Det sägs ofta att Arktis är en av de platser som är mest sårbara för klimatförändringar. Temperaturerna klättrar snabbare där än någon annanstans på planeten. Stigande vintertemperaturer innebär ökande mängder regn istället för snö, och forskare arbetar fortfarande för att förstå exakt vad detta betyder på plats.

Nu, ett team av biologer, Meteorologer och geofysiker har granskat år av snöpackningar och väderdata från två platser i den arktiska skärgården på Svalbard och funnit att den ökade mängden vinterregn har lett till mer is på marken där. Deras resultat har just publicerats i Miljöforskningsbrev .

Skiftet är så stort, forskarna säger, att marken så gott som inte varit fri från is under vintern sedan början av detta århundrade.

Regn på platser som Svalbard utgör en utmaning som är mindre problem i sydligare klimat. Här, vid 78 grader N, polarnatten varar i mer än tre månader, och marken är underliggande av permafrost. Det betyder när det regnar på snö, regnet kan frysa i botten av snösäcken, skapa ett lager av is. Forskare kallar den här typen av isbildning "basalis, " eftersom den ligger vid basen av snöpacken.

Det kan ibland vara så tjockt att det helt kan kapsla in och döda växter, och svälter djur, som renar, som normalt betar på mossor, dvärgbuskar och annat bläddra som de hittar genom att tafsa genom snön. I en publikation från 2013 i Vetenskap , Ekologen Brage Bremset Hansen från Norges tekniska universitet (NTNU) och hans kollegor beskrev hur en extrem nedisning en vinter förhindrade sorkar, ripa och renar från att hitta mat, vilket fick deras befolkningar att krascha. Hansen är senior författare till den nyligen publicerade tidningen.

Populationer av fjällrävar, som livnär sig på kadaver av döda renar, blomstrade när de andra djuren dog. Men året därpå rävbeståndet kämpade, eftersom alla renar som överlevt den stora döden fick mer sommarmat, eftersom deras totala antal hade rasat. Det innebar färre kadaver för rävar under året efter det stora isläggningsevenemanget.

Basalis kan också ställa till problem för renskötare i norra samhällen, medan det regnar i snö, även utan isbildning, kan mätta snöpackningar till den punkt där de kan rasa.

Hur mycket is beror på snönivåerna

Mängden snö som redan ligger på marken är en viktig faktor för basal isbildning, säger forskarna. "När, var och hur mycket is som bildas är en komplicerad process, säger Bart Peeters, artikelns huvudförfattare och en Ph.D. kandidat vid NTNU:s Centrum för biologisk mångfaldsdynamik. "Men huvudmönstren är tydliga:basal is bildas när regn och smältvatten fryser på den frusna marken, även om detta beror på hur djupt snöpacket är, om det finns någon snö alls, och när det börjar regna."

När det är mycket snö på marken och bara lite regn, regnet kan sugas upp av snön och kan frysa inuti packningen. Det betyder ingen basal is. När det är ett tjockt snöpack, dock, och mycket regn, regnet kan påskynda snösmältningen så att mycket vatten rinner genom hela snöpackningen. Den fryser sedan när den landar på den frusna marken i botten av förpackningen. Dessa är de förhållanden som leder till bildandet av ett tjockt isigt lager.

Forskarna ville veta hur utbredd bildandet av basalis är under vintern. De undersökte 2539 snöpackningsmätningar under 16 år från två platser på huvudön Spetsbergen; en vid kusten i en stad som heter Ny-Ålesund, och en i Nordenskiöld Land mitt på ön. Det sista området ligger cirka 20 km söder om den meteorologiska stationen på Svalbards flygplats i huvudstaden Longyearbyen.

Förutom data från de två meteorologiska stationerna i Longyearbyen och Ny-Ålesund, forskarna kunde få dagliga genomsnittliga lufttemperaturer och mängden regn från fem andra stationer utspridda över Svalbard. Detta gjorde det möjligt för dem att leta efter mönster i vinterregn över både rum och tid. Vad de fann var att den genomsnittliga mängden vinterregn var mer än dubbelt så hög vid kusten än i mitten av ön. Det innebar också tjockare basalis vid kusten.

Dock, de fann också att när det regnade på vintern, det regnade vanligtvis över avstånd på flera hundra kilometer. Likaså, om marken var täckt av tjock is vid kusten, samma scenario hittades i mitten av ön.

"Vintervärmeperioder och regn-i-snöhändelser på Svalbard tenderar att inträffa när regionen påverkas av lågtryckssystem från sydväst, sa Ketil Isaksen, en senior forskare vid norska meteorologiska institutet och medförfattare till studien. "Dessa vädersystem gynnar transport av vattenånga från sydatlantiska källor, vilket ger temperaturer över noll och regn över hela skärgården."

Att flytta är inte ett alternativ

Summan av kardemumman är att isbildning tenderar att förekomma över stora områden, och är inte en lokaliserad händelse, sa forskarna. Som ett resultat, djur som övervintrar på ön, som renar och ripa, har inte alltid möjlighet att flytta till en bättre plats med mindre is.

Hansen säger att den viktigaste ekologiska implikationen av de storskaliga regn-på-snö-händelserna är att det samtidigt kan påverka alla arter i öns övervintrande djursamhälle.

"Detta innebär i slutändan att upp- och nedgångar för populationer såväl som hela vilda samhällen kan synkroniseras över stora avstånd, " sa han. "I teorin, synkronisering av befolkningsdynamik över stora avstånd, orsakas av fluktuationer i vädret, kommer att öka den långsiktiga risken för utrotning." Han säger, dock, att det inte finns några bevis för att de arter som övervintrar på Svalbards tundra för närvarande är i riskzonen.

Hansen är chef för ett projekt som heter INSYNC, finansierat av Norges forskningsråd, som tittar på hur klimatförändringar påverkar populationsdynamiken i arktiska vilda samhällen.

Svalbard är en källa till saker som kommer

Extrema väderhändelser, som regn-i-snö, blir allt vanligare, forskarna sa, och de förstår nu bättre hur basal is bildas och de faktorer som påverkar dess tjocklek och tidpunkt. Men när Arktis fortsätter att värmas, det komplexa förhållandet mellan regn, snöpack tjocklek, lufttemperaturer och tidpunkt under vintern tyder på att mönstret kan förändras, sa de.

"Vi vet med stor tillförsikt att de globala temperaturerna kommer att fortsätta att stiga i årtionden. När vintrarna blir varmare och blötare i Arktis, det ska bli intressant att observera mönstren i basalisning när snöpackningen smälter helt och markytan tinar, " sa Peeters. "Men, eftersom Arktis värms upp snabbast på Svalbard, det är en källa till saker som kommer för ekosystemen i andra regioner i högarktis."