NASA-forskere søger at forbedre forudsigelser af havisen

Havisen i det arktiske hav er i en nedadgående spiral, med minimumsområder om sommeren omkring 40 procent mindre end i 1980'erne. Men det er vanskeligt at forudsige, hvordan havisen kommer til at opføre sig i et bestemt år:Der er stadig mange ubekendte om forholdene for havisen, for ikke at sige noget om vanskelighederne ved at forudsige vejr- og havadfærd over sæsonbestemte tidsskalaer.

NASA-forskere arbejder på at forbedre deres prognoser for størrelsen af ​​det arktiske havis i slutningen af ​​sommerens smeltesæson - men målet er ikke kun at have en bedre forudsigelse af havisens dækning. Udfordringen med at lave sommerhavisens prognoser giver forskerne mulighed for at teste deres forståelse af de processer, der styrer sæsonbestemt havis vækst og tilbagetrækning, og at finjustere computermodeller, der repræsenterer forbindelser mellem isen, atmosfære og hav.

Et græsrodsinitiativ, der blev lanceret i 2008, sammenligner indsatsen fra forskellige forskerhold hvert år for at forudsige slutningen af ​​sommeren i arktisk havis. Dette år, tre NASA-hold er blandt over tre dusin grupper, der har indsendt mindst én forudsigelse. De deltagende grupper i Sea Ice Prediction Network (SIPN) bruger forskellige metoder, lige fra statistisk analyse til dynamiske modeller, mavefornemmelser og kombinationer af teknikker. Hold kan indsende prognoser i juni, juli og august baseret på de aktuelle havisforhold på disse tidspunkter. Hvert efterår, projektet frigiver en analyse af årets indsendelser, gennemgå erfaringerne og give vejledning til fremtidige forskningsindsatser.

Sammenligningen af ​​forskellige metoder gør det muligt for forskere at gå ud over blot at indsamle observationer af havisens karakteristika for at teste hypoteser om driverne bag havets adfærd i et bestemt år. Som et eksempel, Sådanne metoder vil give forskere mulighed for nærmere at undersøge virkningen af ​​sommerisens tykkelse eller tilstedeværelsen af ​​smeltevandsdamme i begyndelsen af ​​smeltesæsonen. Det vil også lade dem afgøre, om en enkelt egenskab ved isen er mere nyttig end at analysere en kombination af faktorer.

Blandt andre data, de deltagende hold bruger havisens koncentration – hvor meget af et givent område er dækket af is – og omfang, som tager højde for alle områder af det arktiske hav og de omkringliggende have, hvor isen dækker mindst 15 procent af havoverfladen. Større havis og, vigtigere, højere koncentrationer gør isen mere modstandsdygtig over for smeltning, fordi mindre af havet er udsat og dermed mindre i stand til at absorbere solvarme. Koncentrationen og omfangsdatasættene er baseret på metoder udviklet tilbage i 1970'erne og 1980'erne af forskere ved NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, og i øjeblikket kurateret af NASAs dataarkiv ved National Snow and Ice Data Center (NSIDC) i Boulder, Colorado.

Ud over, en langvarig NASA luftundersøgelse af polar is kaldet Operation IceBridge giver målinger til SIPN-hold på forårets havis tykkelse, smeltedamme og sneforhold, som er tre andre parametre, der påvirker sommerens smeltesæson.

Alek Petty, en havisforsker ved Goddard, har indsendt prognoser til SIPN for de sidste to år, der er baseret på en statistisk model, der analyserer satellitmålinger af havisens koncentration og afsmeltning. Et aspekt af sommersmeltesæsonen Petty tester med sin model er spørgsmålet om, hvordan smeltedamme – de lyseblå vandpytter af smeltevand, der dukker op på havisen om foråret og sommeren – også kan hjælpe med at forudsige havisens udbredelse kl. slutningen af ​​sommeren. Petty kan køre sin model med data om forårssmeltedammens dækning opnået af en klimamodel drevet af forskere i Det Forenede Kongerige.

