Gå med isflagen:Havisens bevægelser sporer dynamikken, der transformerer det nye Arktis

Klimaændringer opnår, hvad århundreders udforskning ikke kunne:åbne den sagnomspundne Nordvestpassage, en maritim genvej fra Europa til Asien via det arktiske hav.

Forskning ledet af University of California, Riverside, kunne hjælpe skibe, der navigerer på disse nyoptøede ruter, med at undgå Titanics skæbne med en ny måde at forudsige bevægelsen af ​​flydende is.

En gruppe ledet af Monica Martinez Wilhelmus, en assisterende professor i maskinteknik ved Marlan and Rosemary Bourns College of Engineering, er den første til at bruge billeddannelsesspektroradiometer med moderat opløsning, eller MODIS, satellitbilleder for at forstå langsigtede havbevægelser fra havisens dynamik.

MODIS-sensorer ombord på NASA-satellitter har indsamlet daglige billeder af arktiske isflager - store, flade plader af flydende is - i over 20 år, men at bruge dem til at studere, hvordan de bevæger sig med havstrømmene, har været en møjsommelig opgave. Skyer hindrer ofte udsynet, og flager skal identificeres og markeres i hånden.

Ingeniørerne brugte billedbehandlingsalgoritmer til at fjerne skyer, skærpe detaljer, og separate individuelle flager. De brugte derefter billedanalysealgoritmer til at kortlægge bevægelsen af ​​flager over en periode på dage. De resulterende havstrømskort var omtrent lige så nøjagtige som kort lavet ved hjælp af mere arbejdskrævende traditionelle metoder. Sporing af havisen vil hjælpe videnskabsmænd med bedre at forstå kilderne, der driver havisens transport.

"Ingen havde før brugt MODIS, fordi satellitten er følsom over for skyer, og det er svært at identificere is, " sagde Martinez. "Vores algoritme filtrerer automatisk skyer og bruger andre billedbehandlingsalgoritmer, der giver isflagenes hastighed og bane."

Analysen vil hjælpe forskere med at kvantificere, hvordan samspillet mellem havstrømme, klima, og havis har ændret sig i de sidste to årtier. Dette vil i sidste ende forbedre havmodeller, som for det meste, ikke løses i de skalaer, der er nødvendige for at studere disse interaktioner.

"MODIS-data er en af ​​de længste optegnelser af jorden, der nogensinde er kompileret, " sagde førsteforfatter Rosalinda Lopez, en kandidatstuderende i Martinez' laboratorium. "Det betyder, at vi er i stand til at udvide vores analyse til næsten to årtier for at observere variabiliteten af ​​havis, når dramatiske ændringer transformerer regionen."

Den hastighed, hvormed is spredes fra hinanden, påvirker, hvor hurtigt den smelter. Is, der hurtigt spredes væk fra anden is, smelter hurtigere end is, der forbliver tæt sammen, ligner hvordan en håndfuld isterninger i et glas vand vil smelte langsommere end en håndfuld isterninger i et badekar.

Dette påvirker, hvor hurtigt og hvor meget ferskvand fra isen blander sig i det salte havvand, hvilket igen påvirker, hvordan havstrømmen bevæger sig.

"At tilføje ferskvand til havvandet påvirker dets energi, som påvirker strømmen, " sagde Martinez. "Vi er nødt til at forstå, hvordan is interagerer med havet."

Med Arktis, der smelter hurtigere end nogensinde, det er vigtigt at lære, hvordan havstrømmene ændrer sig. Havstrømme er tæt forbundet med klimaet, og en bedre forståelse af langsigtede strømninger vil hjælpe med at forbedre modeller for klimaændringer.

"Dette er et nyt felt, " sagde Martinez. "Ingen ved, hvordan isen kommer til at opføre sig."

De ændrede strømme vil også påvirke arktiske samfund, der er afhængige af jagt og fiskeri. Mens deres økonomier vakler, skibe bliver nødt til at finde sikre måder at levere forsyninger på for at hjælpe dem med at overleve. Foreslået olieboring i Arktis kan også betyde olieudslip, og UC Riverside-teknikken kunne hjælpe med at forudsige, hvordan oliepletter ville opføre sig.

Papiret, "Ice Floe Tracker:En algoritme til automatisk at hente lagrangiske baner via funktionsmatching fra visuelle billeder i moderat opløsning, " er offentliggjort i tidsskriftet Fjernmåling af miljø .