Überblick
Der Medianwert für die Meereisausdehnung im September 2021 des August Ausblicks beträgt 4,39 Millionen km2, mit Quartilen von 4,1 und 4,5 Millionen km2. Von den 45 Beiträgen für den August 2021 basieren 12 auf dynamischen Modellen, 21 auf statistischen Methoden, vier auf heuristischen Ansätzen (qualitativen Analysen) und acht auf maschinelles Lernen (Machine Learing (ML)) oder anderen Methoden. Der Median der August Beiträge ist etwas größer als der vom Juli (4,36 Millionen km2) und Juni (4,37 Millionen km2) und auch höher als die Mediane der Augustausblicke 2020 (4,30 Millionen km2) und 2019 (4,22 Millionen km2), jedoch niedriger als der Medianwert 2018 (4,57 Millionen km2).
Für den SIO August Bericht 2021 haben sieben Gruppen zusätzliche Materialien eingereicht (siehe vollständige Berichte der Teilnehmenden und zusätzliches Material unten). Der Inhalt des Zusatzmaterials variiert von Beitrag zu Beitrag. Es enthält Informationen zur Methodik, u.a.: (1) wie die Vorhersagen erstellt werden; (2) Anzahl der Ensemble-Mitglieder, die in den Vorhersagen verwendetet werden; (3) ob und wie Bias-Korrekturen angewendet werden; (4) Ensemble-Spread, Bereich der Vorhersagen, Unsicherheiten und andere Statistiken; und (5) ob ein Post-Processing durchgeführt wurde.
Die Medianwerte variieren zwischen den im August 2021 für den Ausblick verwendeten Methoden und betragen (in Millionen km2 für alle): 4,45 für die statistische, 4,31 für die dynamische, 4,37 Millionen km² für ML/Sonstige Methode. Von den vier Ansätzen haben die ML/Sonstige-Vorhersagen den kleinsten Interquartilbereich von 0,23, gefolgt von den heuristischen Vorhersagen mit 0,4 Millionen km2. Die entsprechenden Spannen betragen 4,0 bis 4,4 für die dynamischen Modellvorhersagen und 4,3 bis 5,0 Millionen km2 für die statistischen Vorhersagen. Wie aus Abbildung 2 hervorgeht, sind die Quartilsbereiche der statistischen und dynamischen Modellvorhersagen im August gleich oder größer als die entsprechenden Bereiche der Juli Vorhersagen, was auf eine Zunahme der Unsicherheiten innerhalb jeder Quelle hindeutet. Im Gegensatz dazu verringerte sich der Quartilsbereich der statistischen und dynamischen Prognosen für den 2020 SIO von Juni bis August. Die ML/Sonstige - Methoden weisen in der August Vorhersage einen geringeren Quartilsbereich auf als im Juni und Juli.
In Abbildung 3 sind die Vorhersagen der einzelnen Gruppen für 2021 der drei einzelnen Monaten Juni, Juli und August zusammengestellt, wobei die mittlere arktische Eisausdehnung im September 2020 als Referenz angegeben ist. Die dynamischen Vorhersagen für Juni bis August 2021 zeigen eine geringere Varianz und die statistischen Vorhersagen eine größere Varianz als im Jahr 2020. Die Standardabweichung für die Vorhersagen von Juni bis August betrug 0,30 für dynamische Vorhersagen, 0,29 für statistische Vorhersagen, 0,43 für heuristische Vorhersagen und 0,33 Millionen km² für ML/Sonstige Vorhersagen.
Ozeanwärme
Die Meereisoberflächentemperatur (SST) Ende August 2021 ist in vielen Gebieten des Arktischen Ozeans warm, wenn auch im Allgemeinen nicht so warm wie in den vergangenen Jahren mit Rekordmarken niedriger Meereisausdehnung. Abbildung 4 zeigt ein Beispiel für den 23. August 2020 im Vergleich zum gleichen Datum in diesem Jahr. Wie im Jahr 2020 beginnt sich im hohen Norden ein sehr kaltes Temperaturband zu bilden, da sich das Eis als Reaktion auf das Schmelzen durch warmes Meerwasser zurückzieht. Der Ozean hat im Laufe des Sommers Wärme von der Sonne und (in einigen Gebieten) auch von nach Norden fließenden Meeresströmungen erhalten. Die Erwärmung durch die Sonne ist zu diesem späten Zeitpunkt des Sommers sehr gering, aber die Wärme des Ozeans geht jetzt durch die Eisschmelze verloren und hinterlässt Wasser, das nahe an der Gefriertemperatur liegt.
