ICE-senteret ved Norsk Polarinstitutt: prosesstudier på breer, sjøis og i havet.

ICE-senteret ved Norsk Polarinstitutt: prosesstudier på breer, sjøis og i havet. Arild Sundfjord NGF, Geilo, 08.09.2011

Innhold Bakgrunn og organisering av senteret Tre hovedprosjekter, med eksempler på prosesstudier

Som et ledd i Regjeringens Nordområdestrategi er det opprettet et Nasjonalt kompetansesenter for is og klima: ICE Senteret ble etablert i 2009. Hovedformålet er å styrke forskningen og overvåkingen av is og klima ved Norsk Polarinstitutt i samarbeid med sentrale institusjoner i Norge, spesielt UiTø, UNIS, Bjerknessenteret, Cicero og Havforskningsinstituttet.

Tre hovedprosjekter: klimaendringenes effekter på økosystemet i nord, spesielt på isavhengige arter ICE-Ecosystems ledes av Harald Steen havis og snø, særlig hvordan havisen og snøen påvirker og påvirkes av klima ICE-Fluxes ledes av Arild Sundfjord isbreer i polare områder, inkludert kunnskapsutveksling om høytliggende breer utenom polarområdene ICE-Fimbulisen ledes av Ole Anders Nøst + strategiske prosjekter, gjesteforskerprogram, formidling og undervisning

ICE-Økosystemer MÅL: Studere hvordan endringer i isdekke påvirker is-assosierte økosystemer. Spesielt fokus på hvordan bunntopografi og avstand til land spiller inn. Ice fauna -Gammarus wilkitzkii B. Gulliksen

ICE-Havis ICE-Havis undersøker fysiske prosesser som styrer utviklingen av havisen i Arktis. ICE-Havis fokuserer på å forstå prosessene som styrer masse- og energiflyten mellom atmosfæren, snøen, havisen og havet både på liten og stor skala.

F u es Motivasjon og hovedmål for prosjektet Vi klarer ikke forklare og simulere observerte endringer i isdekket. Dette skyldes mangelfull kunnskap om de grunnleggende prosessene, både på liten og stor skala. Hovedmål for ICE-Fluxes: 1) Få mer kunnskap om utvalgte nøkkelprosesser som styrer utviklingen av isdekket i Arktis. 2) Forbedre måten disse prosessene beskrives i numeriske modeller (f.eks. klimamodeller).

F u es Hva bestemmer hvordan isdekket er? 1) Energibalansen: - stråling - varmeutveksling med luften over isen - varmeutveksling med havet under isen 2) Isdynamikk: - vind og havstrømmer flytter is, og - endrer strukturen mekanisk (rygger/kjøler, råker)

F u es Noen av prosessene vi ser på Strålingsbalanse refleksjon/absorpsjon/transmisjon av strålingsenergi; effekter av smeltedammer, snødekke, aerosoler Varmetransport fra hav til is turbulente flukser Transport og dynamikk på regional skala; hvordan fordeles det varme atlantiske vannet, og hvordan fungerer isdriften? Hva sier sluttproduktet (det som strømmer ut gjennom Framstredet) om prosessene som skjer inne i selve Polhavet?

Studieområde - Innstrømning av varmt Atlantisk vann nord for Svalbard - Isdynamikk nord for Svalbard og i Framstredet - Transport av is og vann ut gjennom Framstredet IBCAO-kart fra http://www.ngdc.noaa.gov/

Photos: S.Gerland, NPI Stråling og havis Solinnstråling gir mye varme til isen i sommerhalvåret. Hvor mye energi som reflekteres avhenger av om isen er dekket av snø, smeltevann og partikler (aerosoler). Det som ikke reflekteres vil delvis absorberes i isen, og delvis gå gjennom isen til vannet under.

Photos: S.Gerland, NPI Stråling og havis Ved å måle hvor mye stråling som kommer ned til isen, hvor mye som reflekteres, og hvor mye som trenger gjennom isen, får vi kontroll på hvilken oppvarming solinnstråling gir ved ulike typer isdekke, ved ulike årstider. Isen gir også fra seg energi (gjennom langbølget stråling) og dette må også måles for å kunne beregne hele varmebudsjettet. måles.

Stråling og havis Photos: S.Gerland, NPI

Photos: S.Gerland, NPI Stråling og havis Vi ser også på hvordan strålingsenergien fordeles i vannet under isen, som funksjon av vannets optiske egenskaper (for eksempel fordeling av ulike partikler og substanser).

Måling av istykkelse og overflatebeskaffenhet Photo: S.Gerland, NPI Målinger av istykkelse fra helikopter suppleres med målinger gjort manuelt og med instrumenter på slede, ute på havisen. d EM d Laser Z i = d EM d Laser (snow + ice)

Helikopterflygninger med EM-bird + kamera, ICE-tokt aug 2010 Fordeling av istykkelse

F u es Varmefluks fra hav til is Montering av instrumentmast gjennom isen. Instrumenter som plasseres like under isen kan måle variasjon i strøm, salt og temperatur på liten skala (turbulens). Utstyr på plass, datafangst i gang!

F u es Varmefluks fra hav til is Instrumenter som plasseres like under isen kan måle variasjon i strøm, salt og temperatur på liten skala (turbulens). Slike data gir mål på varmetransport og frigjøring av salt ved frysing.

