Nicht nur die steigenden Luft- und Wassertemperaturen beeinflussen den jahrzehntelangen Rückgang des arktischen Meereises. Wolken, Aerosole und sogar Unebenheiten und Vertiefungen auf dem Eis selbst können eine Rolle spielen. Um zu erforschen, wie diese Faktoren interagieren und das Schmelzen des Meereises beeinflussen, lässt die NASA diesen Sommer zwei mit wissenschaftlichen Instrumenten ausgestattete Flugzeuge über dem Arktischen Ozean nördlich von Grönland fliegen. Die ersten Flüge der Feldkampagne namens ARCSIX (Arctic Radiation Cloud Aerosol Surface Interaction Experiment) begannen am 28. Mai erfolgreich mit Messungen.
„Ziel der ARCSIX-Mission ist es, die Entwicklung des Meereises im Verlauf eines ganzen Sommers zu messen“, sagte Patrick Taylor, stellvertretender wissenschaftlicher Leiter der Kampagne vom Langley Research Center der NASA in Hampton, Virginia.
„Es gibt viele verschiedene Faktoren, die das Meereis beeinflussen. Wir messen sie, um festzustellen, welche diesen Sommer für das Schmelzen des Eises am wichtigsten waren.“
An einem völlig klaren Tag würde über glattem Meereis das meiste Sonnenlicht in die Atmosphäre zurückreflektiert, was eine Art ist, wie Meereis den Planeten kühlt. Wenn das Eis jedoch Grate oder dunklere Schmelzwassertümpel aufweist – oder mit Schadstoffen übersät ist – kann sich die Gleichung ändern und die Menge des schmelzenden Eises erhöhen. In der Atmosphäre beeinflussen auch Bewölkung und vorbeiziehende Aerosole die Schmelzgeschwindigkeit.
„Ein wichtiges Ziel von ARCSIX ist es, die Strahlungsbilanz der Erdoberfläche besser zu verstehen – also die Energie, die mit dem Eis und der Atmosphäre interagiert“, sagte Rachel Tilling, eine Kampagnenwissenschaftlerin vom Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt, Maryland.
Etwa 75 Wissenschaftler, Instrumentenbediener und Flugpersonal nehmen an den beiden Segmenten von ARCSIX teil, die von der Weltraumbasis Pituffik im Nordwesten Grönlands aus stationiert sind. Der erste dreiwöchige Einsatz im Mai und Juni dieses Jahres soll den Beginn der Eisschmelzsaison dokumentieren. Der zweite Einsatz wird im Juli und August stattfinden, um die spätsommerlichen Bedingungen und den Beginn der Gefrierperiode zu überwachen.
„Für ARCSIX kamen Wissenschaftler aus drei Schlüsseldisziplinen zusammen: Meereisoberflächenforscher, Aerosolforscher und Wolkenforscher“, sagte Tilling. „Jeder von uns hat daran gearbeitet, die Strahlungsbilanz in seinem spezifischen Bereich zu verstehen, aber für diese Kampagne haben wir alle drei Bereiche zusammengebracht.“
Bei jedem Einsatz werden zwei Flugzeuge über die Arktis fliegen. Das P-3 Orion-Flugzeug der NASA von der Wallops Flight Facility der Agentur in Virginia wird zeitweise unter den Wolken fliegen, um die Oberflächeneigenschaften des Eises und die Menge der von ihm abgestrahlten Energie zu dokumentieren. Das Team wird das Flugzeug auch durch die Wolken fliegen lassen, um Aerosolpartikel, optische Eigenschaften der Wolken, chemische Zusammensetzung und andere atmosphärische Komponenten zu untersuchen.
Ein von der NASA Langley gesteuertes Flugzeug vom Typ Gulfstream III wird höher in die Atmosphäre fliegen, um die Eigenschaften der Wolkenoberseiten zu beobachten, Profile der Atmosphäre über dem Eis zu erstellen und eine Perspektive hinzuzufügen, die der von umlaufenden Satelliten ähnelt.
Die Teams werden außerdem die Daten aus der Luft mit Satellitendaten vergleichen. Satelliteninstrumente wie das Multi-angle Imaging Spectroradiometer und das Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer werden zusätzliche Informationen über Wolken und Aerosolpartikel liefern, während der Ice, Cloud and land Elevation Satellite 2 Einblicke in die Eistopographie unter Satelliten und Flugzeugen geben wird.
Die Flugzeuge werden koordinierte Routen fliegen, um Messungen der Atmosphäre über dem Eis im dreidimensionalen Raum vorzunehmen, sagte Sebastian Schmidt, der wissenschaftliche Leiter der Mission an der University of Colorado Boulder.
„Das Gebiet vor der Nordküste Grönlands kann als letzte Bastion mehrjährigen Meereises betrachtet werden, während sich die Arktis in einen saisonal eisfreien Ozean verwandelt“, sagte Schmidt. „Durch Beobachtungen hier werden wir Einblicke in die Wechselwirkungsprozesse zwischen Wolken, Aerosolen und Meereis in der ‚alten‘ und ‚neuen‘ Arktis gewinnen – und gleichzeitig die satellitengestützte Fernerkundung verbessern, indem wir das, was wir mit luftgestützten und Satelliteninstrumenten sehen, vergleichen.“