Havsisen i Ishavet är i en nedåtgående spiral, med sommarens minimiomfattning cirka 40 procent mindre än på 1980-talet. Men att förutsäga hur havsisen kommer att bete sig ett visst år är knepigt:det finns fortfarande många okända om förhållandena för havsisen, för att inte säga någonting om svårigheterna med att förutsäga väder och havsbeteende under säsongens tidsskalor.

NASA-forskare arbetar med att förbättra sina prognoser om storleken på det arktiska havsistäcket i slutet av sommarens smältsäsong – men målet är inte bara att ha en bättre förutsägelse av havsistäckningen. Utmaningen att göra prognoser för havsis på sommaren gör det möjligt för forskare att testa sin förståelse för de processer som styr säsongsbetonad havsis tillväxt och reträtt, och att finjustera datormodeller som representerar kopplingar mellan isen, atmosfär och hav.

Ett gräsrotsinitiativ som lanserades 2008 jämför olika forskarlags ansträngningar varje år för att förutsäga slutet av sommaren arktisk havsis. Det här året, tre NASA-team är bland över tre dussin grupper som skickat in minst en förutsägelse. De deltagande grupperna i Sea Ice Prediction Network (SIPN) använder olika metoder, allt från statistisk analys till dynamiska modeller, magkänsla och kombinationer av tekniker. Lag kan skicka in prognoser i juni, Juli och augusti baserat på rådande havsisförhållanden vid dessa tidpunkter. Varje höst, projektet släpper en analys av årets bidrag, granska lärdomar och ge vägledning till framtida forskningsinsatser.

Jämförelsen av olika metoder gör det möjligt för forskare att gå längre än att bara samla in observationer av havsis egenskaper för att testa hypoteser om drivkrafterna för havets beteende under ett visst år. Som ett exempel, Sådana metoder kommer att tillåta forskare att närmare undersöka effekterna av sommarisens tjocklek eller närvaron av smältvattendammar i början av smältsäsongen. Det kommer också att låta dem avgöra om en enskild egenskap hos isen är mer användbar än att analysera en kombination av faktorer.

Bland annat data, de deltagande lagen använder havsiskoncentration – hur mycket av ett visst område som är täckt av is – och omfattning, som tar hänsyn till alla områden i Ishavet och omgivande hav där isen täcker minst 15 procent av havsytan. Större havsis och, mer viktigt, högre koncentrationer gör isen mer motståndskraftig mot smältning, eftersom mindre av havet exponeras och därmed mindre kan absorbera solvärme. Datauppsättningarna för koncentration och omfattning är baserade på metoder som utvecklades på 1970- och 1980-talen av forskare vid NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, och för närvarande kurerad av NASAs dataarkiv vid National Snow and Ice Data Center (NSIDC) i Boulder, Colorado.

Dessutom, en långvarig NASA flygundersökning av polarisen kallad Operation IceBridge ger mätningar till SIPN-team på vårens havsis tjocklek, smältdammar och snöförhållanden, vilket är tre andra parametrar som påverkar sommarens smältsäsong.

Alek Petty, en havsisforskare vid Goddard, har lämnat in prognoser till SIPN för de senaste två åren som bygger på en statistisk modell som analyserar satellitmätningar av havsiskoncentration och smältdebut. En aspekt av sommarsmältsäsongen Petty testar med sin modell är frågan om hur smältdammar – de klarblå pölarna av smältvatten som dyker upp på havsisen på våren och sommaren – också kan hjälpa till att förutsäga omfattningen av havsisen kl. slutet av sommaren. Petty kan köra sin modell med data om vårens smältdamms täckning som erhållits av en klimatmodell som drivs av forskare i Storbritannien.

"En av svårigheterna med smältdammsmodellen är att vi inte har många bra observationer av smältdammar i Arktis för validering, " sa Petty. "Det är vad Operation IceBridge nu försöker tillhandahålla med sina senaste sommarhavsiskampanjer."

Richard Cullather, en klimatmodellerare på Goddard, använder en dynamisk modell av klimatsystemet som tar hänsyn till samspelet mellan arktisk havsis, havet och atmosfären. Det här året, hans fjärde deltagande i SIPN, han tillämpade havsistjockleksmätningar från satellitdata för att definiera förhållandena för havsisen innan smältsäsongen började. Cullather förväntar sig att detta tillskott kommer att förbättra prognosen.

"Det verkar som om isen som finns kvar på sensommaren är en funktion av hur tjock isen var till att börja med, ", sade Cullather. "Vi körde vår prognos i juni utan havsisens tjocklek och den kom med en mycket högre förutsägelse än när vi faktiskt införde tjockleksmätningarna. Det tyder på att att lägga till tjockleksobservationer förändrar våra värderingar."

NASA IceBridge -data, tillsammans med mätningar från ESA:s (European Space Agency) CryoSat-2-satellit, tillhandahålla viktig tjockleksinformation. Med NASAs is, Moln, och landhöjdsatellit-2 (ICESat-2), ett uppdrag planerat att starta 2018 som kommer att mäta höjden på havsisen över havsytan, förbättrad tjockleksinformation kommer att bli tillgänglig för att informera om smältförutsägelser.

Till sist, Walt Meier, en havsisforskare som arbetade på Goddard fram till juli och är för närvarande på NSIDC, använder en enkel statistisk metod som tittar på den totala utbredningen av havsis från 2005 till 2016 och ger ett genomsnitt av de dagliga förändringarna i utbredning dag för dag fram till slutet av september.

"Jag använder bara data från de senaste 12 åren eftersom före 2006, kanten av havsispacken i början av smältsäsongen låg mycket längre söderut, så det skulle smälta snabbare i juli och augusti än vad det gör nu, sa Meier, som har deltagit i SIPN sedan starten och är medlem i ledningsgruppen.

Trots att havsisen startade smältsäsongen från en rekordlåg maximal årlig omfattning i mars, ingen av förutsägelserna från Petty, Cullather och Meier kräver att årets september -omfattning ska vara mindre än 2012, vilket är det lägsta som någonsin observerats under satellitregistreringen av arktiska havsismätningar som började 1979. Ändå, deras prognoser tyder på en utbredning i linje med den arktiska havsisens långsiktiga nedåtgående trend.

En vanlig utmaning för befintliga prognoser är att i takt med att havsisen har tunnat ut dramatiskt under de senaste decennierna, inverkan av väderfenomen som stora sommarcykloner på istäcket har ökat. Också, vädret kan vanligtvis inte förutsägas mer än 10 dagar i förväg.

"Sommarstormar kan ha olika effekter, " sa Cullather. "Om isen är lagom tjock, stormen kan fördela ispacken så att den då täcker en större utsträckning. Om isen är mycket tunn och du sprider den, det kommer att tillåta det att smälta snabbare eftersom det finns mer öppet vatten som värms upp av solen."

"Det finns mer och mer intresse för säsongsbetonade förutsägelser om den arktiska havsisen, men samtidigt är saker och ting utmanande på grund av de förändrade förhållandena för ispacken och hur den reagerar på väder, "Sade Meier. Men förbättringar i modellerna och statistiken, tillsammans med ett växande rekord av havsismätningar, göra prognosmakare optimistiska inför framtiden. "Förhoppningen är att modellerna kan överträffa förändringarna i Arktis, att vi kommer att kunna komma ikapp och producera mer tillförlitliga prognoser."