Sea Ice Outlook Bericht für den Monat Juni 2022
Zusammenfassung
Wir erhielten 37 Beiträge mit panarktischen Vorhersagen zur Meereisausdehnung im September; davon enthielten zehn Beiträge Vorhersagen für die Alaska-Region (Bering-, Tschuktschen- und Beaufortsee) und neun Beiträge Vorhersagen für die panantarktische Region. Der für dieses Jahr prognostizierte September-Medianwert für die panarktische Meereisausdehnung beträgt 4,57 Millionen Quadratkilometer mit Quartilen von 4,34 und 4,90 Millionen Quadratkilometern. Dieser Wert liegt über dem vom SIO prognostizierten Wert der Meereisausdehnung im September für die letzten drei Jahre (2019-2021) aber leicht unter dem Medianwert vom Juni 2018, der 4,60 Millionen Quadratkilometern betrug. Die Juni 2022 Vorhersage mit der geringsten Meereisausdehnung beträgt 3,41 Millionen Quadratkilometer, während die Vorhersage mit der größten Ausdehnung bei 5,20 Millionen Quadratkilometer liegt.
Für die regionale Meereisausdehnung in der Küstenregion Alaskas zeigen Vorhersagen von insgesamt sechs statistischen Methoden und vier dynamischen Modellprognosen deutliche Unterschiede. Die Vorhersagen der dynamischen Modelle reichen von 0,53 bis 0,97 Millionen Quadratkilometern. Die statistischen Modellprognosen reichen von 0,33 bis 0,63 Millionen Quadratkilometern mit einem Median von 0,55 Millionen Quadratkilometern. Um dies in eine historische Perspektive zu rücken: Der Medianwert der Meereisausdehnung im September für die Meeresregionen Alaskas (Bering-, Tschuktschen- und Beaufortsee) betrug im Zeitraum 2007-2021 im Mittel 0,40 Millionen Quadratkilometer.
Für das antarktische Meereis verwendeten sechs der neun Einreichungen Vorhersagen basierend auf statistische Methoden bzw. maschinelle Lernverfahren und drei dynamische Modelle. Auffällig ist in diesem Jahr die im Vergleich zu den Vorjahren geringe Streuung der Prognosen: Erstmals ist der prognostizierte Streubereich (1,39 Millionen Quadratkilometer) kleiner als der beobachtete Streubereich (2,08 Millionen Quadratkilometer) der Jahre 1979-2021. In den Jahren 2017-2021 überstieg der Bereich (Min-Max) der Reihe der Vorhersagen häufig den doppelten Bereich der tatsächlich beobachteten historischen Aufzeichnungen. Der Medianwert der prognostizierten antarktischen Meereisausdehnung im September beträgt 18,37 Millionen Quadratkilometer. Daher wird erwartet, dass die Meereisausdehnung im September unter dem klimatologischen Durchschnitt liegen wird.
Zum zweiten Mal forderten wir Anomalien der mittleren Meereisausdehnung im September an, bezogen auf den von den beitragenden verwendeten Basistrend (z.B. Trend der historischen Beobachtungen oder Modell-Hindcasts). Die 16 Vorhersagen reichen von -0,81 bis +0,80 Millionen Quadratkilometern, wobei 12 Vorhersagen über und vier unterhalb der Basisanomalien der jeweiligen Trends der Mitwirkenden liegen. Wie in den vergangenen Jahren haben wir um Vorhersagen zur Meereiswahrscheinlichkeit (September sea-ice probability (SIP)), der erste eisfreie Zeitpunkt (ice-free dates (IFD)) und Anfangsbedingungen gebeten. Für den SIO des Monats Juni 2022 erhielten wir acht SIP-Vorhersagen, fünf IFD-Prognosen und zwei Modelle teilten die Anfangsbedingungen der Vorhersagen bezüglich Meereisdicke und -konzentration. Es handelt sich um eine geringere Anzahl von Beiträgen im Vergleich zu letztem Jahr. Basierend auf der SIP-Vorhersage wird die Nordostpassage, obwohl eine gewisse Unsicherheit besteht, mit hoher Wahrscheinlichkeit im Sommer geöffnet sein.
In diesem Jahr haben wir unsere Berichtsstruktur neu geordnet. Der erste Abschnitt enthält Diskussionen über Vorhersagen der mittleren Meereisausdehnung im September. Aktuelle Bedingungen werden im zweiten Abschnitt erörtert, und eine Diskussion der Vorhersage von Vorhersagen befindet sich im dritten Abschnitt. Ein Überblick über den ozeanischen Wärmeinhalt ist nicht in unserem Juni-Bericht enthalten, wird jedoch im Juli-Bericht präsentiert.
