I ett fynd som kan hjälpa forskare att bättre förutse höjning av havsnivån i en värmande värld, Forskare vid Brown University har hittat en underskattad faktor som styr hastigheten med vilken Grönlands istäcke smälter.

Forskningen, publiceras i tidskriften Vetenskapens framsteg , använde satellitbilder för att spåra rörelsen av inlandsisens snölinje – den höjd över vilken ytan är snötäckt, och under vilken bar is exponeras. Studien visade att snölinjens höjd varierade avsevärt från år till år, och att dess variation utövade ett överdrivet inflytande på mängden solstrålning som inlandsisen absorberade. Förändringar i snölinjens höjd från år till år förklarade mer än hälften av den årliga strålningsvariationen på inlandsisen, studien fann.

I sista hand, mängden strålning inlandsisen absorberar avgör i vilken utsträckning den smälter.

"Människor som studerar alpina glaciärer har insett vikten av snölinjer i flera år, men ingen hade uttryckligen studerat dem på Grönland tidigare, sade Laurence C. Smith, en gäststipendiat vid Institutet vid Brown for Environment and Society (IBES) och en studie medförfattare. "Denna studie visar för första gången att denna enkla uppdelning mellan bar is och snö är viktigare när det kommer till smältning än en mängd andra processer som får mer uppmärksamhet."

Resultaten har betydande implikationer för att förutsäga framtida höjning av havsnivån, säger forskarna. Smältvatten från Grönlands inlandsis är en stor bidragsgivare till globala havsnivåer, och denna studie visar att regionala klimatmodeller som används för att förutsäga framtida avrinning ofta förutsäger snölinjer på ett felaktigt sätt.

"Vi fann att modeller inte återger snölinjer särskilt bra, vilket ger en osäkerhet till framtida prognoser, " sa Jonathan C. Ryan, en postdoktor vid Brown och studiens huvudförfattare. "Men nu när vi har visat hur viktig snölinjeeffekten är, och har några direkta observationer av snölinjepositioner, förhoppningsvis kan vi förbättra dessa modeller framöver."

Anledningen till att snölinjen är så viktig har att göra med skillnaden i reflektionsförmåga mellan snötäcke och bar is. Snö är extremt ljus och reflekterar tillbaka in i atmosfären lejonparten av solljuset den tar emot. Bar is är mycket mörkare, och reflekterar därför mindre strålning. Istället, mer strålning absorberas, som värmer upp isen och leder till smältning. Dessa processer har varit väl förstått av forskare i åratal. Vad som inte var känt var i vilken utsträckning de leker på Grönlands inlandsis, och i vilken utsträckning snölinjevandring kan reglera smältningen från år till år.

Ryan säger att han först fick en aning om hur viktig snölinjerörelse kan vara när han utför fältarbete på inlandsisen. Han och hans kollegor försökte registrera snölinjepositioner med flygdrönare. Varje dag, de flög sina drönare inåt landet över kalisen. När de nådde snögränsen, de registrerade positionen, vände om sina drönare och flög tillbaka. Vid ett tillfälle under fältsäsongen, de var tvungna att sluta flyga i några dagar på grund av kraftiga vindar. När de kom tillbaka till att flyga, de hittade något överraskande.

"Plötsligt var snögränsen bara borta, " sade Ryan. "På ett par dagar hade den flyttat sig 30 kilometer eller så upp på inlandsisen och var nu utanför räckvidden för våra drönare. Det var första ögonblicket vi trodde att vi skulle undersöka effekterna av snölinjerörelser på smältan."

För studien, Ryan och hans kollegor använde bilder från MODIS-instrumentet, en avbildningsspektroradiometer som flyger ombord på NASA:s Terra-satellit. De kunde få en tidsserie av snölinjepositioner från 2001 till 2017. De kunde också mäta reflektionsförmågan hos både snötäcket och bar is.

Bilderna bekräftade en betydande rörelse av snögränsen från säsong till säsong och från år till år – och nådde en maximal höjd 2012, ett rekordår för inlandssmältning. Det fanns också en betydande skillnad i reflektionsförmåga mellan snö och is. Snön reflekterade i genomsnitt cirka 79 procent av den strålning som träffade den. Isen, under tiden, endast mellan 45 och 57 procent. Snölinjens rörelse i kombination med skillnaderna i reflektivitet gör att snölinjens position spelar en dominerande roll för att kontrollera inlandsisens energiupptagning. Allt sagt, 53 procent av strålningsvariationerna från år till år kan förklaras av snölinjens position, fann forskarna.

Den siffran på 53 procent överväger andra faktorer som forskarna undersökte. Till exempel, forskarna trodde att processer som gör redan mörk bar is mörkare med tiden skulle spela en stor roll för att kontrollera energiabsorptionen. Poolvatten, smutsskikt och algtillväxt kan allt mörkna bar is, vilket gör det ännu mindre reflekterande. Studien fann att dessa faktorer gjorde en skillnad i energiabsorption, bara inte alls så mycket som tidigare forskning hade antagit. Det visade sig att snölinjens position hade en fem gånger starkare inverkan på energiupptagningen än mörkningen av själva barisen.

"Det är en överraskning eftersom det har varit mycket arbete på sistone med dessa isförmörkande processer, " sade Smith. "Det visar sig att i det här fallet, vi saknade elefanten i rummet, som är snögränsen."

Efter att ha fastställt betydelsen av snölinje för energiabsorption - och i slutändan i smältning och avrinning - ville forskarna se om regionala klimatmodeller korrekt fångat effekten av snölinjen. Det är viktigt eftersom dessa modeller används för att förutsäga framtida avrinning från Grönlands inlandsis.

Forskarna fann att två ledande modeller båda misslyckas med att fånga snölinjens höjd exakt. En modell, känd som MAR, satte snölinjer för högt och överskattade därför sannolikt avrinning under år med hög smältpunkt. Den andra modellen, känd som RACMO, ställ snölinjerna för lågt, vilket innebär att det sannolikt underskattar framtida avrinning i ett varmare klimat.

Med tanke på vikten av snölinjens position som avslöjats i denna studie, forskarna säger att det är viktigt att modellerna får rätt snögräns.

"Vi samarbetar nu med modellbyggarna, förse dem med våra observerade snölinjer, ", sa Ryan. "Det ger dem lite grundsanning som de borde kunna använda för att justera sina modeller. Nu finns det något att sikta på."

Resultatet av dessa förbättringar i modellering av snölinje, forskarna säger, skulle vara mer exakta prognoser av Grönlands framtida bidrag till havsnivåhöjningen.