"En af vanskelighederne med smeltedammemodellen er, at vi ikke har mange gode observationer af smeltedamme i Arktis til validering, " sagde Petty. "Det er, hvad Operation IceBridge nu forsøger at give med deres seneste sommer havisen kampagner."

Richard Cullather, en klimamodeller hos Goddard, bruger en dynamisk model af klimasystemet, der tager højde for samspillet mellem arktisk havis, havet og atmosfæren. Dette år, hans fjerde deltagelse i SIPN, han anvendte havisens tykkelsesmålinger fra satellitdata for at definere betingelserne for havisen før begyndelsen af ​​smeltesæsonen. Cullather forventer, at denne tilføjelse vil forbedre prognosen.

"Det ser ud til, at den is, der er tilbage i sensommeren, er en funktion af, hvor tyk isen var til at begynde med, " sagde Cullather. "Vi kørte vores prognose i juni uden havisens tykkelse, og det kom med en meget højere forudsigelse, end da vi faktisk introducerede tykkelsesmålingerne. Det tyder på, at tilføjelse af tykkelsesobservationer ændrer vores værdier."

NASA IceBridge data, sammen med målinger fra ESA's (European Space Agency) CryoSat-2 satellit, give vigtige oplysninger om tykkelse. Med NASA's Ice, Sky, og landhøjdesatellit-2 (ICESat-2), en mission, der er planlagt til at starte i 2018, der vil måle højden af ​​havisen over havets overflade, forbedret tykkelsesinformation vil blive tilgængelig for at informere om smelteforudsigelser.

Endelig, Walt Meier, en havisforsker, der arbejdede på Goddard indtil juli og i øjeblikket er hos NSIDC, bruger en simpel statistisk metode, der ser på den samlede udbredelse af havis fra 2005 til 2016 og sætter et gennemsnit af de daglige ændringer i udstrækning dag for dag frem til slutningen af ​​september.

"Jeg bruger kun data fra de sidste 12 år, fordi før 2006, kanten af ​​havisen i begyndelsen af ​​smeltesæsonen var placeret meget længere mod syd, så det ville smelte hurtigere i juli og august, end det gør nu, "sagde Meier, som har deltaget i SIPN siden starten og er medlem af ledergruppen.

På trods af at havisen starter smeltesæsonen fra et rekordlavt maksimalt årligt omfang i marts, ingen af ​​forudsigelserne fra Petty, Cullather og Meier opfordrer til, at dette års septemberomfang bliver mindre end 2012, hvilket er det laveste nogensinde observeret under satellitregistreringen af ​​arktiske havismålinger, der begyndte i 1979. Alligevel, deres prognoser tyder på et omfang i overensstemmelse med den arktiske havis langsigtede nedadgående tendens.

En fælles udfordring for eksisterende prognoser er, at da havisen er blevet dramatisk tyndere i løbet af de sidste årtier, påvirkningen af ​​vejrfænomener som store sommercykloner på isdækket er steget. Også, vejret kan typisk ikke forudsiges mere end 10 dage i forvejen.

"Sommerstorme kan have forskellige virkninger, " sagde Cullather. "Hvis isen er rimelig tyk, stormen kan fordele ispakken, så den så dækker et større omfang. Hvis isen er meget tynd, og du spreder den, det vil tillade det at smelte hurtigere, fordi der er mere åbent vand, der opvarmes af solen."

"Der er mere og mere interesse for sæsonbestemte forudsigelser af den arktiske havis, men samtidig er tingene udfordrende på grund af ispakkens skiftende forhold og hvordan den reagerer på vejret, " sagde Meier. Men forbedringer i modeller og statistik, sammen med en voksende registrering af havismålinger, gøre prognosemænd optimistiske med hensyn til fremtiden. "Håbet er, at modellerne kan overgå forandringerne i Arktis, at vi vil være i stand til at følge med og producere mere pålidelige prognoser."