0 . 9 9 . 0 . 6 9 1 . 4 C a s e l l a #5 RH m i s s i n g F o r e s t B o t t o m , T 1 4 . 7 7 3 - 2 . 9 7 2 15 0 . 9 9 0 . 5 2 1 . 0 C a s e l l a #3 RH 5 4 . 8 4 3 - 4 4 . 9 3 1 20 0 . 9 9 2 . 6 4 5 Meadow s i t e , T 2 3 . 9 5 0 - 3 3 . 8 5 5 13 0 . 9 9 0 . 5 6 1 .1 F u e s s m o d e l : y = ax + b x J + c a b c RH 5 6 . 3 5 9 - 1 . 8 8 1 - 1 4 . 6 5 15 0 . 9 9 2 . 5 5 5 T a b l e D . l C a l i b r a t i o n e q u a t i o n s f o r t h e r m o h y g r o g r a p h s . 5 6 7 8 9 10 stage h on chart (cm) F i g . D . 2 C e n t r a l C r e e k r a t i n g c u r v e , 1 9 7 8 . r o 10 6 7 8 9 1 0 11 stage h on chart (cm) F i g . D . 3 M i l l e r C r e e k r a t i n g c u r v e , 1 9 7 8 . 130 l i n e a r r e g r e s s i o n ( f o r c e d . number t h r o u g h o r i g i n ) m e l t f r o m . o f m e l t pan v s . r e f e r e n c e m e l t o b s e r v a t i o n s s t a n d a r d e r r o r C o r r e c t i o n n s l o p e o f s l o p e r 2 f a c t o r M e l t p a n 1 4 1 . 2 0 2 0 . 1 1 5 0 . 9 3 9 0 . 8 3 2 2 17 0 . 9 4 2 0 . 0 5 1 0 . 8 2 3 1 . 0 6 2 3 10 1 . 3 3 8 0 . 1 0 3 0 . 7 7 1 0 . 7 4 7 4 5 0 . 5 7 5 0 . 0 4 5 0 . 9 6 0 1 . 7 3 9 T a b l e D. 4 Summary o f c a l i b r a t i o n f u n c t i o n s f o r t h e m e l t p a n s ( r e m o v a l o f b i a s ) , r e f e r e n c e m e l t = s u r f a c e l o w e r i n g . 131 A P P E N D I X E E) D a t a Summary F i e l d S e a s o n , 1978 S e e a l s o F i g . B . 3 . May 16 - J u n e 2 6 , 1978 S t a n d a r d P r e c i p i t a t i o n (mm) R i d g e Top 40 F o r e s t Top 4 8 F o r e s t M i d d l e 51 F o r e s t B o t t o m 46 Meadow S i t e s t a n d a r d 51 t i p p i n g b u c k e t 57 Meadow C a b i n 4 8 T a b l e E . l T o t a l p r e c i p i t a t i o n f o r t h e t i m e p e r i o d May 16 - J u n e 2 6 , 1978 a t d i f f e r e n t l o c a t i o n s . 132 MEADOW SITE RIR TEMPERATURE IN DEG C 1978 AaAI •"• 1 y 1 1 1 W 1 1 1 W 1 1 1 w 1 1 1 y 1 1 1 w 1 1 1 w 1 1 1 w 1 1 1 y 1 JUNE MRY F i g . E . 2 P l o t o f Meadow s i t e a i r t e m p e r a t u r e ( ° C ) FOREST BOTTOM AIR TEMPERATURE IN DEG C 1978 ~r_i i, j—r i i L„I i i i i j i i i r~~r 15 20 25 30 n 1 1 's' 1 1 1 'm' 1 1 1 y 1 1 1 w 1 1 1 ^ MAY JUNE F i g . E . 3 P l o t o f F o r e s t B o t t o m a i r t e m p e r a t u r e ( ° C ) . 1 3 3 F i g . E.4 P l o t o f F o r e s t M i d d l e a i r t e m p e r a t u r e ( o c ) . FOREST TOP PJR TEMPERATURE IN DEG C 1978 JUNE F i g . E.5 P l o t o f F o r e s t Top a i r t e m p e r a t u r e ( o c ) . 134 RIDGE TOP AIR TEMPERATURE IN DEG C 1978 MAY JUNE F i g . E.6 P l o t o f R i d g e Top a i r t e m p e r a t u r e (orj) 1200' ioooH 800-600-400 200H solar radiation , Meadow site, 1978 Y4-I I i I i 'i—"r—T 15 20 MAY 25 30 10 15 J U N E 20 F i g . E.7 P l o t o f s o l a r r a d i a t i o n (mean h o u r l y v a l u e s ) , Meadow s i t e . 