Stigning og fall av isproduksjonen i Arktiske havisfabrikker

Hvert år gjennomgår ishavet i Arktis en syklus av smelting og frysing. Fra mars til september smelter isen gradvis og blir tynnere, og fra oktober til mars fryser vannet igjen. I vårt varmere klima ser vi at stadig mer is smelter hvert år. Man skulle forvente at isen også ville fryse mindre, men vi har observert at veksten av havis - eller havisproduksjonen - har økt de siste tiårene. Ja, du leste det riktig: til tross for oppvarming produseres det mer is om vinteren enn før!
Jakob Dörr

Blogg av Jakob Dörr, UiB (foto) 

Oversatt av Charlotte Stark

 

Tilbakemelding om tykkelse på is-vekst
Hvordan kan det være selv om Arktis varmes opp mye raskere om vinteren enn om sommeren (Bintanja & van der Linden, 2013)?


Hovedårsaken til denne tilsynelatende motsetningen er at isen i dag er mye tynnere, og tynnere is kan vokse mye raskere enn tykkere is. Tenk på en innsjø om vinteren: Når innsjøen er kjølig nok, bruker isen bare noen få dager på å vokse 5-10 cm, men når isen har vokst litt, tar det mye lengre tid å vokse ytterligere 5-10 cm. Havisen vokser nedenfra, men isen avkjøles ovenfra av atmosfæren. Dette betyr at all varmen som frigjøres under frysing (eller «kulden» som er nødvendig for frysing) må reise gjennom isen, og disse varmestrømmene blir mindre jo tykkere isen er. Denne effekten er en negativ tilbakemelding, da den motvirker det generelle havistapet forårsaket av oppvarming; dette er tilbakemeldingene om veksttykkelse (Bitz & Roe, 2004).


En måte tilbakemeldingene om veksttykkelsen viser seg på er gjennom det faktum at det i dag er større områder i Polhavet uten is (dvs. åpent vann) på sensommeren, og is vokser raskest når den først begynner å fryse, siden den er veldig tynn på det tidspunktet. Så økningen i åpent vannareal på slutten av sommeren er også en del av veksttilbakemeldingen.

Andre faktorer som påvirker produksjonen av havis
Men tilbakemeldingene om vekst i tykkelse er ikke den eneste effekten som har økt produksjonen av is om vinteren i Arktis. havisen er vanligvis dekket av snø, og snø beskytter isen ytterligere mot den kalde atmosfæren. Så jo mer snø det er på isen, jo saktere vil den vokse. Snø på havisen er vanskelig å måle, men vi tror snødekket vil bli tynnere i fremtiden, spesielt i områdene i Arktis hvor havisen smelter bort hver sommer. En del av økningen innen havis kan derfor også skyldes et tynnere snødekke.

En annen effekt som er viktig for dannelse av is er sterke vinder som bryter opp isen om vinteren og danner råker eller naturlige ishull som er områder med åpent vann i havisen. I det åpne vannet kan is vokse veldig raskt. Ettersom isen blir tynnere, beveger den seg også raskere på grunn av vind og det dannes lettere havisråker. Vi måler vanligvis hvor mye isen brytes fra hverandre av divergensen. Divergens er et mål på hvor raskt ting sprer seg fra hverandre. Økende divergens om vinteren kan være en årsak til at havisproduksjonen har økt fordi mer is spres fra hverandre, noe som skaper føringer hvor ny is kan produseres raskt.

Dragkampen mellom temperatur og tilbakemeldinger
Hva vil skje i fremtiden? Vil havisproduksjonen øke ytterligere? Klimamodeller indikerer at produksjonen av havis på et tidspunkt vil nå en topp og avta etterpå. Hovedårsaken til dette er at de økende temperaturene til slutt vil overvinne alle tilbakemeldingene jeg nevnte. For det første, når det blir varmere, blir vintrene kortere, og isen har mindre tid til å fryse – dette skjer allerede. For det andre vil høyere temperaturer om vinteren også bremse selve veksten. Så uunngåelig vil produksjonen av is avta i fremtiden. Spørsmålet er: når blir det? Dette avhenger av hvor lenge effektene jeg beskrev ovenfor kan kjempe mot de økende temperaturene. Hvor lenge til de negative tilbakemeldingene er overvunnet av selve global oppvarming? Og hvilke av effektene vil gi opp først?

