Schneeforschung füllt Lücke im Verständnis des arktischen Klimas

Umfassende Daten aus mehreren Saisons der Feldforschung in der Arktis Alaskas werden Unsicherheiten in Erdsystem- und Klimawandelmodellen über die Schneebedeckung in der gesamten Region und ihre Auswirkungen auf Wasser und Umwelt ansprechen.

„Schneebedeckung und ihre Verteilung wirken sich nicht nur auf die Arktis, sondern auch auf globale Energiebilanzen aus, und daher ist es von entscheidender Bedeutung, wie sie sich verändert, um zu verstehen, wie sich das zukünftige globale Klima verändern wird“, sagte Katrina Bennett, Hauptautorin des Papiers in Die Kryosphäre. Bennett ist Hauptforscher am Los Alamos National Laboratory für das arktische Projekt Next Generation Ecosystem Experiment des Energieministeriums. „Unser statistisches Modell schließt die Lücke im Verständnis der räumlichen Verteilung von Schnee.“

Die Forschung ergab, dass die räumliche Verteilung am stärksten von der Vegetation, der Höhe und Landschaftsmerkmalen wie Bachufern und Bänken abhängt – Gebieten mit topografischer Variabilität, in denen Sträucher wachsen und sich Schnee ansammelt.

Basierend auf maschinellem Lernen in zufälligen Wäldern charakterisiert das statistische Modell das räumliche Muster der Schneeverteilung am Ende des Winters und identifiziert die Schlüsselfaktoren, die die räumliche Verteilung steuern. Das Modell sagt auch die Schneeverteilung für die lokalen Untersuchungsstandorte voraus und kann auf die Region verallgemeinert werden.

Bennett sagte, die Analyse werde bei der Validierung von physikalisch basierten Permafrost-Hydrologiemodellen, wie dem in Los Alamos entwickelten Advanced Terrestrial Simulator, nützlich sein. Die Arbeit wird auch dazu beitragen, die Darstellung der Schneeumverteilung im Landoberflächenmodell innerhalb des Energy Exascale Earth System Model des Energieministeriums zu validieren und zu verbessern.

„Letztendlich wird es unser Verständnis der sich ändernden Hydrologie, Topographie und Vegetationsdynamik in der Arktis und Subarktis verbessern“, sagte Bennett.

Jahreszeiten im Schnee

Das multiinstitutionelle Forschungsteam, dem Mitglieder von Los Alamos, der University of Alaska Fairbanks, dem Lawrence Berkeley National Laboratory, dem Oak Ridge National Laboratory und der University of Wisconsin-Madison angehörten, führte in den Frühlingsmonaten 2017–2019 an zwei kleinen Standorten Schneevermessungen durch auf der Seward-Halbinsel.

„Wir möchten Mary’s Igloo, Sitnasuak und Council Native Corporation für ihre Anleitung und dafür, dass sie uns erlaubt haben, unsere Forschung auf ihrem traditionellen Land durchzuführen, dankbar anerkennen“, sagte Bennett.

Die Feldarbeit konzentrierte sich auf das Sammeln von Schneehöhen- und Schneedichtemessungen am Ende des Winters, um die in der Schneedecke enthaltene Wassermenge zu berechnen. Diese Messungen charakterisieren die Auswirkungen der Schneedecke auf Wasser und Temperatur besser als Schneehöhenmessungen.

Um ein Modell der Schneeverteilung zu erstellen, schätzte das Team Landschaftsfaktoren für Topografie, Vegetation und Wind und quantifizierte dann ihre Auswirkungen auf die Schneeverteilung mithilfe von drei statistischen Modellen.