Neue Forschungsergebnisse zeigen, dass zwei weit verbreitete Computermodelle, die die Bildung von sommerlichen Schmelztümpeln auf Meereis vorhersagen, ihr Ausmaß stark überschätzen, eine wichtige Erkenntnis, wenn Wissenschaftler daran arbeiten, genaue Prognosen über den Klimawandel in der Arktis zu erstellen.
Das Ergebnis stammt aus Messungen, die während einer einjährigen Expedition an Bord des Forschungsschiffs Polarstern gemacht wurden. Für die Expedition Multidisciplinary Drifting Observatory for the Study of Arctic Climate, kurz MOSAiC, durfte das Schiff von September 2019 bis Oktober 2020 in der Arktis festfrieren und mit dem Packeis driften.
Die von der NASA finanzierte Arbeit, bei der Computermodellbewertungen mit Beobachtungen verglichen wurden, die während der letzten vier Monate der Expedition gemacht wurden, wurde von Melinda Webster vom University of Alaska Fairbanks Geophysical Institute geleitet. Webster, ein wissenschaftlicher Assistenzprofessor, verbrachte mehrere Monate an Bord der Polarstern.
Die Ergebnisse wurden in der Zeitschrift veröffentlicht Elementa im Mai.
„Kein Modell ist perfekt“, sagte Webster. „Diese Studie verwendet eine Kombination aus oberflächenbasierten, luftgestützten und Satellitendaten, um die möglicherweise unvollkommene Darstellung oder fehlende Physik von Meereisschmelzprozessen aufzudecken, auf deren Verbesserung wir uns konzentrieren können.“
Schmelztümpel entstehen, wenn sich Wasser aus schmelzendem Schnee und Meereis in Oberflächenvertiefungen absetzt.
Das Ausmaß von Schmelzteichen und der Zeitpunkt ihrer saisonalen Bildung beeinflussen die Oberflächenalbedo, die die Menge der von der Oberfläche reflektierten Sonnenstrahlung steuert. Teiche verringern die Albedo, wodurch Sonnenstrahlung absorbiert und an das darunter liegende Meerwasser weitergeleitet werden kann.
Eine erhöhte Absorption von Sonnenenergie verstärkt die Erwärmung des oberen Ozeans und beschleunigt das Schmelzen des Meereises. Es kann auch zu einem verstärkten Wachstum bestimmter Phytoplanktonarten führen, die besser an höhere Lichtverhältnisse im oberen Ozean angepasst sind. Das hat Auswirkungen auf den Rest der Nahrungskette.
Die Absorptionsmenge wirkt sich auch auf die Nettoveränderung des Wachstums von neuem Eis gegenüber der Eisschmelze aus.
Die Felddaten in der Studie bestanden aus Beobachtungen aus mehreren Kilometer langen Vermessungen über die gefrorene Eislandschaft während der Sommerschmelze von Juni bis Juli 2020 auf einer Eisscholle und während der Herbstzueisung im August bis September 2020 auf einer anderen Eisscholle.
Diese Messungen wurden mit Luft- und Satellitenbildern verglichen, um die Abdeckung von Schmelztümpeln in der weiteren Region aufzudecken, und dann verwendet, um die Vorhersagen des Computermodells zu untersuchen.
Schmelztümpel bedeckten im Sommer 21 % der beobachteten Fläche, während die beiden Modelle 41 % und 51 % anzeigten.
„Durch die verbesserte Darstellung wichtiger physikalischer Prozesse in Modellen erwarten wir, dass die Modelle Klimazustände zuverlässiger simulieren, unabhängig von der Zeitperiode – Vergangenheit, Gegenwart oder Zukunft“, sagte Webster.
Webster forscht weiter zum schmelzenden arktischen Meereis.
Melinda A. Webster et al., Raumzeitliche Entwicklung von Schmelztümpeln auf arktischem Meereis, Elementa: Wissenschaft des Anthropozäns (2022). DOI: 10.1525/elementa.2021.000072