Arktisk forskningsekspedition står sandsynligvis over for ekstreme forhold i hurtigt skiftende Arktis

I oktober 2019, videnskabsmænd fangede et skib fyldt med udstyr i arktisk havis med den hensigt at drive rundt i det arktiske hav i et helt år, indsamling af data om polarområderne og havisflager. Imidlertid, en ny undersøgelse indikerer, at der er en chance for, at ekspeditionen kan smelte ud måneder før årets udgangsmål.

Forskerholdet MOSAiC (Multidisciplinary Drifting Observatory for the Study of Arctic Climate) gennemgik omfattende forberedelse og træning til ekspeditionen, herunder analysere historiske forhold. Den nye undersøgelse viser, imidlertid, at de arktiske forhold har ændret sig så hurtigt, at fortiden måske ikke længere er en guide til i dag.

Forskere ved National Center for Atmospheric Research (NCAR) har brugt et ensemble af flere klimamodelkørsler til at simulere forhold langs potentielle ruter for polarekspeditionen, ved at bruge nutidens forhold i det "nye Arktis". Resultaterne tyder på, at tyndere havis kan føre skibet længere end forventet sammenlignet med historiske forhold, og havisen omkring skibet kan smelte tidligere end 12-måneders målsætningen. Af de 30 modelkørsler, der er analyseret i den nye undersøgelse, fem (17%) viste smelte-out på mindre end et år.

Forskningen, offentliggjort i tidsskriftet Kryosfæren , blev finansieret af National Science Foundation, som er NCARs sponsor. Studiets medforfattere er fra University of Colorado Boulder og skolens Cooperative Institute for Research in Environmental Sciences, samt Dartmouth College og University of Alaska Fairbanks.

Ensemblet af 30 modelkørsler brugte de nuværende klimaforhold og afspejlede bredden af ​​måder, havisen kunne dannes på, drift, og smelter i et 2020 klima. Undersøgelsen inkorporerede ikke 2019 isforhold og er ikke en prognose for det spor, skibet vil overtage sin årelange ekspedition.

"Hele pointen med MOSAiC er at forstå det nye Arktis, og hvordan tingene har ændret sig i løbet af de sidste 10 år, " sagde Alice DuVivier, en NCAR klimaforsker og hovedforfatter af det nye studie. "Denne model giver os en forståelse af rækken af ​​drivende muligheder, som ekspeditionen kan stå over for i det nye isregime."

Forskere har indsamlet data om udbredelsen af ​​arktisk havis, som kan dække millioner af kvadratkilometer om vinteren, siden 1979, hvor satellitter begyndte at fange årlige ændringer i isdække. "Ændringerne i det arktiske system er så utroligt hurtige, at selv vores satellitobservationer fra 15 år siden er i modsætning til Arktis i dag, " sagde Marika Holland, NCAR-forsker og medforfatter til undersøgelsen. "Nu er der tyndere is, som bevæger sig hurtigere, og der er mindre snedække. Det er et helt andet isregime."

Går med isflagen

For at sammenligne forskellene mellem det "gamle Arktis" og "det nye Arktis, "Forskerne skabte isflagespor til ekspeditionens skib, en tysk forsknings-isbryder kaldet Polarstern, ved hjælp af havisen i den NCAR-baserede Community Earth System Model (CESM). Først, forskerne kørte 28 modelspor baseret på historiske satellitdata om havisens forhold. Derefter sammenlignede de resultaterne med 30 modelbaner under de unge, tynd, og mere sæsonbestemte arktiske isforhold, der i højere grad afspejler de seneste forhold.

I disse "nye arktiske" forhold, isflagene bevægede sig hurtigere, så deres stier strækker sig længere og varierede mere fra hinanden sammenlignet med "gamle arktiske" stier, som omfatter tykkere havis og kortere, langsommere spor.

Især, undersøgelsen finder, at i det sæsonbestemte arktiske scenarie, 17% af de simulerede spor viser, at Polarstern smelter helt ud af isen, måneder før målstregen i oktober 2020. Modellen kører skøn 29. juli, 2020, som den tidligste potentielle smeltedato, fremhæver, at det nuværende Arktis har en øget risiko for ekstreme begivenheder, såsom udsmeltning. I modsætning, ingen af ​​sporene under de historiske satellitdata viste et udsmeltningsscenario.

Mens resultaterne giver yderligere indsigt i det potentielle resultat af MOSAiC's vej, modelkørslerne er ikke en prognose for ekspeditionens spor, sagde DuVivier, som præsenterede undersøgelsens resultater for MOSAiC-videnskabsteamet, da de forberedte sig til kampagnen. Hellere, resultaterne er en måde at udforske de mange scenarier, et skib potentielt kan stå over for i løbet af rejsen i det nuværende klima. "Modellering er en måde at udforske mange verdener på, " sagde DuVivier. "Tidligere erfaringer er ikke altid vejledende for, hvad der kommer til at ske."

I den første fase af ekspeditionen, i efteråret 2019, forskerne havde allerede mødt tynde isforhold, havde i første omgang kæmpet for at finde en tyk nok isflage til at forankre Polarstern, og oplever storme, der har udfordret ekspeditionen. Ifølge National Snow &Ice Data Center, den arktiske havis i 2019 nåede det næstlaveste minimum i satellitrekorden, hvilket betyder, at ekspeditionen begyndte under ekstremt lave isforhold.

Siden da, skibets nuværende spor har drevet længere end forventet. "Modeleksperimenterne fra denne undersøgelse har sammenlignelige spor med, hvad Polarstern har oplevet i de sidste par måneder, " sagde DuVivier. "Vi laver ikke en forudsigelse for ekspeditionen, men den slags spor smelter tidligt ud i vores klimamodel."

Tiden vil vise, hvad Polarsterns ultimative spor og destination bliver, men ekspeditionen vil stadig give videnskabsfolk et væld af data. Oplysningerne vil i sidste ende være enormt gavnlige for at forbedre klimamodeller som CESM og hjælpe videnskabsmænd med at forstå de ændringer i Arktis, som fremtidige polarekspeditioner kan fortsætte med at observere.

"Det er derfor, vi har brug for MOSAiC. Modeller kan informere den slags kampagner, og disse kampagner vil informere vores modeller, sagde Holland, som har sit eget projekt på MOSAiC ekspeditionen, indsamling af data om sne på havisen og opvarmning af det øvre hav, der påvirker havisens tykkelse.

"Vi har ikke mange nye observationer taget i dette nye regime, og dette vil være grundlæggende for vores fremtidige forståelse af Arktis, sagde Holland.