CRYOMET - Bridging models for the terrestrial cryosphere and the atmosphere

På forsommeren, når turfolk i de norske fjellene bytter ski med fjellsko, kan man rett som det er møte på hindringer langs stiene som snirkler seg innover i høyfjellet: snøflekker fra sist vinter som enda ikke er smeltet ut. Det spraglete mønsteret av snøflekker over det bare fjellandskapet er et vanlig syn til langt ut på sommeren. Hovedårsaken til de gjenværende snøflekkene er sterk vind og snøstormer som blåser nysnøen rundt i terrenget på vinteren. Snødrift kan føre til snødyp på mange meter enkelte steder, mens rygger og rabber kan være barblåste hele vintersesongen. Denne ujevne fordelingen av snø over korte avstander har, sammen med lufttemperaturene nær bakken, stor påvirkning på mange andre forhold. Den kontrollerer både den romlige fordelingen av permafrost, hvor i terrenget vi får dannet fonner og isbreer, og den generelle energiutvekslingen mellom landoverflaten og atmosfæren. CryoMet har som mål å forbedre representasjonen av den romlige fordelingen av snødyp i atmosfæriske modeller. En av hovedutfordringene er at modellene som simulerer klimavariabler opererer på en grov romlig skala, og derfor ikke fanger opp den romlige småskala fordelingen i snødekket og andre klimavariabler. Dette gjør det utfordrende å koble modeller for atmosfæren og landoverflaten sammen, og teknikker for oppskalering og nedskalering av jordsystemmodeller er nødvendig. Gjennom CryoMet-prosjektet har vi oppnådd følgende viktige resultater: 1. Ved bruk av dynamisk nedskalering har vi produsert kart for ulike komponenter i energibalansen, først og fremst med hensikt å kjøre modeller for permafrost og massebalanse på isbreer. Slike kart er produsert for Svalbard med en bakkeoppløsning på 3 km, og for lokale områder med en oppløsning på 1 km. Slike kart er også av interesse for andre fagområder, slik som biologi. 2. Vi har kombinert resultatene fra nedskaleringen over Svalbard med satellittbaserte overflatetemperaturer for hele den nordatlantiske regionen. Dette har resultert i en 10-års tidsserie av de ulike komponentene i energibalansen. Denne informasjonen har vi brukt til å kjøre enkle permafrostmodeller, som igjen har dannet et fundament for å motta finansiering fra den europeiske romorganisasjonen ESA (European Space Agency) for å anvende dette konseptet globalt. 3. Vi har målt romlig variasjon av snødyp og bakketemperaturer over flere studieområder i Norge og på Svalbard, og har lykkes i å reprodusere bakkeoverflatetemperaturer som sannsynlighetsfordelinger (PDFer) i modeller. 4. Dette var et viktig steg mot å implementere sub-grid variabilitet i ulike modeller. Vi har anvendt PDFene i en ny permafrostmodell over det nordiske området, og til å parameterisere snøfordeling i en værmodell. Studiene viser tydelig at dette har stor påvirkning på resultatene. 5. En ny landoverflatemodell dedikert til permafrost prosesser, CryoGRID 3, er bygd opp gjennom dette prosjektet i nært samarbeid med internasjonale partnere fra Alfred-Wegener instituttet i Potsdam, Tyskland, og LGGE i Grenoble, Frankrike. CryoGRID 3 brukes allerede av fem internasjonale partnere i tillegg til UiO. Modellen anvendes innenfor en rekke temaer, og tre oppfølgerprosjekter av CryoMet, hvor CryoGRID 3 er et nøkkelelement i alle, nettopp mottatt støtte. Måloppnåelsen i dette prosjektet har trigget nye prosjekter støttet av Norges Forskningsråd og den europeiske romorganisasjonen ESA. Prosjektet var også en inspirasjonskilde for etableringen av en inter-disiplinær forskningsgruppe ved Universitetet i Oslo, hvor hovedmålet er å evaluere interaksjonen mellom land og atmosfære i kalde klimaer (LATICE). Dette initiativet er oppnevnt som et av endringsmiljøer ved det Matematisk-naturvitenskapelige fakultet ved UiO.

Glaciers and permafrost are the two main components of high-latitude mountain and Arctic environments, and both will be affected by the changing climate system. Earth System Models (ESMs) provide projections of the climate evolution for the coming decade s. However, they operate on coarse spatial grids with grid spacing of 50 to 300 km, which is too coarse to resolve the variations in topography and land surface properties. Therefore, downscaling is a prerequisite for a detailed impact assessment, especia lly in mountain areas where topography and surface properties can vary on the scale of meters. Here, snow is a crucial moderating factor. CRYOMET will test and develop seamless downscaling procedures, that are designed to bridge the gap from ESM models t o the process scale. This will be achieved by combining deterministic downscaling using the state-of-the-art regional climate model PolarWRF with probabilistic downscaling of snow depth using snow redistribution models. This scaling concept is aimed to be capable of bridging about five orders of magnitude in space without inflicting a scaling gap. In a second step, CRYOMET will upscale the surface energy balance and thus the feedback of the spatially variable snow depth. CRYOMET will explore the potent ial of this scaling concept, which could be transferred to other research areas to significantly advance modelling capabilities for arctic ecosystems. Extensive field data sets for the ground thermal regime and the surface energy balance are available to this project. Those will facilitate validation and improvement of the formulations of the surface energy balance in the employed atmospheric models. The validation sites follow environmental gradients, with the main focus on Svalbard and mountain sites i n both northern and southern Norway. As a spin-off, CRYOMET aims for spatially refined model representations of both the thermal regime of permafrost and glacier mass balance for several areas on Svalbard.