135 F i g . E.8 P l o t o f n e t r a d i a t i o n (mean h o u r l y v a l u e s ] , Meadow s i t e . 8 -i 5 A corrected melt flux. Meadow site, 1978 3 * * 2 £ J U N E F i g . E.9 P l o t o f m e l t f l u x ( c o r r e c t e d f o r b i a s , mean h o u r l y v a l u e s ) , Meadow s i t e . 136 T a b l e s E. 10 C o m p u t e r o u t p u t o f d a t a summary ( s e q u e n c e o f s i x t a b l e s ) . £ - t i l S - f t l S9"6 z z H K O r ES 8'1 ft "91 E Z - 8 IZ at inr ZS 9  m0Z SI - £ l OZ 3 N n r IS £ *8Z 8 Z ' £ t 61 3Nnr OS i - o £ -SZ 8 £ * f t l 81 3 N 0 r 6ft 6 Z ' 8 l £ 1 SNnr 8ft S '61 Z S ' Z l 91 3 N 0 r £ft s - u i 9ft * 0 l SI s s n r 9ft 6 * S Z 9S ' S I ftl aN'nr Sft E ' 9 0*61 8 Z ' f t l Et a s n r ftft 0*8 8 •£ 9 £ ' f t Z l 3Nor Eft 8*1 £ * E l £ S * S 11 3Nnr Z« 9-81 Z 9 - 9 01 3Nnr 1ft Z ' 9 Z -91 6 6 ' S 6 3i»nr Oft I'OZ O'ftE O*»E E " 8 l t - o 6 - S l 09-ft 8 3 N D r 6E 9'SZ i -ZE l * Z E Z -61 £ -OZ 11 - s L 3NQr BE ft-tr £ ' 9 Z £ * 9 Z l ' 9 l o - z z £6'ft 9 3Nnr £E £ * 8 Z O ' l f t 0 ' t f t 8 * Z Z IS "9 S 3 H n r 9E 8 ' S E 6*8Z 9 Z ' £ ft s o a r SE ft ' Z E ft'ZE £ - 8 1 Z ' £ Z 66"9 E 3MQr ftE ft*6Z ft'6Z 6*91 O ' i Z 9Z *9 Z 3N0r EE o - s z o - s z 1 ft 'lit I *8Z 69 *S I 3Nnr ZE o * z z £ * Z l S ' 8Z s z - s IE AVH IE E ' E Z 0 ' S Z o - s z S ' E Z 8*6Z 99 *ft OE AVH OE 9 * £ l ft'El ft-Et 9 * Z l I "ftZ 81 -ft 6Z AVH 6Z I ' Z l * * C l £ - n 8 * E l E ' l 8*61 S 9 ' E 8Z AVH 8Z 9 ' IZ L'lZ s - z z O ' t f i - o c I ' l E 0*9 E * l l 68*1 £Z IV H £Z Z'zi 8 - z i £ ' 0 1 8 *81 S ' f t l £ * £ l o - z 8 "Ol Z 9 ' Z 9Z AVH 9Z Z ' S S -ft s - z ft * s £ * S E "E . I ' S 8*9 6 "SI 88*1 SZ AVH SZ I "8 £ ' £ I ' L Z * 8 S * 6 6*6 az AVH * Z 8 ' 6 Z "9 S ' 9 I '9 6 *S £ - 8 £ ' S I - £ o - o z 0 £ ' l EZ AVH EZ I *0 I "Z z • ? 0 ' Z i - z t - z 1*0 E S - 0 ZZ AVH ZZ 0*01 Z ' f t l S ' S l I ' E l 9 * « 7 l ft ' E l 9 -8Z 6 0 ' E IZ AVH IZ L'LZ t "ZE c * ze E "ZE Z 'E f t t i 'OE t ' 9 Z ft6"E OZ AVH OZ « * 8 l O ' E l ft-ll ft - f t l z - s i S * E l 0 -8Z 61 AVH 61 9 "SI O ' S l E ' S l £ - » l S ' O Z 6 * £ l I Z ' E 81 AVH 81 S * l l 9 ' Z l 0 ' 9 l Z * 6 * - i z £ - 8 I '0 E ' O Z £ E ' E £ 1 AVH £ 1 ? ' £ l £ *9 l Z '81 E * S t ft'ftZ ft * t 7 l £ "92 80'ft 91 AVH 91 9 - e z 1 "CI 9 * l £ E- fc l • ti'O 8 * 6 l 1 9 - Z SI AVH SI 0*01 1»*6 « * £ l 6*8 » E ' 9 l 0*6 8 E - 0 - ftl AVH ftl 6 -Z 9 ' £ s - z 6 - E Z * £ 6 - Z • S ' E l E O - l - E l AVH E l 9 * E ft'E o - z » 6 ' 0 S " E l 61 -0 Z l AVH Z l O ' Z l E * U Z *£ * S ' l 11 AVH 11 9 * E s - z ft-E E ' E » l ' 0 01 AVH 01 t!-01. 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