Varmetransport fra Atlantisk vann til overflaten Lignende målinger gjøres nedover i vannet, med frittfallende instrumenter. Sammen med data på variasjon i strøm, temperatur og salinitet i dypet kan vi si hvordan og HVORFOR varmetransporten er som den er. F u es

Profil med lite blandingsenergi Vinddrevet blanding i overflatelaget Sterk tidevannsdrevet blanding K=Γε/N 2 [m 2 s -1 ] Vertikal fluks K dc dz [kg m -2 s -1 el. lign.] Formål: kvantifisere variabilitet i ε and K, og relatere dette til drivkreftene.

Innstrømning av atlantisk vann A A Fordeling av temperatur og salinitet i et snitt nordover fra Rijpfjorden, Nordaustlandet.

Isdynamikk Isdriftsbaner kan forklares ut fra satellittbilder, modeller og GPSbøyer på isen. Beregnede driftsbaner, 2010 Bøyedrift, 2010

F u es Status for prosjektet Startet for halvannet år siden, godt i gang med andre feltsesong. Har primært dekket sensommer/høst (2010) og vår (2011). 4½ tokt. Mye godt materiale på plass. Trenger mer data på noen områder, mens noen er modne for analyse og beskrivelse. Neste års feltaktivitet vil bli ennå mer målrettet på færre prosesser/geografiske områder/tidsrom.

ICE-Fimbulisen Målet med prosjektet er å forstå vekselvirkningen mellom den Antarktiske isbremmen og havet. - Hvordan transporterer havet varme inn under isen? - Vokser eller minker ismassene på Fimbulisen?

Fimbulisen 2010-11

Prosesser i vannet foran og under isen. Det varme dypvannet utenfor isbremmen har blitt ~1 C varmere siden 1980. På hvilken måte henger dette sammen med smelting under isbremmen? Varmeutveksling mellom åpent hav og vannet under isbremmen. Smeltingen fra isbremmen ved Dronning Maud Land som fra en av de store elvene i Sibir. Smeltevann fra isbremmene påvirker isfrysingen i åpent hav. Mye ferskvann = havet fryser lettere.

Prosesser i vannet foran og under isen. Ekman transport Vindstress Downwelling Antarctic Slope Front Hvilket vann er det som kommer inn under isen? To hovedmekanismer som kan få (relativt!) varmt inn under isbremmen: 1) Downwelling 2) Virveltranport på tvers av fronten

Feltmålinger: målinger i to dyp på tre steder: 100-250 m over bunn + 15-30 m under isen Strømstyrke og -retning, CTD, O 2 (måling hver time)

1) Melt some snow

2) Heat up & pump the water

3) Bring a long long hose (> 500m)!

4) Keep on pumping water into the ice (6h.. 18h.. 24h.. 36h)!

Bring the instruments down!

Strømretning (månedsmiddel) & strømvarians Temperatur M1 Tidsserier av strøm og temperatur M2 M3 upper sensor lower sensor

M1 Tidsserier av strøm og temperatur M1 & M3 under isen: innstrømning av varmt vann sensommer og høst M2 M3 strøm og Varmtvannspulser inn, vinter og vår Utstrømning over terskelen

M1: Mean velocity & variance (48h lowpass filtered) - Ingen topografisk styrt innstrømning i dypet (overraskende!) - Ut- og oppstrømmende smeltevannsplume an under isen - Stor variabilitet og (ofte) mye energi i strømmen virvelaktivitet? M3: - Topografisk styrt innstrømning (barotrop) - Strøm inn og ned under isen ikke smeltevannsplume

Utveksling av varme på tvers av fronten gjennom virveltransporter Data fra elefantseler utstyrt med CTD

2351 temperatur- og saltprofiler innenfor 100 km fra kysten/isbremmen.

Variasjon i salinitet og temperatur gjennom vinteren.

Vannet under Fimbulbremmen er et blandingsprodukt med (modifisert) WDW WDW Smelte-/fryselinjen Målinger under isbremmen Ice Shelf Water målt av selene Frysepunkt ved overflatetrykk

Numerisk havmodellering parametererisering av virvler Eddy overturning of the Antarctic Slope Front controls glacial melting in the eastern Wedell Sea Nøst et. al, 2011, in press @ JGR-Ocean

Modelloppløsning: 2 vs 1 km

Modelleksperimentene er i tråd med observasjonene. Virvelpulser fra fronten i skråningen kan gi transport av (modifisert) WDW opp på sokkelen og inn under isbremmen. Eddy overturning of the Antarctic Slope Front controls glacial melting in the eastern Wedell Sea Nøst et. al, 2011, in press @ JGR-Ocean

Formidling & Profilering Nye ICE nettsider http://ice.npolar.no/no/ ICE i Media http://ice.npolar.no/no/media/ Reisebrev fra ICE-Ecosystems feltarbeid http://ice.npolar.no/no/nyheter/arkiv/2010/07-21-ringsel-og-ice.html ICE-tokt NRK-blogg & innslag på NRK/nyheter http://www.nrk.no/nyheter/distrikt/troms_og_finnmark/1.7250186 ICE-Ecosystems: GLOBEC INTERNATIONAL NEWSLETTER APRIL 2010

Medarbeidere NP Mange.. Samarbeidspartnere UiTromsø, UiBergen, UNIS, APN, FMI, AWI, +++