Tilbake til søkeresultatene

FRINATEK-Fri prosj.st. mat.,naturv.,tek

FRActal properties of Sea Ice Leads and their impact on the Arctic physical and biological environments

Alternativ tittel: Havis-råkers fraktale egenskaper og deres innvirkning på det fysiske og biologiske miljøet i Arktis

Tildelt: kr 6,3 mill.

Arktis har vist seg å være svært følsomt for økte globale temperaturer, og det varmes opp betydelig raskere enn resten av kloden. Dette har resultert i tynning og reduksjon i sjøisdekket, som sprekker oftere enn tidligere. Når isdekket sprekker dannes nye kanaler med åpent vann, også kalt råker. I disse råkene er utvekslingen av energi (f.eks. varme) mellom atmosfæren og havet mye sterkere enn når isdekket er til stede og fungerer som isolasjon mellom de to. Disse energiutvekslingene i råkene og deres innflytelse på klima diskuteres aktivt, blant annet fordi dagens numeriske modeller har svakheter når det kommer til å representere råker. Ved å bruke en ny generasjons modelleringsverktøy, vil FRASIL muliggjøre et nytt perspektiv på endringene i Arktis og deres konsekvenser for livet i havet. Hovedresultatet fra prosjektet er å ha utviklet en fullt koplet is-hav-modell med neste generasjons sjøis-modellen, neXtSIM. Denne utviklingen var utfordrende både av tekniske årsaker og av grunner knyttet til modellfysikken. NeXtSIM-modellen er unik ved at den bruker både et bevegelig beregningsgitter og innovative fysikkformler for å beskrive isens bevegelse. I FRASIL har vi løst de tekniske utfordringene ved å koble det bevegelige nettet til neXtSIM til havmodeller som bruker tradisjonelle stasjonære beregningsgitter. Enda viktigere er det at vi har forbedret hvordan modellen simulerer sjøisens fysikk knyttet til hvordan den beveger seg. Tidligere versjoner av modellen brukte en tilnærming som gir gode kortsiktige resultater. Den viste seg imidlertid å være ubrukelig for de lange simuleringene vi gjør i FRASIL, som går over to tiår. Den nye og forbedrede modellfysikken er et gjennombrudd, som åpner opp for mange ny måter å bruke både neXtSIM og den nye fysikken på. For å jobbe videre med dette har vi nylig fått innvilget MuSIC-prosjektet, som også er finansiert av NFR. I FRASIL har vi jobbet hardt for å dra nytte av den nyutviklede fysikken og koblede modellene. Vi holder nå på å legge siste hånd på to vitenskapelige artikler der vi bruker neXtSIM koblet til den bredt anvendte havmodellen NEMO. I den første av disse bruker vi modellen til å studere massebalansen til arktisk sjøis. Vi bruker modellen til å undersøke hvor mye is som dannes, smelter og driver ut av Arktis. Vi studerer også isdannelse i råker fordi den nye modellen beskriver dette mye bedre enn tidligere modeller. Modellen viser at mellom 20 og 30 % av den arktiske sjøisen er dannet i råker. Det viser også at denne andelen har økt de siste to tiårene. En annen studie vi har foretatt med den nye modellen setter søkelys på isens alder. Vi kan generelt dele sjøis i Arktis i to kategorier: førsteårsis og flerårsis. Førsteårsisen har ennå ikke overlevd en sommersmelting, mens flerårsisen kan ha overlevd mange somre. Førsteårsis og flerårsis har flere ulike fysiske egenskaper og dette gjør det mulig å skille mellom de to fra satellittbilder. Men satellittene ser bare isoverflaten mens modellen kan fortelle oss istykkelsen i tillegg. Vi bruker derfor modellen til å granske år med ekstremt tap av sjøis for å få en bedre ide om isens skjebne. Våre forskning viser svært ulike prosesser i spill i de to årene vi har det største sjøistapet, 2007 og 2012. I 2012 gikk isen tapt fordi den smeltet, mest sannsynlig på grunn av varme forhold og tynn is. I 2007, derimot, ble isen egentlig ikke tapt, men derimot presset mot den kanadiske og Grønlandskysten. En prosess som ikke er lett synlig fra satellitt. Til slutt har vi studert virkningen av råker på utveksling mellom havet og atmosfæren gjennom råker i isen. I en artikkel undersøker vi noen av råkenes matematiske egenskaper. Disse resultatene hjelper oss å bedre forstå de involverte prosessene og kan bidra til å forbedre deres representasjon i klimamodeller. Den andre studien dreier seg om rollen som råker har for lys og biologisk aktivitet. I den har vi brukt havmodellen HYCOM koblet til biogeokjemiske modellen ECOSMO. Vi har brukt neXtSIM-HYCOM-ECOSMO-systemet til å undersøke virkningen av råker på både biologi og oseanografi i Arktis. Modellverktøyet som er utviklet her kan videre brukes til å forstå hvordan sjøis er viktig for andre aspekter av det marine økosystemet. Dette inkluderer effekten av råker på eksportproduksjonen, som er viktig både for karbonbinding og tilstrømningen av mat til dype og bentiske økosystemer. Videre åpner råkene et vindu til atmosfæren, så ved å inkludere karbonkjemi i den biogeokjemiske modellen kan vi kvantifisere utvekling av CO2 gjennom råkene. Vårt arbeid i FRASIL har også åpnet veier for mer forskning og flere funn om samspillet mellom is, atmosfære, hav, kjemi og biologi. Forskning som vi håper og forventer vil forbedre vår forståelse av arktisk klima og biologi i årene som kommer.

