Tilbake til søkeresultatene

POLARPROG-Polarforskningsprogram

Ocean-ice shelf Interaction and channelized Melting in Dronning Maud Land

Alternativ tittel: Havsirkulasjon og marin smelting av isbremmer i Dronning Maud Land

Tildelt: kr 9,9 mill.

Prosjektnummer:

295075

Søknadstype:

Prosjektperiode:

2019 - 2024

Midlene er mottatt fra:

Samarbeidsland:

Det antarktiske innlandsisen og de flytende isbremmene som omkranser det antarktiske kontinentet mister masse i akselererende hastighet, noe som får det globale gjennomsnittlige havnivået til å stige. Dette er dårlige nyheter i en tid hvor flertallet av verdens befolkning bor langs kysten. Isbremmene blir tynnere fordi havstrømmer fører «varmt vann» inn under isen og smelter dem nedenfra. Når isbremmene blir tynnere klarer de ikke lengre å holde tilbake innlandsisen som da beveger seg fortere ut mot kysten mens den blir tynnere. Tynningen av de antarktiske isbremmene er mest utbredt i Vest-Antarktis, men endringer er også observert i det enorme Øst-Antarktis. Her, i Dronning Maud Land, finnes de to isbremmene Fimbulisen og Nivlisen. Utenfor Dronning Maud Land langs kontinentalskråningen finner vi den såkalte Antarctic Slope Front (ASF). Denne fronten skiller det kalde og ferske vannet på sørsiden fra det varme og salte vannet på nordsiden og hindrer tilstrømning av varmt vann inn under isbremmene i Øst-Antarktis, noe som normalt gir en stabil massebalanse. Det er imidlertid observert episoder med innstrømmende varmtvann under Fimbulisen. Dette prosjektet har som mål å finne ut hvordan disse varme episodene henger sammen med det atmosfæriske pådrivet og dynamikken til ASF, om dette har endret seg over tid og hvordan det påvirker havsirkulasjonen under isbremmen, og i så fall hvordan dette påvirker issmeltingen. Kontinuerlige observasjoner av havtemperatur og strømningshastighet under Fimbulisen startet i 2009 er nå utvidet til 2021, den lengste tidsserien i sitt slag. Selv om denne isbremmen som oftest eksponeres for kalde temperaturer og bare sporadiske varme episoder, så viste målingene en vedvarende temperaturøkning i 2016. Mens de korte varmeepisodene normalt oppstår når østavinden er svakere, var endringen i 2016 relatert til et storskala mønster med økt subpolar vestavind og mye mindre havisdekke. Endringen fra en kaldere til en varmere periode i 2016 skjedde samtidig som økt issmelting har blitt avledet fra satellittdata. De hydrografiske dataene viser at antarktisk overflatevann dominerer sesongvariasjonen nær isbunnen, mens innstrømningen av varmt dypvann viser bare en svak sesongvariasjon i dybden. Temperatur- og strømmålerdata fra to havrigger utenfor Dronning Maud Land hentet inn i januar 2021 og viser at termoklindypet har en sterk sesongsyklus. Termoklinen nær kysten var på sitt dypeste i juli, noe som førte til en bratt ASF og sterke strømmer. Overraskende nok er sesongvariasjonen til ASF ikke direkte relatert med havtemperaturen under isbremmen. Derimot er strømhastigheten inn under bremmen sterkeste på våren og sommeren når skråningsstrømmen er på sitt svakeste. Detaljerte kart over isbremmenes overflate, tykkelse og bunn i Dronning Maud Land ble laget fra høyoppløselige satellittdata som et referansedatasett for finskala studier av issmelting under bremmene. Smeltehastigheter ble målt direkte med en autonom fasesensitiv radar ved M2-riggen på Fimbulisen. Resultatene for 2017-2019 viser en relativt lav gjennomsnittlig smeltehastighet (~1,2 m/år), men smeltehastigheten varierer likevel mye gjennom året. Dette er nært knyttet til strømningshastighetene under isbremmen som målt av M2-riggen. Perioder med høy strømningshastighet medfører stor smelting, og isbremmen er derfor følsom for potensielle fremtidige endringer i strømforholdene i havet under isbremmen. Satellittdata kan fange opp slike endringer over større skalaer og flere år, men forbedrede korreksjonsdata trengs for å kunne relatere felt- og satellittobservasjoner på en bedre måte. Den høyoppløselige Finite Volume Community Ocean Model (FVCOM) ble utviklet for Fimbulisen for å undersøke effekten av småskala kanaler i istopografien under Fimbulisen. Modellens oppløsning ble bestemt av de satellittbaserte kartene av istykkelse og varierer fra 50 m i basale kanaler under isbremmen, til 2000 m i det åpne hav. Modellen viser at iskanaler i bunnen av Fimbulisen trekker med seg varmt vann fra omgivelsene, noe som lokalt øker smeltingen og størrelsen på kanalene. Denne mekanismen virker tilbake på seg selv og forsterkes over tid. For å forske videre på denne positive tilbakekoblingseffekten, ble det satt opp et koblet modellsystem med Elmer/ICE-FVCOM-FISOC for Fimbulisen. For å kunne ta hensyn til de ulike tidsskalaene som havet og isdynamikken utvikler seg på, så ble det utviklet en innovativ «akselerert» kobling mellom hav- og ismodellen som forbedrer beregningseffektiviteten i det koblede modellsystemet. Denne nye teknikken er et effektivt verktøy for modellering av koblende hav- og isbrem-prosesser, og det bidrar til å forbedre prognoser for innlandsisens massebalanse og bidrag til havnivåendring.

