En ny UCLA-ledd studie förstärker vikten av samarbete för att bedöma effekterna av klimatförändringar.

Forskningen, publiceras idag i tidskriften Proceedings of the National Academy of Sciences , ger nya insikter om tidigare okända faktorer som påverkar Grönlands smältande inlandsis, och det kan i slutändan hjälpa forskare mer exakt att förutsäga hur fenomenet kan få havsnivån att stiga.

Grönland är den enskilt största smältande istäcket när det gäller smältvattenavrinning som bidrar till stigande havsnivåer – och minst hälften av havsnivåhöjningen från Grönland kommer från smältande is, sa Laurence C. Smith, en UCLA-professor i geografi. (Det är till och med mer än mängden som orsakas av iskalvning, när stora isblock separeras från inlandsisen, bildar isberg, som så småningom smälter i havet.)

Sedan 2012, ett team ledd av Smith har besökt Grönlands inlandsis flera gånger, med hjälp av satelliter, drönare och sofistikerade sensorer för att spåra flödeshastigheter av smältvattenfloder ovanpå glaciärerna, och kartlägga deras vattendelar, som omfattar ytområdena mellan floderna.

2015, Smith och en grupp UCLA-studenter och samarbetspartners fokuserade på en 27 kvadratkilometer stor vattendelare, och de upptäckte en viktig process som tidigare hade utelämnats från klimatmodellberäkningar. En del av smältvattnet från sjöarna och floderna ovanpå regionens glaciärer, som slutar i stora sjunkhål som kallas "moulins" och en tunna ner genom glaciären, lagras och fångas på toppen av glaciären i en låg densitet, porös "rutten is".

"Vårt är det första oberoende datainsamlingsansträngningen för att direkt mäta hastigheten för smältvattenavrinning från toppen av isen, " sa Smith. Teamets forskning finansierades av NASA. "Forskare, inklusive oss, har försökt samla information med hjälp av flöden från iskanten, men de mätningarna är problematiska för att testa klimatmodeller."

Smiths team fann en diskrepans mellan dess data och beräkningarna av smältvattenavrinning från fem klimatmodeller. Dessa modellers uppskattningar var 21 till 58 procent högre än vad Smiths team mätte på isen.

Så Smith bjöd in forskarna som skapade dessa modeller att samarbeta med honom. Tillsammans, de kontrollerade realtidsstatistik från väderstationer på isen för att bekräfta att data i klimatmodellerna var korrekta – och de fann att modellernas beräkningar var korrekta. Vilket innebar att smältvattnets färd över isytan var mer komplex än man tidigare trott:Forskarna insåg att innan vattnet passerar genom isen via moulins, det kan poola, sitta på obestämd tid eller återfrysa i porös is på ytan, sa Smith.

"Efter att ha eliminerat alla andra möjligheter, vi drog slutsatsen att oenigheten i våra data beror på att solljus tränger in i isen, orsakar smältning under ytan och lagring av smältvatten, sa Dirk van As, en medförfattare till studien och en senior forskare vid Danmarks och Grönlands geologiska undersökning. "Och nu vet vi att detta händer i de högre delarna av den kala iszonen som täcker stora delar av inlandsisen.

"Vi vet nu att beräkning av smältvattenretention i porös is bör inkluderas på något sätt, " han sa.

För att mäta flodutsläpp på isen, Smith och hans team anpassade en teknik som normalt används på land. Arbeta i skift, de samlade in data varje timme, dygnet runt, under tre dagar i juli 2015, trotsar kylan, vind och 20 timmar om dagen med gassande solsken. Forskarna använde säkerhetsutrustning för att förankra sig vid isen och skydda sig från det snabbt rörliga vattnet som rinner in i farliga moulins, där ytvatten störtar ner i inlandsisen.

Bland de många logistiska utmaningarna var att bestämma hur man ställer in utrustning för att mäta flodflödet på ett sätt att forskare inte behövde placeras på båda sidor om en flod.

"Om du inte har en helikopter, du kan inte placera människor på båda sidor om en stor flod på toppen av isen, sa Lincoln Pitcher, en UCLA doktorand i geografi, som kom på ett sätt att hålla sensorer på plats efter försök och misstag på land och is. De behövde komma på ett stabilt och starkt system som skulle hålla sig på plats trots att isytan runt dem smälte.

Studie medförfattare, Asa Rennermalm, professor i geografi vid Rutgers University-New Brunswick var en del av fältteamet.

"Vi använde en enhet som heter en Acoustic Doppler Current Profiler, som spårar urladdning baserat på ljud, " sa hon. "Vi fäste den på en flytbar plattform, och sedan fäst det på rep, som var fästa vid stolpar på vardera sidan om isfloden. Vi flyttade plattformen fram och tillbaka över floden varje timme i 72 timmar. Ingen har någonsin gjort det tidigare på Grönlands inlandsis."

Van As sa att projektet bevisade att en kombination av expertis från flera discipliner – bland dem meteorologi, oceanografi och hydrologi (studiet av vattnets egenskaper och rörelse över land) – är väsentligt för att fullständigt förstå hur glaciärer och inlandsisar reagerar på klimatsystemet.

"Det är viktigt att hydrologer som Larry tar med sig sin omfattande kunskap inom glaciologiområdet, använda tillvägagångssätt som är nya för vår disciplin, " han sa.

I allmänhet, glaciologer är inte vana vid att tänka på vattendelar på toppen av isen, sa Smith. De oegentligheter som dessa vattendelar ger när det gäller tidpunkten och mängden smältvatten som tränger in i isen beaktas för närvarande inte i geofysiska modeller av "isdynamik, " vilket betyder hastigheten och det rumsliga mönstret för glidande isis när den rör sig mot havet.

"Vi tar det mycket mogna området för landytahydrologi, som handlar om flodflöden och vattendelar på land, och applicera det på inlandsisen, som vanligtvis har varit den vetenskapliga domänen för geofysiken för fast is, " sa han. "Vi måste låna från hydrologi eftersom isytan blir mer av ett hydrologiskt fenomen. Och vi kan ta dessa verktyg från en annan disciplin och tillämpa dem och faktiskt få ett konceptuellt genombrott."

Smith och hans team arbetar nu på en studie baserad på data från en resa till Grönland 2016, när de tillbringade en vecka med att spåra vattendelar och gräva i den ruttna isen.

Leds av UCLA doktorand Matthew Cooper, forskarna försöker bättre förklara hur ruttet is fångar vatten. De har spårat den ruttna isen till ett djup av nästan 3 fot under ytan - ett fynd som kan hjälpa forskare som utvecklar klimatmodeller att bättre förstå hur inlandsisar förlorar massa.

En del av Smiths uppdrag på Grönland är att ge en ny generation hydrologer som är ivriga att gå med i frontlinjen för att spåra globala klimatförändringar.

"Klimatförändringar är inga avlägsna nyheter för mig längre, sa Kang Yang, en före detta postdoktor vid UCLA, som ingick i fältteamet för denna studie. Nu professor vid Kinas Nanjing University, Yang kommer att fortsätta arbeta med Smith om att kartlägga floderna på Grönlands inlandsis.