Hintergrund
Satellitenaltimeter messen, wie weit die Meereisoberfläche über dem Meeresspiegel schwimmt. Dieser Parameter wird als Freibord bezeichnet und in die Meereisdicke umgerechnet. Für diese Berechnungen sind jedoch Informationen darüber erforderlich, wie viel Schnee sich auf der Meereisschicht befindet und wie hoch die Dichte des Meereises ist. Die Dichte hängt vor allem von zwei Faktoren ab: Wie alt das Eis ist und ob es verformt wurde. In jungen Eisschichten gibt es kleine Einschlüsse von salzhaltigem Meerwasser, die die Dichte des Eises erhöhen, während in älterem, mehrjährigem Eis die Einschlüsse durch Luftblasen ersetzt worden sind, was die Dichte insgesamt verringert. Winde und Meeresströmungen verformen das Meereis, indem sie die Eisschollen gegeneinanderdrücken und die Eisblöcke zu dicken Presseisrücken auftürmen. Zwischen den Blöcken, vom niedrigsten Punkt des Eisrückenkiels bis zum höchsten Punkt, des sogenannten Segels, gibt es große Lücken, die unterhalb der Wasserlinie mit Meerwasser und oberhalb der Wasserlinie mit Luft gefüllt sind, wenn man eine vertikale Säule aus Meereis betrachtet. Die genaue Messung der Meereisdichte ist daher schwierig und erfordert traditionell das Ziehen von Kernen oder Herausschneiden von Eisstücken zur direkten Analyse der Eisdichte, weshalb diese Beobachtungen nur spärlich vorhanden sind.
Messung der Eisdichte während des Fluges
Während der AWI IceBird-Winterkampagnen über dem westlichen Arktischen Ozean im April 2017 und 2019 haben wir die Meereisdicke, die Schneehöhe und den Freibord von unseren Forschungsflugzeugen Polar 5 und 6 aus mit drei Sensoren gemessen: Einem elektromagnetischen Induktionssondierungsgerät (EM-Bird), einem Mikrowellenradar und einem Laserscanner (Abb. 1). Die IceBird-Kampagnen sind derzeit die einzigen, regelmäßigen luftgestützten Meereisbeobachtungen weltweit und die ersten ihrer Art, die Schneehöhe, Meereisdicke und Freibord gleichzeitig messen können. Aus diesen drei Parametern können wir die Meereisdichte berechnen (Abb. 2). Aus den mehr als 3000 km luftgestützter Messdaten können wir neue, aktuelle Schätzungen und Parametrisierungen für die Meereisdichte ableiten.
Ein Weg in die Zukunft
Die Art und Weise, wie die Meereisdicke derzeit aus den Daten der Satellitenhöhenmesser berechnet wird, kann und muss verbessert werden, um bessere und genauere Beobachtungen zu erhalten. Aber auch bei neuen Schätzungen der Meereisdichte sind Kompromisse erforderlich: Die Schneehöhe wird nicht direkt gemessen, sondern oft aus monatlichen Klimastatistiken entnommen oder modelliert. Künftige Satellitenmissionen (z. B. CRISTAL, geplanter Start 2027) werden viel besser sein als die heutigen, aber die Meereisdichte bleibt immer noch ein entscheidender Parameter. Es ist wichtig zu verstehen, warum die Dichtewerte so sind, wie sie sind, und wie sie sich in Zukunft entwickeln können.
In den letzten Jahrzehnten hat sich das arktische Meereis aufgrund der Klimaerwärmung im Durchschnitt verjüngt (weniger mehrjähriges Eis) und ist anfälliger für Verformungen - beide Faktoren beeinflussen die Meereisdichte. Die in unserer kürzlich veröffentlichten Studie vorgestellten luftgestützten Daten sind nur der erste Schritt, um dieses Problem anzugehen. Die herkömmlichen Methoden sind dafür nicht mehr geeignet.
Veröffentlichungen
- Jutila, A., Hendricks, S., Ricker, R., von Albedyll, L., Krumpen, T., and Haas, C.: Retrieval and parameterisation of sea-ice bulk density from airborne multi-sensor measurements, The Cryosphere, 16, 259–275, doi.org/10.5194/tc-16-259-2022, 2022.
- Jutila, A., King, J., Paden, J., Ricker, R., Hendricks, S., Polashenski, C., Helm, V., Binder, T., and Haas, C.: High-Resolution Snow Depth on Arctic Sea Ice From Low-Altitude Airborne Microwave Radar Data, IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 60, 4300716, doi.org/10.1109/TGRS.2021.3063756, 2022.
Datensätze
- Jutila, A., Hendricks, S., Ricker, R., von Albedyll, L., Haas, C.: Airborne sea ice parameters during the PAMARCMIP2017 campaign in the Arctic Ocean, Version 1, PANGAEA, doi.org/10.1594/PANGAEA.933883, 2021.
- Jutila, A., Hendricks, S., Ricker, R., von Albedyll, L., Haas, C.: Airborne sea ice parameters during the IceBird Winter 2019 campaign in the Arctic Ocean, Version 1, PANGAEA, doi.org/10.1594/PANGAEA.933912, 2021.
- Jutila, A., King, J., Ricker, R., Hendricks, S., Helm, V., Binder, T., Herber, A.: Airborne snow depth on sea ice during the PAMARCMIP2017 campaign in the Arctic Ocean, Version 1, PANGAEA, doi.org/10.1594/PANGAEA.932668, 2021.
- Jutila, A., King, J., Ricker, R., Hendricks, S., Helm, V., Binder, T.: Airborne high-altitude snow depth on sea ice during aircraft flight P6_211_RESURV79_2018_1804100301, Version 1, PANGAEA, doi.org/10.1594/PANGAEA.932702, 2021.
- Jutila, A., King, J., Ricker, R., Hendricks, S., Helm, V., Binder, T., Haas, C.: Airborne snow depth on sea ice during the IceBird Winter 2019 campaign in the Arctic Ocean, Version 1, PANGAEA, doi.org/10.1594/PANGAEA.932790, 2021.
Kontakt
- Arttu Jutila
Arttu Jutila ist Doktorand in der Abteilung Meereisphysik des AWI. Für seine Dissertation, die er demnächst verteidigen wird, untersucht er die Schneeschicht auf dem Meereis mit Hilfe von boden- und flugzeuggestützten Mikrowellenradargeräten. - Dr. Stefan Hendricks
Fragen?
Schreiben Sie uns eine E-Mail oder nutzen Sie das Kontaktformular.
Grafiken