Der Eisrückgang in der Laptewsee und der westlichen Ostsibirischen See erfolgten in diesem Jahr relativ früh, was zu warmen, aber nicht historischen maximalen SST-Werten in diesen Gebieten führte. Wie im Juli SIO erörtert, könnten andere Faktoren die Erwärmung der Meeresoberfläche behindert haben (Wolken, Waldbrandrauch usw.).
Im Kanada-Becken (westlicher Arktischer Ozean) gibt es ein großes Gebiet mit geringer Meereiskonzentration. Ein kleiner Fleck mit offenem Wasser ist bei etwa ~76ºN, 150ºW zu erkennen, der sich in den kommenden Wochen vergrößern könnte. Im Jahr 2020 war zu diesem Zeitpunkt ein größeres Gebiet offenen Wassers vorhanden; Anfang August 2020 war es jedoch eisbedeckt. Daher könnte es in dieser Region immer noch zu einem raschen Zerfall des Packeises kommen (wie von einigen Modellen vorhergesagt, siehe Diskussion über Vorhersagen aus räumlichen Feldern weiter unten), obwohl die Zeit bis zum traditionellen Meereis-Minimum Mitte September und dem Einsetzen der atmosphärischen Abkühlung knapp wird.
Meereiswahrscheinlichkeitsvorhersagen (SIP) und die Voraussage des ersten Meereis-freien Zeitpunkte (IFD) basierend auf räumlichen Feldern
Vorhersage der Meereiswahrscheinlichkeit (SIP)
Abbildung 5 zeigt die Prognosen für den SIP im September für die August-Beiträge. Im Vergleich zu den August SIP Vorhersagen der vergangenen Jahre besteht eine relativ gute Übereinstimmung zwischen den verschiedenen Modellen. Es besteht jedoch eine große Unsicherheit bezüglich der SIPs in der Kara-, Laptew-, und Ostsibirischen See. Fünf von neun Modellen sagen voraus, dass die Nordostpassage möglicherweise nicht vollständig frei von Meereis ist. Besonders unsicher ist der Fortbestand der Meereiszunge in der Karasee. Wie viel Meereis in der Beaufort-/Tschuktschen-Region nördliche von Alaska verbleiben wird, ist ebenfalls ungewiss, wobei einige Modelle das Überleben des Meereises vorhersagen (ECCC-CanSIPSv2 oder NSIDC-Horvath et al.), andere nur Teilbereiche (z.B. Sun) und wieder andere ein erhebliches Abschmelzen (SYSU/SML-KNN oder RASM/NPS).
Vorhersage des ersten eisfreien Zeitpunktes (IFD)
Abbildung 6 und 7 zeigen die Vorhersagen der eisfreien Tage unter Verwendung der Schwellenwerte für die Meereiskonzentration von 15% und 80%. Einige Modelle zeigen einen begrenzten Eisrückgang im August und September, der im Allgemeinen auf die Meereisrandregionen beschränkt ist (z.B. AWI oder RASM/NPS), während andere Modelle einen umfangreichen Eisrückgang bis weit in den September hinein zeigen (z.B. ECCC-CanSIPSv2 und NSIDC CU Boulder). Die Modellunsicherheit in der IFD80-Vorhersage ist wesentlich größer, was wahrscheinlich auf die größere Unsicherheit der Anfangsbedingungen bei den Meereiskonzentrationswerten im inneren Packeis zurückzuführen ist (siehe Abbildung 9 unten). Wenn ein Modell beispielsweise Anfang August mit einem SIC-Wert von unter 80% initialisiert wird, hat der IFD80 per Definition bereits vor der Vorhersage stattgefunden (was für das AWI der Fall zu sein scheint).
Eis Vorvorstoßdatum (ice advance date, IAD)
Nur zwei Modelle haben Vorhersagen zum Datum des ersten Eisvorstoßes (ice advance date, IAD) für die Gefriersaison 2021 vorgelegt. In Abbildung 8 sind die Eisvorstoßtermine bei einem SIC-Grenzwert von 15% und einem SIC-Grenzwert von 80% dargestellt. Beide Prognosen unterscheiden sich in der IAD je nach Region. ECCC-CanSIPSv2 sagt im Vergleich zu RASM@NPS frühere IADs in der Tschuktschen- und Ostsibirischen See voraus, aber spätere IADs in der Kara- und Barentssee. Interessanterweise sind die Vorhersagen mit beiden Metriken sehr ähnlich, was für einen schnellen Übergang zu einer nahezu vollständigen Meereisbedeckung spricht, sobald das Gefrieren an einem Ort beginnt.
