Lód morski, zarówno w Arktyce, jak i w Antarktyce, topnieje nie tylko w stosunku do powierzchni – czyli jego zasięgu geograficznego, ale i również w stosunku do jego objętości i grubości.
Ron Kwok – naukowiec NASA z Jet Propulsion Laboratory w Pasadenie w Kalifornii – dokonał oceny badań w ostatnich 60 latach (1958–2018) wielkoskalowych zmian grubości, objętości lodu morskiego oraz stopień pokrycia wieloletniego lodu (MYI – Multi-Year Ice) 12.
Na podstawie dostępnych pomiarów z sonarów podwodnych, wysokościomierzy satelitarnych (ICESat i CryoSat-2) oraz skaterometrów satelitarnych, naukowiec stwierdził, że od 1958 r. pokrywa lodowa Oceanu Arktycznego systematycznie przekształca się z wieloletniego, grubszego, starszego lodu na roczny, cieńszy, młodszy. Ale obecnie przy tak niewielkiej ilości wieloletniego lodu tempo zmniejszania się jego grubości wyraźnie uległo spowolnieniu. A świeży, młodszy lód rośnie szybciej, chociaż jest bardziej narażony na oddziaływanie silnie wiejących wiatrów. Więc, zdaniem badacza, jego grubość jest teraz bardziej zmienna niż zdominowana przez efekt globalnego ocieplenia.
W ujęciu regionalnym już w 1999 roku D. A. Rothrock, wraz ze swoimi współpracownikami, z University of Washington w Seattle, zidentyfikował 29 miejsc, w których wcześniejsze tory okrętów podwodnych albo krzyżują się, albo są blisko równoległe do torów rejsowych z lat 90 XX wieku. Na tych skrzyżowaniach oszacowali błędy pomiarowe na 0,3 m.
29 tych lokalizacji jest następnie przypisanych do jednego z sześciu regionów: Przylądek Czukocki, Morze Beauforta, Basen Kanady, Biegun Północny, Basen Nansena i Arktyka Wschodnia.
Aby porównać satelitarne dane dotyczące grubości lodu z satelitów: ICESat i CryoSat-2 z danymi dotyczącymi łodzi podwodnych, w 29 lokalizacjach średnie grubości są pobierane z miesięcznych pól satelitarnych i korygowane sezonowo do 15 września przy użyciu modelowanego cyklu rocznego.
Zmiany grubości lodu przedstawiają średnie regionalne grubości lodu morskiego w Arktyce z czterech okresów:
- analiza regresji okrętów podwodnych (1958-1976)
- analiza regresji okrętów podwodnych (1993-1997)
- badania lidarowe satelity ICESat (2003-2007)
- badania lidarowe satelity CryoSat-2 (2011-2018)
Rys.1. Międzyroczne zmiany średniej grubości lodu zimowego (kolor niebieski) i jesiennego (kolor czerwony), w obszarze udostępnienia danych, na podstawie analizy regresji zapisu okrętu podwodnego (D. A. Rothrock i in., 2008) oraz ICESat (Ron Kwok i D. A. Rothrock, 2009) i CryoSat-2 (Ron Kwok i G. F. Cunningham 2015).
Pobieranie próbek z okresu zimowego i letniego koncentruje się na datach kampanii ICESat. Zacienienia niebieskie i czerwone pokazują oczekiwane reszty w analizie regresji. Ramka w lewym dolnym rogu pokazuje obszar, na którym publikowane są dane (nieregularny wielokąt) danych łodzi podwodnych z rejsów marynarki wojennej Stanów Zjednoczonych, który obejmuje około 38% Oceanu Arktycznego.
W zapisach okrętów podwodnych (pierwsze dwa okresy), oddzielonych o około 28 lat, średnia grubość lodu zmniejszyła się o 1,4 m (lub 46%), z 3,0 do 1,6 m w większości głębokowodnej części Oceanu Arktycznego. Spadki są większe w środkowej Arktyce (basen Kanady, biegun północny i basen Nansena) i wschodniej Arktyce niż w morzach Beauforta i Czukockiego.
Dane ICESat i CryoSat-2 pokazują dalsze spadki grubości, choć raczej mniejsze. W ciągu mniej więcej 10 lat między okresem okrętów podwodnych po 1990 r. a okresem ICESat: średnia grubość zmniejszyła się o kolejne 0,2 m lub 12% grubości. Między okresami ICESat i CryoSat-2 trwającymi około 8 lat średnia grubość zmniejszyła się o kolejne 0,4 m (do 1,0 m). W stosunku do okresu okrętów podwodnych sprzed 1990 r. Pod koniec sezonu topnienia, średnia grubość w tych rejonach zmniejszyła się o 2,0 m lub około 66% w ciągu sześciu dekad.
Całkowite przerzedzenie od maksymalnej grubości 3,64 m w 1980 roku w wynikach analizy regresji łodzi podwodnej nie zmieniło się istotnie w okresie zimowym (luty–marzec). Średnia grubość lodu jest teraz bliska 2 m. Z kolei w okresie jesiennym (październik-listopad) prawdopodobnie średnia grubość lodu wzrosła z mniej niż 1 m po zakończeniu lata 2007 roku. Jednak największy kontrast w zapisie miał miejsce między grubością lodu w latach 80 XX wieku a połową drugiej dekady XXI wieku.
We wcześniejszych latach przerzedzenie lodu było niezwykłe, ponieważ miało miejsce, gdy większa część Oceanu Arktycznego była pokryta wieloletnim lodem morskim (MYI – Multi-Year Ice). W porównaniu z późniejszymi zapisami satelitów ICESat i CryoSat-2 wszystko na to wskazuje, że zmiany w przerzedzeniu będą mniejsze wraz ze zwiększaniem się pokrycia cieńszego lodu sezonowego. Tak wskazują wyniki badań Kwoka w obszarach objętych badaniami (29 lokalizacji w 6 regionach Arktyki).
Rys.2. Objętość lodu morskiego w Arktyce obliczona z pól grubości ICESat (2003–2008) i CryoSat-2 (2011–2018). Objętość jest obliczana w basenie arktycznym ograniczonym czterema bramami do Pacyfiku: Cieśniną Beringa, Archipelagiem Kanadyjskiej Arktyki (CAA – Canadian Arctic Archipelago), Cieśniną Fram w Grenlandii oraz Morzem Barentsa. Obejmuje to cały basen arktyczny.
Badania dwóch satelitów: ICESat (2003-2008) i CryoSat-2 (2011-2018) pokazane na rysunku 182 pokazują następujące spadki średniej objętości lodu morskiego w okresach pór roku:
- okres jesienny (październik-listopad) – o 287 km3/rok
- okres zimowy (luty-marzec) – o 513 km3/rok
Referencje:
1. Kwok R., 2018 ; Arctic sea ice thickness, volume, and multiyear ice coverage: losses and coupled variability (1958–2018) ; Environmental Research Letters ; https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1748-9326/aae3ec
2. Rothrock D. A. et al., 1999 ; Thinning of the Arctic sea-ice cover ; Geophysical Research Letters ; https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1029/1999gl010863