Die erste Auswertung der CryoSat-2-Sommerbeobachtungen liefert genaue Schätzungen der arktischen Meereisdicke

Wissenschaftler haben ein Datenassimilationssystem verbessert, um die Meereisdicke (SIT) des arktischen Sommers besser abzuschätzen, indem sie satellitengestützte Sommer-SIT- und Eiskonzentrationsdaten mit einem inkrementellen Analyseaktualisierungsansatz (IAU) assimilierten. Ihre Studie zeigt vielversprechende Ergebnisse für verbesserte Schätzungen des arktischen SIT, indem sie den neuesten Durchbruch des satellitengestützten SIT für den Sommer in der Arktis aufgreifen.

Ihre Arbeit wurde in der Zeitschrift veröffentlicht Ozean-Land-Atmosphärenforschung.

Das schnell schrumpfende arktische Meereis hat erhebliche Auswirkungen auf das Erdsystem. Der anhaltende Rückgang des Meereises hat kommerzielle transarktische Reisen im Sommer einfacher gemacht. Allerdings stellen die sich schnell ändernden Meereisbedingungen auch maritime Aktivitäten vor Herausforderungen. Daher ist eine zuverlässige Schätzung des arktischen Meereises, insbesondere SIT, mithilfe einer Kombination aus verfügbaren Beobachtungen und numerischer Modellierung für die Sicherheit und Routenplanung von Seefahrern dringend erforderlich.

„Bisher gibt es keine Studien, die sich mit der Integration satellitengestützter SIT-Beobachtungen im Sommer befassen. In dieser Studie assimilieren wir die neuesten zweiwöchentlichen Sommer-SIT- und täglichen Meereiskonzentrationsdaten aus Satellitenbeobachtungen in ein gekoppeltes Eis-Ozean-Modell, um diese zu verbessern.“ das Modell schätzt“, sagte Dr. Chao Min von der Sun Yat-sen-Universität und dem Southern Marine Science and Engineering Guangdong Laboratory (Zhuhai), China; und das Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung, Deutschland.

Vor dieser Studie war die von Satelliten abgeleitete Sommer-SIT nicht in numerische Modelle integriert worden, da die SIT-Beobachtungen im Sommer begrenzt waren. Jüngste Fortschritte bei SIT-Beobachtungen auf Basis von CryoSat-2, einem Satelliten zur Erforschung von Eis, haben Wissenschaftlern das ganze Jahr über zuverlässige Meereisdaten geliefert. Mit dem CryoSat-2-Sommer-SIT untersuchte das Team den richtigen Ansatz zur Assimilation von CryoSat-2-Daten. Ihre Studie stellt den ersten erfolgreichen Fall dar, bei dem satellitengestützte Sommer-SIT-Daten in ein gekoppeltes Eis-Ozean-Modell integriert wurden.

Die direkte Übernahme der eher seltenen CryoSat-2-Beobachtungen würde zu Diskontinuitäten in der Entwicklung der Schätzungen des Meereisvolumens und der Meereisdicke führen. Das Team meisterte diese Herausforderung durch die Implementierung eines inkrementellen Analyseaktualisierungsansatzes (IAU) in seinem Datenassimilationssystem. Die IAU-Methode ermöglicht eine schrittweise Entwicklung der Meereisfelder im Laufe der Zeit und ermöglicht gleichzeitig die Integration seltener Sommer-SIT-Daten, die nur alle zwei Wochen verfügbar sind, in Verbindung mit täglichen Daten zur Meereiskonzentration.

Die Bemühungen des Teams haben zu verbesserten Schätzungen des arktischen SIT geführt, die im Vergleich zu einer Meereis-Reanalyse (CMST), die keine CryoSat-2-Sommerbeobachtungen berücksichtigt, stärkere Korrelationen mit unabhängigen SIT-Beobachtungen aufweisen. Durch die Kombination von CryoSat-2-Sommerbeobachtungen und Modelldynamik erzielte das Team erhebliche Verbesserungen bei der Schätzung des Meereises.

Sie stellten deutliche Verbesserungen im SIT-Feld in den Gebieten fest, in denen das Meereis am rauesten ist und starke Verformungen erfährt, wie etwa rund um die Framstraße und die Nordküste des Kanadischen Arktischen Archipels und Grönlands.

„Unsere Ergebnisse zeigen die Vorteile der Integration von CryoSat-2-Sommer-SIT für die Schätzung des arktischen Meereises und damit die Verbesserung der Anfangszustände für Meereisvorhersagen, was für die Meeresschifffahrt von großer Bedeutung ist“, sagte Dr. Lars Nerger vom Alfred-Wegener-Institut Helmholtz Zentrum für Polar- und Meeresforschung, Deutschland.

Mit dieser Studie zeigt das Team, dass eine Meereis-Neuanalyse entwickelt werden kann, die die ganzjährige Satelliten-Eisdicke und -konzentration berücksichtigt.

„Zukünftig wird eine kontinuierliche Langzeit-Eisdickenaufzeichnung mit einer feineren zeitlich-räumlichen Auflösung rekonstruiert, die sowohl die ganzjährige Meereiskonzentration als auch die Meereisdicke berücksichtigt. Darüber hinaus wird unser Datenassimilationssystem mit den verbesserten Anfangszuständen des Meereises erweitert hat das Potenzial, die Meereisvorhersagen zu verbessern, insbesondere im Sommer“, sagte Prof. Qinghua Yang, Professor an der School of Atmospheric Sciences der Sun Yat-sen-Universität und am Southern Marine Science and Engineering Guangdong Laboratory (Zhuhai), China.