Dieser Juni-Bericht wurde erstellt von den Hauptautoren Muyin Wang, University of Washington und James Overland, NOAA Pacific Marine Environmental Laboratory; Mit Beiträgen von Edward Blanchard-Wrigglesworth, University of Washington; Uma Bhatt, University of Alaska Fairbanks; François Massonnet, Université catholique de Louvain; Matthew Fisher und dem NSIDC Development Team; Betsy Turner-Bogren, Helen Wiggins, Kuba Grzeda, Lisa Sheffield Guy, und Stacey Stoudt, ARCUS; und dem Rest des SIPN2 Projekt-Teams.
Anmerkung: Der Sea Ice Outlook bietet ein offenes Forum für diejenigen, die sich für arktisches Meereis interessieren, um Vorhersagen und Ideen auszutauschen. Der SIO ist keine operative Vorhersage.
2022 SIO-Prognosen (Pan-Arctic, Räumliche Prognosen und Antarktis)
Panarktische Meereisvorhersagen
Es wurden 37 Beiträge des Arctic June Outlook für die Meereisausdehnung im September 2022 eingereicht (Abbildung 1). Es gab vier Beiträge, die einen heuristischen oder qualitativen Analyseansatz verwendeten (gleich Anzahl wie im Jahr 2021), 21 Beiträge nutzten statistische Methoden bzw. maschinelle Lernverfahren (ML) (zwei weniger als 2021), 11 verwendeten dynamische Modelle (d.h. auf Grundlage von Gleichungen der Fluiddynamik; einer mehr als 2021), und ein Beitrag verwendete gemischte Methoden (d.h. eine dynamische Ensemble-Prognose mit Bias-Korrektur unter Verwendung der Fehlereinschätzung des Vorjahres). Der vorhergesagte Medianwert für dieses Jahr beträgt 4,57 Millionen Quadratkilometer mit Quartilen von 4,34 und 4,90 Millionen Quadratkilometern. Das ist mehr als der vom SIO prognostizierte Wert der Meereisausdehnung im September für die letzten drei Jahre (2019-2021), bleibt aber leicht unter dem Medianwert von 4,60 Millionen Quadratkilometern vom Juni 2018. Die niedrigste Prognose beträgt 3,41 Millionen Quadratkilometer. Von den vier Methoden, die für September eine Ausdehnung von weniger als vier Millionen Quadratkilometern prognostizieren, basieren drei auf dynamischen Modellen. Zwei Beiträge prognostizieren eine Ausdehnung unterhalb des bisherigen niedrigsten Wertes (unter 3,57 Millionen Quadratkilometern im Jahr 2012). Die höchste Prognose liegt bei 5,20 Millionen Quadratkilometern. Von den fünf Methoden, die eine Meereisausdehnung von mehr als fünf Millionen Quadratkilometern im September projizieren, basieren vier auf statistischen / ML-Methoden.
Dieses Jahr werden die statistische Methode und die ML in einer Kategorie zusammengefasst. Die Streuung der statistischen / ML-Methode und der heuristischen Methoden ist im Vergleich zu den dynamischen Modellen geringer. Für heuristische, dynamische und statistische / ML-Modelle liegt die mittlere Prognose bei 4,38, 4,71 und 4,56 Millionen Quadratkilometern. Die erste und letzte Quartile für jede Gruppe sind: 4,09 und 4,55 Millionen Quadratkilometer (heuristisch), 4,50 und 4,97 Millionen Quadratkilometer (statistisch/ML) und 4,04 und 4,82 Millionen Quadratkilometer (dynamisch).
Zehn Gruppen reichten ergänzende Materialien ein. Die Inhalte dieser Materialien variieren, können aber Informationen enthalten über: (1) wie die Vorhersagen erstellt werden, (2) Anzahl der verwendeten Ensemblemitglieder, (3) ob und wie Bias-Korrekturen angewendet werden, (4) die Ensemble-Streuung und -Bereiche, Unsicherheiten und andere Statistiken und (5) ob eine Nachbearbeitung durchgeführt wurde oder nicht.