The iMelt project has identified both local and remote oceanic, sea ice and atmospheric drivers of both episodic and more sustained warm water presence in the ice-shelf cavity under Fimbulisen in Dronning Maud Land. Given that this ice shelf is in a so-called cold ice shelf regime and is currently not loosing mass, identifying these processes are key to validate coupled ocean-ice shelf and climate models. This will allow further improvements of model processes and selection of models for future projections of ice shelf melt and potential destabilization in east Antarctica. The project has taken a first step in addressing the importance of small-scale features and related processes under a cold-cavity ice shelf. The newly developed fine-scale maps of surface and basal topography of ice shelves in Dronning Maud Land open new possibilities for detailed process studies like the one with the FVCOM model which has given us new insights to be further explored. From concurrent ocean and melt observations, we found that on sub-monthly timescales, basal melt is primarily driven by ocean velocity variations under the ice shelf while on seasonal timescales, ocean temperature plays a role. Further use of satellite data to derive local patterns of melt will need to rely on improved corrections for ice dynamics and near-surface snow processes. As a consequence of that, we are installing various snow sensors (thermistor, surface ranger and weather station) and a GNSS positioning instrument on the M2 mooring/radar site as a part of the NFR-funded infrastructure project TONe. This will allow us to address the identified discrepancy between our in-situ record of basal melt and that of current satellite-based techniques, which are the only way to quantify basal melt at larger scales. Finally, the new approach developed in WP3 to overcome the differences in time scales related with ocean and ice-shelf processes respectively, and to couple ocean and ice sheet models effectively is a powerful and useful tool in coupled ice sheet-ocean modeling, thereby contributing to improve sea level rise projections.

The recent increase in the Antarctic contribution to global sea-level rise is a major concern given that the majority of the world’s population lives along the coastlines. This increase, which is now thought to be irreversible in West Antarctica, is triggered by ocean-induced melting beneath the floating parts of the ice sheet known as ice shelves. Most basal melting occur near the ice-sheet grounding lines and the ice-shelf fronts, as well as within basal channels underneath the ice shelves. This project will quantify the processes and importance of ocean-ice shelf interactions and channelized basal melting in Dronning Maud Land, East Antarctica. The main focus will be on Fimbulisen ice shelf which has a complex network of basal channels in the central part of the ice shelf and a tongue that extends seaward of the continental shelf. Under-ice shelf data has been collected at Fimbulisen since 2010 and new, planned infrastructure along the coast of Dronning Maud Land will allow us to investigate ocean processes outside the ice shelf. Three autonomous radars are also deployed on Fimbulisen and Nivlisen ice shelves to monitor ice-shelf basal melting directly. The project will quantify the relationship between far-field ocean dynamics, ocean-ice interactions and basal melt rates through these concurrent oceanographic and under-ice shelf measurements. This interdisciplinary research combines in-situ measurements, satellite remote sensing, and high-resolution modeling of ice-ocean interaction in Dronning Maud Land and will provide fundamental new knowledge on processes related to basal melting, essential for a better understanding of the stability of the Antarctic ice sheet.

Publikasjoner hentet fra Cristin

Ingen publikasjoner funnet

Ingen publikasjoner funnet

Ingen publikasjoner funnet

Budsjettformål:

POLARPROG-Polarforskningsprogram