Nationalt Center for Klimaforskning

I dette forskningsprojekt beregnes den Arktiske havis- og snetykkelse på to af hinanden uafhængige måder. Is- og snetykkelse beregnes i en havis-model, som drives af atmosfæriske modeldata og ud fra satellitmålinger. Hastigheden, hvormed havismodellen regner, er forbedret kraftigt, hvilket gør, at der fremover enten kan spares computerressourcer eller gennemføres mere detaljerede beregninger.

Hvad har vi undersøgt?

Snetykkelsen oven på havisen er den største kilde til usikkerhed i bestemmelse af havistykkelser i Arktis.

Havisens opfrysning og smeltning afhænger blandt andet af mængden af sne på isen, fordi sneen isolerer isen mod lufttemperaturen. Således vil et tykt lag sne om vinteren medføre mindre isvækst end et tyndt lag sne.

I dette studie undersøger NCKF ved at inkludere satellitbaserede målinger af havisens højde over havets overflade (fribord), om vi kan forbedre beregningen af istykkelse året rundt. Derudover undersøger studiet, hvordan justeringer af beregningerne for havisens og sneens evne til at reflektere lys kan forbedre metoden til at beregne varmetransporten igennem havis og sne, hvilket også vil forbedre beregninger af istykkelse.

Dette studie har inkluderet satellitmålinger af temperaturen på overfladen af sneen sammen med temperaturen af laget mellem sne og is til at beregne snetykkelsen og dermed få et bedre estimat af istykkelsen.

Den anden del af studiet har forbedret en fysisk model, der beskriver, hvordan havet og havisen skifter temperatur og form samt, hvordan den bevæger sig. Det har resulteret i en ny reanalyse af havis og hav der beskriver udviklingen af hav og havis fra 2000 til idag.

Hvem kan have glæde af undersøgelsen?

Havisens tykkelse og udbredelse i Arktis og omkring Grønland i særdeleshed er vigtig information for skibstrafikken. Det gælder eksempelvis for rederiet Royal Arctic Line, der sejler til og omkring Grønland hele året.

I forbindelse med klimaovervågning og overvågning af den aktuelle tilstand af de polare egne er realistiske estimater af havisen også vigtig information. Havisen udgør nemlig et enormt areal, der reflekterer stort set al solindstråling, der rammer overfladen, fra forår til efterår. Når havisen forsvinder, absorberes en stor del at solindstrålingen af havvandet, der således opvarmes. Det er en proces der bidrager til den såkaldte arktiske forstærkning af opvarmningen , som gør, at opvarmningen i Arktis er mere end dobbelt så stor som den globale opvarmning. Det kan potentielt påvirke vejrsystemerne, også langt uden for Arktis.

Endelig spiller isen en vigtig rolle for de oprindelige folk i Arktis. De bruger isen som adgang til jagt og fiskeri.

Hvis modellerne kan forudsige hvordan isforholdene vil være i fremtiden, vil de oprindelige folk bedre kunne tilpasse deres aktiviteter og fremtidige livsgrundlag.

Hvilke data og metoder har vi benyttet?

Vi har anvendt observationer fra en række forskellige kilder.

• Bøje-observationer af temperaturprofiler mellem luft, sne og havis. Disse temperatur observationer er anvendt til at kalibrere forholdet mellem sneens og isens varmeledningsevner. Forholdet mellem varmeledningsevnerne er en central del af den satellitbaserede metode til bestemmelse af is- og snetykkelse.
• Satellitobservationer af sneens overfladetemperatur og temperaturen i laget mellem sne og is.

• Fribord. Højden af havisen over havets overflade. Det anvendes til beregninger af istykkelser, både i modeller og på baggrund af satellitobservationer.

Ved at bruge data fra bøjer er der udledt en empirisk relation mellem varmeledningsevnen for sne og is. Denne relation er sammen med den satellitbaserede temperaturprofil fra sneoverfladen gennem sne og is til vandet under isen helt central til at bestemme havis- og snetykkelser ved den anvendte metode. Metoden antager, at vand, havis og sne er i termisk ligevægt, således at varmetransporten fra vand til is er lig med varmetransporten hen over is/sne-overgangen og ved sneoverfladen. Med denne antagelse, massefylden af is og sne og kendskab til temperaturprofilet samt havis-fribordet kan man udlede tykkelsen af is og sne samtidig.

