Resultat från det nyskapade 110-åriga rekordet av arktisk havsisvolym visar en oförklarad liten minskning (svart linje) i början av 1900-talet. Det aktuella fallet (röd linje), orsakas av värmande temperaturer på grund av klimatförändringar, är mer än sex gånger så brant. Kredit:Axel Schweiger/University of Washington
Vår kunskap om havsisen i Ishavet kommer mestadels via satelliter, som sedan 1979 har avbildat havsisens minskande utbredning från ovan. University of Washingtons panarktiska ishav och modelleringssystem, eller PIOMAS, är ett ledande verktyg för att mäta tjockleken på den isen. Fram till nu har det systemet gått tillbaka bara så långt som 1979.
En ny tidning förlänger nu uppskattningen av arktisk havsisvolym tillbaka mer än ett sekel, till 1901. För att göra det använde den både moderna datorsimuleringar och historiska observationer, några skrivna för hand i början av 1900-talet ombord på föregångare till dagens amerikanska kustbevakningsfartyg.
"Detta utökar rekordet för variationer i havsistjockleken från 40 år till 110 år, vilket gör att vi kan sätta nyare variation och isförlust i perspektiv, sade Axel Schweiger, en havsisforskare vid UW:s Applied Physics Laboratory och första författare till studien som publicerades i augusti numret av Journal of Climate .
"Mängden havsis i Ishavet idag och den nuvarande förlusthastigheten är utan motstycke i det 110-åriga rekordet, " han lade till.
PIOMAS ger en daglig rekonstruktion av vad som händer med den totala volymen havsis över Ishavet. Den kombinerar väderrekord och satellitbilder av istäckning för att beräkna isvolymen. Den verifierar sedan sina resultat mot eventuella befintliga tjockleksobservationer. I åratal efter 1950, som kan vara fasta instrument, direkta mätningar eller ubåtar som kryssar under isen.
Under det tidiga 1900-talet, de sällsynta direkta observationerna av havsis gjordes av amerikanska skatteskärare, föregångaren till kustbevakningen, och marinens fartyg som har kryssat genom Arktis varje år sedan 1879. I Old Weather-projektet, UW, National Oceanic and Atmospheric Administration och National Archives har arbetat med medborgarforskare för att transkribera väderposterna i digitaliserade historiska amerikanska fartygsloggböcker för att återställa unika klimatrekord för vetenskapen. Den nya studien är den första som använder loggböckernas observationer av havsis.
En digitaliserad loggbok från 1915 från US Coast Guards fartyg Bear, strax efter att sjöfarten fått det namnet. Detta inlägg från 18 juli, 1915, var när fartyget var i Beauforthavet, på kanten av området för modellen för arktisk havsisvolym. Kredit:US National Archives
"I loggböckerna, officerare beskriver alltid de driftsförhållanden som de befann sig i, tillhandahålla timobservationer av havsisen vid den tidpunkten och platsen, " sa medförfattaren Kevin Wood, en forskare vid Joint Institute for the Study of the Atmosphere and Ocean. Om fartyget var i öppet vatten, i loggboken kan det stå "ångande fullt framåt" eller "på gång". När fartyget mötte is, officerare kan skriva "styra olika kurser och hastigheter" vilket betyder att fartyget seglade genom ett fält av isflak. När de fann sig instängda i ispacken, loggen kan läsa "besatt".
Dessa loggböcker kunde tills nyligen endast ses på National Archives i Washington, D.C., men genom digital bildbehandling och transkription av Old Weather-medborgarforskare har dessa sällsynta observationer av väder- och havsisförhållanden i Arktis i slutet av 1800-talet och början av 1900-talet gjorts tillgängliga för forskare och allmänheten.
"Detta är unika historiska observationer som kan hjälpa oss att förstå de snabba förändringarna som äger rum i Arktis idag, " sa Wood.
Wood leder den amerikanska delen av Old Weather-projektet, som har sitt ursprung 2010 i Storbritannien. Väderobservationerna från historiska loggböcker som transkriberats av Old Weather-medborgarforskare har redan lagts till i internationella databaser med klimatdata och användes i den modell av atmosfären som gav de nya resultaten.
Officerare registrerade fartygets position vid middagstid varje dag med hjälp av en sextant. De skulle också notera när de passerade igenkännliga funktioner, gör det möjligt för forskare idag att helt rekonstruera fartygets rutt för att lokalisera den i tid och rum.
Även om de historiska havsisobservationerna ännu inte har införlivats direkt i ismodellen, stickprovskontroller mellan modellen och de tidiga observationerna bekräftar verktygets giltighet.
US Revenue Cutter Thetis förtöjd vid havsis nära King Island, Alaska, år 1903. Kredit:Coast Guard Museum Northwest
"Detta är en oberoende verifiering av att modellen gör rätt sak, " sa Schweiger.
Den nya, längre rekord ger mer sammanhang för stora stormar eller andra ovanliga händelser och ett nytt sätt att studera issystemet i Ishavet.
"De observationer som vi har för havsisens tjocklek och variation är så begränsade, ", sade Schweiger. "Jag tror att folk kommer att börja analysera den här skivan. Det finns en mängd frågor som människor kan ställa för att hjälpa till att förstå arktisk havsis och förutsäga framtiden."
PIOMAS-verktyget används i stor utsträckning av forskare för att övervaka det nuvarande tillståndet för arktisk havsis. Området med arktisk havsis under juni månad 2019, och den PIOMAS-beräknade volymen, var de näst lägsta för den tiden på året sedan satellitrekordet började.
Det lägsta någonsin registrerade arktiska havsisområdet och volymen inträffade i september 2012. Och medan Schweiger tror att den långsiktiga trenden kommer att vara nedåtgående, han satsar inte på att det här året ska sätta ett nytt rekord.
"Tillståndet för havsisen just nu är redo för nya bottennivåer, men om det kommer att hända eller inte beror på vädret under de kommande två månaderna, " sa Schweiger.