Dies ist das zweite Jahr, in dem der SIO um Vorhersagen der Anomalien der mittleren Meereisausdehnung im September gebeten hat. Die panarktische Anomalie ist die Abweichung der Prognose der September-Ausdehnung der Autoren relativ zu ihrem angenommenen Basistrend (z.B. der Trend der historischen Beobachtungen, Modell-Hindcasts, etc.) und ist motiviert durch die Annahme, die Unsicherheit der SIO-Ausdehnung zu verringern, die aus Modellen mit unterschiedlichen Trends, Durchschnittszuständen und Nachbearbeitungsmethoden hervorgehen kann. Die 16 Anomalieprognosen reichen von -0,81 bis +0,80 Millionen Quadratkilometern, wobei 12 über und vier unter der Basislinie der Mitwirkenden liegen (Abbildung 3). Für eine historische Perspektive sind in Abbildung 4 die beobachteten Anomalien relativ zum linearen Trend im Zeitraum 2005-2020 dargestellt. Die beobachteten Anomalien reichen von -1,22 (2012) bis 0,76 (2006) Millionen Quadratkilometern. Der prognostizierte Bereich der SIO-Anomalie im Juni umfasst 1,6 Millionen Quadratkilometer, was innerhalb des beobachteten Bereichs (2004–2021) von 1,8 Millionen Quadratkilometern liegt (mit Ausnahme von 2012). Dies deutet darauf hin, dass die Unsicherheit durch die Anomalieprognosen, die einige Modelle oberhalb der „modellnormalen“ Meereisausdehnung und andere unterhalb der Meereisausdehnung vorhersagen, nicht wesentlich verringert wird. Wir stellen fest, dass die Anomalieprognose potenziell reduziert werden könnte, indem eine eingeschränktere Definition von Anomalien für den SIO verwendet wird. Die panarktische Juni-SIO-Anomalieprognose hat einen Median von 0,17 und eine Standardabweichung von 0,44 Millionen Quadratkilometern.
Panarktische Vorhersagen mit räumlichen Methoden
Wie in den vergangenen Jahren haben wir Vorhersagen zur SIP, IFD und prognostizierten Anfangsbedingungen für September angefordert. SIP ist definiert als der Anteil der Ensemblemitglieder, die im September eine Eiskonzentration von über 15% projizieren (wenn beispielsweise nur vier von acht Ensemblemitgliedern eine Konzentration von mehr als 15 % aufweisen, beträgt der SIP 50 %). IFD ist das erste Datum in der Schmelzsaison, an dem die Eiskonzentration an einem bestimmten Ort unter einen bestimmten Schwellenwert fällt (wir verwenden 15 % SIC- und 80 % SIC-Schwellenwerte). Für den SIO im Juni 2022 erhielten wir acht SIP-Prognosen und fünf IFD-Prognosen (Abbildung 5).
Wie in den Vorjahren bestehen erhebliche Unsicherheiten bei den SIP-Prognosen in der Laptew-/Ostsibirischen- und der nördlichen Tschuktschensee. Alle Beiträge zeigen eine 100 prozentige Wahrscheinlichkeit von offenem Wasser entlang der Küsten Alaskas, des kanadischen Festlandes und Ostsibiriens. Die Nordostpassage wird höchstwahrscheinlich geöffnet sein, obwohl einige Unsicherheiten bestehen.
Abbildung 6 zeigt IFD-Prognosen mit 15% Eiskonzentrations-Grenzwert (IFD15; obere Reihe) und 80% Eiskonzentrations-Grenzwert (IFD80; untere Reihe). IFD15 prognostiziert nördlich der Küsten des arktischen Beckens, mit einer Unsicherheit über einen Monat in den Regionen der Kara-, Laptew-, Ostsibirien-, Tschuktschen- und Beaufort-Seen. Im Gegensatz dazu besteht bei IFD80 die größte Unsicherheit im zentralen Becken, wobei einige Beiträge prognostizieren, dass der SIC im Juli oder August unter 80 % fallen wird (AWI und IAP LASG). Andere prognostizieren hingegen, dass die SIC den ganzen Sommer über 80% bleiben wird (z.B. Sun und RASM).
Nur zwei Gruppen (Modelle RASM und AWI) übersendeten die Anfangsbedingungen der Meereiskonzentration (SIC) und der Meereisdicke (SIT). Während beide Modelle mit ähnlicher SIC initialisiert wurden, zeigt die SIT Initialisierung allerdings eine größere Streuung. Diese Muster wurden auch in früheren SIO-Jahren bei einer größeren Anzahl von Modellen festgestellt (Abbildung 7).
Antarktische Vorhersagen
Neun Gruppen haben Juni-Prognosen für die mittlere antarktische Meereisausdehnung im September eingereicht. Sechs Gruppen verwendeten statistische oder ML-Methoden und drei Gruppen nutzten dynamische Modellansätze. Auffallend ist die im Vergleich zu den Vorjahren geringe Streuung. In den Jahren 2017-2021 überschritt der Bereich (Min-Max) des Ensembles oftmals den Bereich der beobachteten historischen Aufzeichnungen um das Zweifache. Erstmals ist in diesem Jahr der Bereich der Vorhersagen (1,39 Millionen Quadratkilometer) kleiner als der beobachtete Bereich (2,08 Millionen Quadratkilometer). Der große Streubereich wurde in den Vorjahren hauptsächlich durch dynamische Modellprognosen verursacht. Die Met Office-Prognose wendet eine Bias-Korrektur an. Soweit wir wissen, nutzen beide EMC-Prognosen keine Bias-Korrektur.
