Das Meereis der Antarktis beeinflusst das globale Klima auf verschiedene Weise. Es reguliert den Austausch von Wärme und Gasen zwischen der Meeresoberfläche und der Atmosphäre und treibt die Bildung des antarktischen Grundwassers voran, das über die globalen Ozeane fließt.
Seit Beginn der kontinuierlichen Satellitenaufzeichnungen in den 1980er Jahren hat die Entwicklung des antarktischen Meereises Muster starker regionaler und saisonaler Variabilität gezeigt, im Gegensatz zu einem gleichmäßigen und schnellen Verlust des Meereises, der den arktischen Bereich charakterisierte. Tatsächlich hat das antarktische Meereis seit 2012 schnelle Schwankungen in seiner hemisphärischen Nettobedeckung erfahren, um zuerst ein Rekordhoch (2013-2015) und dann ein Rekordtief (2016-2022) zu erreichen.
Während sich die Meereisbedeckung über den größten Teil des Antarktischen Ozeans mit großen jährlichen Schwankungen ausgebreitet hat, haben einige Gebiete wie das östliche Rossmeer bis zur Antarktischen Halbinsel einen erheblichen Meereisverlust erlitten. Die Summe der unterschiedlichen regionalen Beiträge ergibt einen insgesamt leicht ansteigenden Trend der Meereisbedeckung über die letzten Jahrzehnte.
Es wird berichtet, dass mehrere Faktoren, wie die Veränderungen der atmosphärischen Zirkulation im Zusammenhang mit dem stratosphärischen Ozonabbau, der Erwärmung der Ozeane und der Schelfeisschmelze, die dekadische Schwankung des Meereises in der Antarktis erklären. Wie aus früheren Studien hervorgeht, tragen auch langsame und langfristige Prozesse, die die dekadische Eisvariabilität beeinflussen, zur Zunahme des Meereises bei.
Es gibt jedoch immer noch erhebliche Unsicherheiten in aktuellen Modellschätzungen und eine genaue Vorhersage der dekadischen Meereisvariabilität in der Antarktis bleibt eine Herausforderung für die Gemeinschaft der Klimamodellierer.
Dank der Zusammenarbeit mit Yushi Morioka, einem Ozean- und Klimaforscher der Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology (JAMSTEC), demonstrierten die CMCC-Forscherinnen Dorotea Iovino, Andrea Cipollone und Simona Masina von der Division on Ocean Modeling and Data Assimilation (ODA). dass die Variabilität des Meereises in den Meeren der Westantarktis über dekadische Zeitskalen mit erheblichen Fähigkeiten unter Verwendung eines gekoppelten Atmosphäre-Ozean-Meereiszirkulationsmodells vorhergesagt werden kann, in dem sowohl Ozean- als auch Eiseigenschaften mit den beobachtungsbasierten Datensätzen initialisiert werden. Dieser Ansatz ermöglicht eine geschickte Vorhersage der Meereisvariabilität von Jahr zu Jahr über einen Zeitraum von bis zu 6 Jahren.
„Unter Verwendung eines Ensembles dekadischer Neuvorhersageexperimente fanden wir heraus, dass die Vorhersagefähigkeit der Meereisvariabilität entscheidend von einer realistischen anfänglichen Darstellung abhängt, nicht nur des Meereises, sondern auch der Untergrundtemperatur und der Salzgehaltsfelder“, erklärt Dorotea Iovino.
„Daten über den Ozean und insbesondere über seine Untergrundtemperatur und seinen Salzgehalt haben sich als großer Mehrwert erwiesen. Wenn sich das gekoppelte Vorhersagesystem auf eine Beschreibung sowohl der Ozean- als auch der Meereisbedingungen verlassen kann, dann die Vorhersagefähigkeiten von decadal sea Eisvariabilität werden deutlich verbessert, insbesondere in der Westantarktis.“
Eine Abbildung aus dem in veröffentlichten Papier Kommunikation Erde & Umwelt vergleicht die Vorhersagefähigkeitswerte einer Reihe von numerischen Experimenten mit unterschiedlichen Anfangsbedingungen: Das erste Experiment ist das Kontrollexperiment (a, CTL), bei dem die Meeresoberflächentemperatur mit einem beobachteten Feld initialisiert wird; das zweite Experiment ist das Experiment zur Wiederherstellung des Meereises (b, SIR), bei dem die Oberflächentemperatur und die Meereiskonzentration mit Beobachtungen initialisiert werden; In der dritten Simulation (c, 3DVAR) wird der Anfangszustand der Meerestemperatur und des Salzgehalts unter der Oberfläche über einen dreidimensionalen Variationsdatenassimilationsansatz einbezogen.
Im neuesten und neusten Ansatz (3DVAR) ist das Klimamodell in der Lage, die Meereiszunahme nach den späten 2000er Jahren besser zu erfassen und liefert die höchsten Vorhersagefähigkeiten der Meereiskonzentration in der Westantarktis (Amundsen-Bellingshausen-Meer). Diese signifikante Verbesserung ergibt sich aus einer besseren Darstellung der unterirdischen Ozeanzirkulation und insbesondere des antarktischen Zirkumpolarstroms und seiner Variabilität auf dekadischen Zeitskalen.
Wie erwartet, ist die vorteilhafte Wirkung der Ozeaninitialisierung unter der Oberfläche auf die Meereisvorhersagefähigkeiten in Regionen reduziert, in denen die Verfügbarkeit von Beobachtungen schlecht ist, wie im nördlichen Weddellmeer, was zu einem ungenauen Anfangszustand der Ozeaneigenschaften in den Modellexperimenten führt. Daher bleibt in diesen Regionen die Initialisierung der Meereiskonzentration am effektivsten für eine geschickte Vorhersage der dekadischen Meereisvariabilität.
Die dekadische Vorhersage des antarktischen Meereises könnte weiter verbessert werden, indem auch der Anfangswert der Meereisdickenschätzungen aus Satellitenbeobachtungen (hauptsächlich während des südlichen Winters) berücksichtigt wird. Weitere Forschungen in dieser Richtung sind derzeit am CMCC im Gange.
Mehr Informationen:
Yushi Morioka et al, Dekadische Meereisvorhersage in den Westantarktischen Meeren mit Ozean- und Meereis-Initialisierungen, Kommunikation Erde & Umwelt (2022). DOI: 10.1038/s43247-022-00529-z
Bereitgestellt von der CMCC Foundation – Euro-Mediterranean Centre on Climate Change