On Thin Ice: Role of Ocean Heat Flux in Sea Ice Melt

Endringane i areal, tjukkleik og mobilitet i arktisk sjøis dei siste tiåra vitnar om endringar i klimaet, med betydelige implikasjonar for havsirkulasjon, globalt vêr, økonomi og politikk. Skilnaden mellom havisutstrekninga ved vinter-maksimum og sommar-minimum aukar stadig. Som ei følge av dette kan kjemiske, biologiske og fysiske krinsløp assosierte med smelting og frysing av isen verte forsterka. Kva rolle varmeinnhaldet i havet spelar i havisvariasjonane, anten direkte eller ved tilbakekoblingsmekanismar, er ennå ikkje fullt ut forstått. NICE-prosjektet har som mål å fylle kunnskapshôlet med observasjonsbasert kunnskap og prossessforståing. I perioden fra april 2014 til og med september 2015 har datainnsamling vore hovudfokus i NICE. Prosjektet drar nytte av samarbeid med andre nasjonale og internasjonale grupper. I april 2014 sendte me ei sensorpakke for mikrostruktur til forskingsstasjonen North Pole Environmental Observatory (NPEO), der den vart installert på ei ramme nytta for profilering i havet frå drivande is nær Nordpolen. Under drivisen er polhavet stille heller enn turbulent, og har ein interessant vertikal struktur i temperatur- (T) og saltfordelinga (S) over det varme atlanterhavslaget. Temperatur- og saltprofilane liknar trapper, med tynne (typisk 10 cm) trinn der T/S endrar seg brått, og fleire meter tjukke lag der T/S er tilnærma uniforme. Målingane viser desse strukturane i detalj, og vil bli nytta til å talfeste oppad transport av varme frå det underliggande varme laget. I juli 2014 sendte me temperatursensorar og straummålarar til FRAM-2015-ekspedisjonen som nytta luftputeskipet (research hovercraft, R/H) Sabvabaa. R/H Sabvabaa dreiv med isen over djuphavssletta i Makarovbassenget, passerte Lomonosovryggen fleire gonger gjennom den transpolare driften mot Framstredet, og samla eit verdifullt datasett. Driften vart avslutta i september 2015. Sommaren 2014 gjennomførte me NICE-toktet med forskingsfartyet (FF) Håkon Mosby. Toktet gjekk nord for Svalbard på dei sørlege flankane av Yermakplatået. I tillegg til målingane frå skipet, nyttar NICE botnforankra instrumentriggar til å måle temperatur, saltholdigheit og havstraumar gjennom eit heilt år. Desse riggane vart sett ut i isdekka farvatn av kystvaktskipet (KV) Svalbard i samarbeid med Nansensenteret, medan målingane tatt frå FF Håkon Mosby fokuserte på dei isfrie områda nær iskanten. Sommaren 2015 vart dei tre riggane henta opp att, og nye prosesstudier vart gjennomført nord for Svalbard med FF Håkon Mosby. Frå eit heilt år med målingar fangar riggane opp signaturen av pådraget til vinden i ulike istilhøve. Indre bølgjer danna ved overflata av vindpådrag, eller ved botn av tidevasstraumar vart observert der dei forplantar seg gjennom djupet. Vind-genererte bølgjer vart observert ned til fleire hundre meters djupn. Målingane frå skipet inkluderer òg data av turbulensen i vassøyla, som gir oss høve til å kople pådraget frå atmosfære og andre prosessar til turbulens og miksing i havets indre. Frå tidleg 2015 deltok me i drifta til FF Lance. Unike målingar av turbulens under isen blei gjort frå drivande is nord for Svalbard gjennom vinteren og våren 2015. Med eit spenn på nestan eit halvt år, omfattar datasettet observasjonar av kalde vintertilhøve med frysing av ny is, vinterstormar og smelting om våren. Leiren dreiv over det djupe Nansenbassenget, over sokkelkanten og over Yermakplatået, og nærmare iskanten. Målingane har vist at varme frå havet når opp til isen, sjølv midvinters, langt frå iskanten. Passerande uver førte til betydeleg auka varmeutveksling. Målingane frå vinterdriften vart nytta til å køyre ein enkel modell av vassøyla. Med modellen kunne me vise at ei observert auke i salt i det øvre laget kom hovudsakleg frå oppblanding av underliggande vatn gjennom vindpådrag, heller enn salt frigitt ved overflata av isvekst. Nærmare iskanten, og om våren, viser målingane 10 til 100 gonger større varmeutveksling enn vinterstid. I samband med issmeltinga om våren vart det observert at saltlake frå isen synk ned i pulsar, ein prosess som tidlegare ikkje har vore observert frå drivande is i Arktis. Dataa som vart samla inn gjennom dette prosjektet har gitt oss ny innsikt i vertikale blandingsprosessar i grenselaget mellom is og hav i ein region der varmt vatn frå Atlanterhavet truar det minkande isdekket.

NICE is a small research project proposal to primarily support one PhD study and the associated field work expenses. The study aims to identify principal mechanisms for diapycnal mixing and ocean heat transport processes and quantifying their contribution for the Arctic heat and biogeochemical budgets. NICE builds on recently completed US-Norway collaboration projects and the synergy gained from recently funded or pending multidisciplinary, national and international initiatives. The main approach is in novative observation techniques including microstructure measurements up to the seawater-ice interface and eddy-covariance flux measurements in the under-ice boundary layer. Observations will be made in the MIZ, over topographic features north of Svalbard , in the central Arctic, as well as along the continental slope in the eastern Eurasian Basin and Makarov Basin, in conditions of retreating and advancing sea ice, allowing us to address various vertical mixing processes and evaluate their role in the ove rall heat and biogeochemical budgets of the Arctic Ocean. Overall, by sampling at various times under differing conditions of ice concentration, roughness, surface stress, sun angle, etc., we will be better able to characterize and model the exchange of s calar contaminants in the turbulent ice-ocean boundary layer.