Anfangsbedingungen
In Abbildung 9 sind die Anfangsbedingungen gezeigt, die für die Vorhersage von Meereiskonzentration und -dicke verwendet wurden.
Die Anfangsbedingungen für die Meereiskonzentration zeigen im Allgemeinen eine gute Übereinstimmung entlang des Meereisrandes (mit Ausnahme des AWI), obwohl es innerhalb des inneren Packeises eine gewisse Diskrepanz gibt, wobei einige Modelle mit einem SIC-Wert nahe 100% und andere mit deutlich niedrigeren Werten beginnen. Es lohnt sich, darauf hinzuweisen, dass es bei den Beobachtungsprodukten für die SIC im Sommer erhebliche Unsicherheiten gibt. Die prognostizierten Anfangsbedingungen für die Meereisdicke weisen eine erhebliche Streuung zwischen den Modellen auf. Während alle Modelle mit dickem Meereis nördlich von Grönland und dem kanadischen Arktischen Archipel beginnen, weichen sie in der Verteilung der Dicke in der Beaufort-/Tschuktschen-See und nördlich der Kara-See erheblich voneinander ab.
Anomalien der arktischen Meereisausdehnung
Dies ist das erste Jahr, in dem der SIO um Anomalien der mittleren September-Meereisausdehnung gebeten hatte. Diese Anfrage entstand auf dem SIO Contributor’s Forum im Januar 2021. Der Grund für dieses Vorhaben ist die große Streuung in den SIO-Vorhersagen der mittleren Meereisausdehnung im September, und es sollte untersucht werden, ob sich die Streuung verringert, wenn die Spanne zwischen den Modellen beseitigt werden. Die Anomalie der pan-arktischen Meereisausdehnung ist die Abweichung des September-Ausdehnungsausblicks der Beitragenden vom Basistrend der Beitragenden (z.B. der Trend in historischen Beobachtungen, Modell-Hindcast usw.). Die 15 Beiträge zur Anomalie der mittleren Meereisausdehnung im September reichen von -0,19 bis +0,83 Millionen km2, wobei 12 Prognosen über und zwei unter der Basislinie der Beitragenden liegen (Abbildung 10). Die beobachteten Anomalien eines linearen Trends über den Zeitraum 2005 – 2020 sind in der Abbildung 11 zu sehen. Die beobachteten Anomalien des Trends reichen von -1,22 (2012) bis 0,74 (2006) Millionen km2. Die SIO-Anomalievorhersage für August hat eine Standardabweichung von 0,25 Millionen km2, was im Gegensatz zu den größeren Streuungen in den SIO Berichten für Juni und Juli steht (d.h. die Standardabweichung im Juli betrug 0,27 und im Juni 0,29 Millionen km2). Der Mittelwert der Anomalievorhersage stieg mit jeder Vorhersage der SIO Saison im Sommer 2021 an (Juni= +0,15, Juli= +0,21 und August= 0,26) (Abbildung 12). Tabelle 1 zeigt einen vorläufigen Vergleich der Standardmaße der Prognosenspanne für die Anomalie- und Vollprognosen. Die Verwendung von Anomalievorhersagen führt nicht zu einer deutlichen Verringerung der Streuung zwischen den Modellen.
Beiträge aus der Antarktis
Acht Vorhersagen wurden ursprünglich im Juni eingereicht, sieben wurden für den Auf-ruf im Juli aktualisiert und dieselben sieben wurden auch für den Aufruf im August ak-tualisiert (Abbildung 13). Wie bei den Vorhersagen für Juni und Juli konzentriert sich der Großteil der Vorhersageverteilung auf die klimatologische Vorhersage und die Vor-hersage der Anomaliepersistenz. Diese bestehen im Wesentlichen aus statistischen Vor-hersagen. Die beiden Ausreißer sind dynamische Vorhersagen. Eine Übersicht der Au-gust Vorhersagen der antarktischen Meereisausdehnung im September ist in Abbildung 14 gegeben.
Die ersten Ergebnisse des SIPN-Süd-Projekts deuten darauf hin, dass die statistischen Vorhersagen der Meereiskonzentration für die Sommersaison besser sind als die dyna-mischen Vorhersagen. Wenn dies auch für den Winter gilt, dann sollten wir im September annähernd durchschnittliche Bedingungen erwarten, die den seit Anfang des Jahres beobachteten Durchschnitt fortsetzen.
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