I vår nylige studie bygde vi en enkel lineær modell som kan forklare endringer i havisproduksjonen og skille de ulike effektene av mekanismene: snødybden, tilgjengelig åpent vann ved starten av vinteren, divergensen om vinteren, havtemperaturen ved begynnelsen av vinteren, og lufttemperaturen om vinteren. Vi satte søkelys på en bestemt region i Polhavet: Kara- og Laptevhavet, noen ganger kalt «isfabrikkene» i Polhavet, fordi det produseres mye is der om vinteren. I figur 1 kan du se at det produseres mye is i denne regionen, fordi is ofte presses vekk fra kysten av vindene, noe som skaper åpent vann (husk: divergens), hvor is kan vokse raskt.

Vi trente så vår lineære modell på en kompleks klimamodell, hvor vi kjenner hvert av begrepene nøyaktig, og vi vet også hvor mye is som produseres hver vinter. Den lineære modellen gjør en god jobb med å forklare hvordan havisproduksjonen endres i den modellen (Figur 2). I klimamodellen vi brukte øker havisproduksjonen først, frem til 2020. Vi ser at den viktigste av de negative tilbakemeldingene er tilgjengelig åpent vann (dvs. tilbakemeldingen av tykkelsen på vekst av havis) og snødybdeendringen (grønn og blå) linjer i figur 2). Disse to tilbakemeldingene ‘kjemper’ mest mot de økende temperaturene. Men i klimamodellen taper de negative tilbakemeldingene til slutt til temperaturøkningen rundt 2020: Fra da av synker havisproduksjonen.

Figure 1: a) Winter ice production in a climate model and b) mean winds from satellite observations. Both are averages over 1979-2020. The blue line surrounds the study area: The Kara and Laptev Seas. [Credit: Cornish et al., 2022]

Figure 1: a) Winter ice production in a climate model and b) mean winds from satellite observations. Both are averages over 1979-2020. The blue line surrounds the study area: The Kara and Laptev Seas. [Credit: Cornish et al., 2022]

Vi brukte også den trente modellen på observasjoner de siste tiårene (Figur 3). Vi ser at den viktigste faktoren i observasjonene er økningen i divergens (oransje og grå linjer i figur 3). Den nest viktigste faktoren er at snøen er blitt tynnere, noe som har økt havisproduksjonen (blå linje), akkurat som i klimamodellen. I observasjonene så vi at produksjonen av havis var økende frem til rundt 2005, men har siden begynt å avta, tidligere enn hva klimamodellen forutså. Vi tror derfor at havisdannelsen også kan ha passert toppen, og de negative tilbakemeldingene har allerede blitt overveldet av temperaturøkningen i Kara- og Laptevhavet. Havisfabrikkene har med andre ord begynt sakte, men sikkert å legge ned sin havisproduksjon.

Figure 2: a) Total winter ice production in the Kara and Laptev Seas in the climate model and in the simple linear model. b) The contribution of the different mechanisms and feedbacks in the simple model to the total ice production in the climate model. [Credit: Cornish et al., 2022]

Figure 2: a) Total winter ice production in the Kara and Laptev Seas in the climate model and in the simple linear model. b) The contribution of the different mechanisms and feedbacks in the simple model to the total ice production in the climate model. [Credit: Cornish et al., 2022]

Figure 3: a) Total ice production (relative to 1982/83) estimated from observations and the contributions of the different mechanisms and feedbacks in the simple model. b) as a), but smoothed curves to see the differences more clearly. [Credit: Cornish et al., 2022]

Figure 3: a) Total ice production (relative to 1982/83) estimated from observations and the contributions of the different mechanisms and feedbacks in the simple model. b) as a), but smoothed curves to see the differences more clearly. [Credit: Cornish et al., 2022]

For å oppsummere er det flere negative tilbakemeldinger som har klart å øke produksjonen av havis i Arktis, til tross for arktisk oppvarming og generell havisnedgang. Disse tilbakemeldingene taper imidlertid sakte kampen med økende temperaturer, noe som betyr at havisproduksjonen vil begynne å avta i fremtiden.

 

Original blog in Cryospheric sciences: https://blogs.egu.eu/divisions/cr/2023/03/31/highlighted-paper-the-ice-factories-of-the-arctic-ocean/