The most important outcome of FRASIL is that we demonstrated a successful coupling between an ocean model and a sea-ice model using a brittle rheology. The rheology is at the heart of a sea-ice model, dictating how the movement of the ice changes with changing winds and ocean currents. Despite this central role, alternative rheologies are few and far between. To date, every CMIP model and all geophysical-scale forecasting, reanalysis, and scientific sea-ice models use a rheology whose physics have not changed since the late 1970s. In FRASIL, we have demonstrated that a credible alternative to the classical approach exists and can be used to deliver new and exciting scientific results. Our progress in FRASIL has allowed us to attract further funding for our research, both national, European, and American. As such, FRASIL has been a cornerstone for sea-ice research at the Nansen Center, eventually impacting the global sea-ice modelling community.

The Arctic has proven very sensitive to increased global temperatures, warming substantially faster than the rest of the globe. This has resulted in thinning and reduction in sea ice cover leading to a new dynamical regime in which sea ice fracturing and ridging are more frequent. The fractal properties of the ice cover and its extreme variability strongly influence the atmosphere-ocean interactions and the dynamics of the Arctic marine ecosystems. These interactions and their influence on climate are actively debated, although the supporting model premises are presently weak. FRASIL will enable a new perspective on the changes endured by the Arctic and their consequences for marine life. In this project, we will assess the role of sea ice dynamics on the upper part of the Arctic Ocean energy budget and on primary production using for the first time a Lagrangian sea ice model, neXtSIM, coupled to an ocean-marine ecosystem model. The neXtSIM model is currently being developed at the Nansen Environmental and Remote Sensing Center, and is unique among sea ice models owing to its rheological framework that is based on solid mechanics and allowing to reproduce the multifractal scaling invariance of sea ice deformation with an unprecedented realism. Leads opening in the ice will change the fluxes of heat and light penetration through the sea surface and the lower trophic levels of the marine ecosystem. Sea ice deformations also impact melting and freezing in leads, ridging and sea ice circulation, which are key players in determining sea ice mass balance and age, and freshwater mass distribution in the Arctic Ocean. Advancing the knowledge on the effects of sea ice deformations on upper ocean stratification and ecosystem will have profound implications on our ability to forecast ongoing changes in Arctic Ocean. The new coupled system will represent a major contribution towards giving the Norwegian research community a leading role in studying the Arctic climate system.

Publikasjoner hentet fra Cristin

Ingen publikasjoner funnet

Ingen publikasjoner funnet

Ingen publikasjoner funnet

Budsjettformål:

FRINATEK-Fri prosj.st. mat.,naturv.,tek