Quer durch die Arktis: Welchen Weg wird Polarstern einschlagen?

Analysen möglicher Driftwege auf Basis von Satelliten- und Modeldaten für Logistik und Wissenschaft

Im Oktober 2019 wird der Forschungseisbrecher FS Polarstern an einer Eisscholle in der nördlichen Laptewsee festmachen, um das Experiment MOSAiC zu starten. Welchen Weg das Schiff von hier aus einschlagen wird, lässt sich anhand von Satelliten- und Modeldaten abschätzen. Die Kenntnis über den Weg, den FS Polarstern im kommenden Jahr zurücklegen wird, ist wichtig für die logistische Planung, aber auch für die wissenschaftliche Koordination. Im Folgenden werden für verschiedene Positionen, die als Startpunkte für FS Polarstern und das Experiment in Frage kommen, mögliche Driftszenarien vorgestellt.

Hintergrund

In der nördlichen Laptewsee liegt der potentielle Startpunkt für das Drift Experiment mit FS Polarstern. Irgendwo in der Nähe von 85°N / 130°E wird FS Polarstern nach einer geeigneten Scholle suchen, die dick genug ist, dem Experiment für das kommende Jahr ein zu Hause zu bieten (siehe Abbildung 1). Die Laptewsee ist ein Schelfmeer und gilt als Kinderstube des arktischen Meereises. Das Meereis, welches am Anfang des MOSAiC-Experiments in der Startregion zu finden ist, wurde aller Wahrscheinlichkeit nach auch in der Nähe gebildet oder stammt aus der angrenzenden Ostsibirischen See. Im Verlauf des kommenden Jahres wird dann die Transpolardrift, einer der zwei Hauptströmungen des Arktischen Ozeans, FS Polarstern aus dem sibirischen Teil des Nordpolarmeeres quer durch die zentrale Arktis bis in die Framstraße transportieren.


Methodenbeschreibung

Die mögliche Drift des Schiffes lässt sich vorab ungefähr planen, indem man den Weg rekonstruiert, den das Eis vom Startpunkt aus in den vergangenen Jahren eingeschlagen hat. Hierfür finden Satellitendaten Anwendung, die die Eisdrift in der Arktis auf täglicher Basis abbilden. Das verwendete Analyse-Tool für die Eisdrift nennt sich IceTrack und wurde am AWI entwickelt. Neben verschiedenen Satellitendaten (Eisdrift, Eiskonzentration, Eisdicke) werden auch Reanalyse-Daten berücksichtigt, die Auskunft über Temperatur, Windgeschwindigkeit und Druck in der Arktis geben. So kann für einzelne potentielle Startpunkte nicht nur die Drift des Eises in den vergangenen Jahren rekonstruiert, sondern auch alle wesentlichen atmosphärischen Faktoren erfasst werden, die auf das Eis eingewirkt haben. Eine umfassende Methodenbeschreibung wurde unlängst im Rahmen einer Studie veröffentlicht, die Änderungen der Transpolar Drift als Folge der globalen Erwärmung, untersucht (Quelle: Nature).

Auf dieser Seite im Datenportal werden für verschiedene Positionen, die als Startpunkte für das Driftexperiment in Frage kommen, mögliche Driftszenarien dargestellt. Jede Abbildung zeigt in Abhängigkeit des Startpunktes (z. B. 85°N / 130°E) die Drifttrajektorien der vergangenen dreizehn Jahre (2005 – 2017) (siehe Abbildung 2). Startzeitpunkt der Driftanalyse ist jeweils der 1. Oktober des jeweiligen Jahres. Das Eis wird durch den IceTrack-Algorithmus über ein Jahr verfolgt. Abgebrochen wird die Berechnung der Drift nur dann, wenn die Eisbedeckung an der jeweiligen Position unter einen bestimmten Schwellenwert fällt (50 %) und angenommen werden müsste, dass die MOSAiC-Eisscholle geschmolzen wäre. Die Einfärbung der Trajektorien symbolisiert den Monat für die jeweilige Position. 


Anwendung für logistische Planung und wissenschaftliche Koordination

Im Vorfeld von MOSAiC wurden die Ergebnisse der Driftanalyse für die strategische Planung des Experiments verwendet. Auf Basis der Analysen lässt sich abschätzen, wo sich FS Polarstern voraussichtlich zum Zeitpunkt X befindet,

  • und welche Distanzen Eisbrecher, Flugzeuge oder Helikopter überwinden müssen, um das Schiff erreichen zu können. Zum Beispiel für den Austausch von Personen und Ausrüstung oder bei medizinischen Notfällen.

Kriterien, die bei der Auswahl eines möglichen Startpunktes für die MOSAiC-Expedition berücksichtigt werden, sind:Wahrscheinlichkeit, dass an der jeweiligen Startposition zu Beginn des Experiments ausreichend Packeis vorhanden ist (siehe Abbildung 3)

  • Wahrscheinlichkeit, dass das Packeis im Verlauf des Experiments in offenes Wasser oder in den Eisrandbereich gerät und schmilzt (siehe Abbildung 4)
  • Wahrscheinlichkeit, mit der das Schiff aus der Reichweite von Versorgungseisbrechern und Flugzeugen gerät,
  • Wahrscheinlichkeit, mit der das Schiff in die 200 Seemeilen Zone angrenzender Küstenstaaten treiben könnte,
  • Anzahl der Tage, die sich das Schiff nördlich von 88°N befindet. Hier ist die Verfügbarkeit von Satellitendaten für die Koordination wissenschaftlicher und logistischer Aufgaben stark eingeschränkt (siehe Abbildung 5)


Verantwortlich für Drift Analysen und Kontaktperson am AWI:

Dr. Thomas Krumpen (Thomas.Krumpen@awi.de)