Projektet har fokuseret på at korrigere havis-fribord for isens og sneens saltholdighed, fordi de påvirker den estimerede højde af havisens fribord. Det er vigtigt for en mere præcis bestemmelse af istykkelsen med denne metode.

• Model og assimilering

Denne arbejdspakke har arbejdet med at forstå og integrere de forbedrede observationer i modellerne og med at forbedre modellerne, så de er opdateret i forhold til nyeste viden. Der er arbejdet med integration af forskellige datakilder som eksempelvis fribord.

Derudover har der har været arbejdet med forbedring af metoden, hvormed de matematiske ligninger bliver omsat til computerberegninger. Dette har givet en væsentlig forbedring i beregningstiden, hvilket kan anvendes til hurtigere/billigere beregninger eller til at udføre endnu mere detaljerede beregninger med de samme ressourcer.

Hvem har vi samarbejdet med?

Dette arbejde er udført ved hjælp af samarbejdsaftaler med

• Seoul National University, South Korea (Forbedring af observationer af sne og havistykkelser)
• University of Calgary, Canada (Forbedring af observationer af sne og havistykkelser)
• Anthony Craig LLC, USA (Forbedring af modellens infrastruktur)

Derudover er DMI involveret i det internationale CICE konsortium, der udvikler havismodellen.

Hvilket resultat fandt vi?

Udviklingen i havistykkelsen i Arktis er vigtig for at kunne vurdere hastigheden af de igangværende klimaforandringer. Denne arbejdspakke har givet bedre estimater af havistykkelsen og snetykkelsen oven på havisen. Hovedsageligt i det centrale Arktis, men også omkring Grønland .

Der er blevet arbejdet på at forbedre integration af fribord-observationer i modellen.

Arbejdspakken har forbedret hastigheden hvormed havismodellen kan udregne forudsigelser af havisens tykkelse. Derved kan man enten spare strøm og computerressourcer eller inkludere flere fysiske forhold og derved opnå en bedre, mere detaljeret model.

Den satellitbaserede metode til bestemmelse at sne- og havis-tykkelse er blevet forbedret på ét vigtigt punkt, hvilket er justering af estimaterne af havisens fribord. Justeringen, der tager hensyn til isens og sneens saltindhold, har stor betydning for sne- og havis-tykkelses-estimater for sæsonisen, der er specielt saltholdig.

Der blev også arbejdet på en metode til justering det satellitbaserede temperatur-estimat for grænselaget mellem sne og is. Denne justering havde umiddelbart ingen positiv effekt på sne- og havis-tykkelses-estimaterne. Modellering af sneen og havisens varmeudstråling i mikrobølgespektret viser, at denne justering vil være vigtig for nøjagtigheden af sne- og havis-tykkelse estimaterne. Derfor vil dette arbejde blive en central del af arbejdet i den næste fase af dette projekt.

Endelig blev det satellitbaserede sne- og havis-tykkelses datasæt udvidet med 5 år i forhold til sidste års arbejde. Nu dækker datasættet januar-februar-marts i perioden fra 2003 til 2020 og udstilles på polarportal.dk

Alle elementer af arbejdspakken kan stadig fortsættes, hvilket kan ske i samarbejde med eksempelvis nuværende samarbejdspartnere.

Hvad kan den nye viden bruges til fremover?

Den nye viden kan bruges til at vise tendenser for tykkelsen af den arktiske havis samt snelaget oven på. For eksempel er det ofte et krav, at nye offshore installationer eller skibstransport skal dimensioneres efter statistisk data.

Det kan anvendes til at forbedre klimamodellers beskrivelse af den arktiske havis, hvilket kan have betydning for beskrivelsen af det forventede fremtidige klima.

Hvad er vi nu i stand til, som vi ikke var før?

Vi er blevet bedre til at kombinere forskellige metoder og modeller og derved opnå en bedre beskrivelse af havisdækket til gavn for de arktiske (inklusiv grønlandske) aktører.