Außerdem werden zwei „triviale“ Vorhersagen, die Klimatologie (mittlere Meereisausdehnung von 1979-2021) und die Persistenz der Anomalie (Anomalie vom Mai 2022 wird zu den mittleren September-Vorhersagen von 1979-2021 addiert) gezeigt. Unter Berücksichtigung dieser Indikatoren, des SIO-Ensembles vom Juni und der Tatsache, dass das antarktische Meereis seit einigen Monaten Rekordtiefs zeigt (siehe z.B. EUMETSAT plot of Antarctic Sea Ice Extent), wird die Meereisausdehnung im September wahrscheinlich unter den durchschnittlichen klimatologischen Werten liegen.
Vorhersagen vorhersagen
Rückblickend auf die 14-Jahres-Aufzeichnung aller Meereisprognosen von Juni (Abbildung 9) gibt es einen auffallenden Mangel an Übereinstimmung zwischen dem Median aller Prognosen und dem tatsächlich beobachteten Wert im September. Die beiden Zeitreihen korrelieren nur schwach (r = 0,21). Hamilton und Stroeve (2016) schlugen vor, dass wir zwar in der Lage sind, die erzwungenen Änderungen der Meereisausdehnung vorherzusagen (d.h. Werte nahe der Trendlinie oder dem lokalen Durchschnitt), die Vorhersagen anomaler Bedingungen wie 2012 oder 2013 jedoch extrem schwierig bleiben. In Jahren, in denen die Meereisausdehnung im September deutlich von den Vorjahreswerten abweicht, sind die Fehler tendenziell größer (Abbildung 5 von Hamilton und Stroeve 2016), was diese Idee unterstützt.
Während die Korrelation zwischen prognostizierten und beobachteten Zeitreihen gering ist, gibt es Hinweise (Abbildung 9), dass die beiden Zeitreihen eine um ein Jahr verzögerte Ko-Variabilität aufweisen – die Korrelation nimmt stark zu (r = 0,86), wenn eine einjährige Verzögerungsdifferenz eingeführt wird. Das heißt, die beobachtete Meereisausdehnung im September eines bestimmten Jahres ist ein sehr guter Prädikant für die im nächsten Jahr herausgegebene Vorhersage des SIO (Abbildung 10).Basierend auf dieser Beziehung prognostizieren wir im Oktober 2021 (nachdem der beobachtete Wert vom September 2021 verfügbar war) eine mediane Prognose für Juni 2022 von 4,65 +/- 0,23 Millionen Quadratkilometern (90% Konfindenzintervall). Der aktuelle SIO-Median (4,57 Millionen Quadratkilometer) fällt in dieses Konfindenzintervall.
Wie können wir diese Beziehung erklären? Eine Möglichkeit besteht darin, dass die Community, die SIO-Ausblicke bereitstellt, als Crowd eine „Erinnerung“ darüber behält, wie anomal das Vorjahr war. Beispielsweise könnten nach dem Rekordminimum 2012 mehrere Gruppen ihr Prognosesystem (bewusst oder unbewusst) aktualisiert haben, weil die Beobachtung eines solch niedrigen Wertes zu einer eindeutigen Möglichkeit wurde. Dieses Verhalten ist zwar verständlich, aber auch besorgniserregend, da die beobachteten Meereisanomalien im September kein signifikantes Ein-Jahres-Gedächtnis aufweisen (r = 0,03 für die um ein Jahr verzögerte beobachtete Zeitreihe 2007-2021).
Man könnte meinen, dass der in Abbildung 10 dargestellte Zusammenhang von einer Teilmenge von Prognosen bestimmt wird. Das ist aber nicht so: Ein Zusammenhang besteht bei dynamischen (r = 0,77), statistischen (r = 0,79) und in geringerem Maße hybriden (r = 0,41) Beiträgen. Die „gemischte“ Kategorie bietet nicht genügend Datenpunkte, um verlässliche Statistiken zu berechnen.
Ein interessanter Test für diese Beziehung wäre es, im September 2022 eine große Abweichung (positiv oder negativ) der Beobachtungen der Trendlinie zu beobachten und zu sehen, ob der SIO 2023 dieser Abweichung folgen würde, wie es 2013 (nach 2012) und 2014 (nach 2013; Abb. 9) der Fall war.
Referenzen
Hamilton, L. C. & J. Stroeve. 2016. 400 predictions: The SEARCH Sea Ice Outlook 2008–2015. Polar Geography doi: 10.1080/1088937X.2016.1234518
Kontakt
Grafiken
