I oktober 2019, forskare fångade ett fartyg fyllt med utrustning i arktisk havsis med avsikten att driva runt Ishavet i ett helt år, samla in data om polarområdena och havsisflak. Dock, en ny studie visar att det finns en chans att expeditionen kan smälta ut månader innan årets slutmål.

Forskargruppen MOSAiC (Multidisciplinary drifting Observatory for the Study of Arctic Climate) gick igenom omfattande förberedelser och utbildning för expeditionen, inklusive analys av historiska förhållanden. Den nya forskningen visar, dock, att de arktiska förhållandena har förändrats så snabbt att det förflutna kanske inte längre är en vägledning för idag.

Forskare vid National Center for Atmospheric Research (NCAR) har använt en ensemble av flera klimatmodellkörningar för att simulera förhållanden längs potentiella rutter för polarexpeditionen, med hjälp av dagens förhållanden i "nya Arktis". Resultaten tyder på att tunnare havsis kan bära fartyget längre än vad som kan förväntas jämfört med historiska förhållanden och havsisen runt fartyget kan smälta tidigare än 12-månadersmålet. Av de 30 modellkörningar som analyserades i den nya studien, fem (17%) uppvisade smältning på mindre än ett år.

Forskningen, publiceras i tidskriften Kryosfären , finansierades av National Science Foundation, som är NCAR:s sponsor. Studiens medförfattare är från University of Colorado Boulder och skolans Cooperative Institute for Research in Environmental Sciences, samt Dartmouth College och University of Alaska Fairbanks.

Ensemblen med 30 modellkörningar använde nuvarande klimatförhållanden och återspeglade vidden av sätt som havsis kunde bildas, drift, och smälter i ett 2020-klimat. Studien inkluderade inte 2019 års isförhållanden och är inte en prognos för spåret som fartyget kommer att ta över sin årslånga expedition.

"Hela poängen med MOSAiC är att förstå det nya Arktis och hur saker och ting har förändrats under de senaste 10 åren, sa Alice DuVivier, en NCAR klimatforskare och huvudförfattare till den nya studien. "Den här modellen ger oss en förståelse för hur många driftmöjligheter expeditionen kan möta i den nya isregimen."

Forskare har samlat in data om arktisk havsisutbredning, som kan täcka miljontals kvadratkilometer på vintern, sedan 1979 när satelliter började fånga årliga förändringar i istäcket. "Förändringarna i det arktiska systemet är så otroligt snabba att även våra satellitobservationer från 15 år sedan skiljer sig från Arktis idag, "sa Marika Holland, NCAR-forskare och medförfattare till studien. "Nu finns det tunnare is, som rör sig snabbare, och det är mindre snötäcke. Det är en helt annan isregim."

Går med flaket

För att jämföra skillnaderna mellan "gamla Arktis" och "nya Arktis, "Forskarna skapade isflaksspår för expeditionens skepp, en tysk forskningsisbrytare kallad Polarstern, med hjälp av havsismodellen i den NCAR-baserade Community Earth System Model (CESM). Först, forskarna körde 28 modellspår baserade på historiska satellitdata om havsisförhållanden. Sedan jämförde de resultaten med 30 modellbanor under de unga, tunn, och mer säsongsbetonade arktiska isförhållanden som mer reflekterar de senaste förhållandena.

Under dessa "nya arktiska" förhållanden, isflaken rörde sig snabbare så deras vägar sträcker sig längre och varierade mer från varandra jämfört med "gamla arktiska" stigar, som inkluderar tjockare havsis och kortare, långsammare spår.

Mest anmärkningsvärt, studien visar att i det säsongsbetonade arktiska scenariot, 17% av de simulerade spåren visar Polarstern helt och hållet smälta ur isen, månader före mållinjen i oktober 2020. Modellen körs uppskattning 29 juli, 2020, som det tidigaste potentiella smältdatumet, betonar att dagens Arktis har en ökad risk för extrema händelser, såsom smältning. I kontrast, inget av spåren som kördes under historiska satellitdata visade ett utsmältningsscenario.

Medan resultaten ger ytterligare insikt om det potentiella resultatet av MOSAiC:s väg, modellkörningarna är inte en prognos för expeditionens spår, sa DuVivier, som presenterade studiens resultat för MOSAiC-teamet när de förberedde sig för kampanjen. Snarare, resultaten är ett sätt att utforska de många scenarier som ett fartyg potentiellt kan möta under resan i det nuvarande klimatet. "Modellering är ett sätt att utforska många världar, ", sa DuVivier. "Tidigare erfarenheter är inte alltid indikativa för vad som kommer att hända."

Vid expeditionens första fas, hösten 2019, forskarna hade redan stött på tunn is, efter att först ha kämpat för att hitta ett tillräckligt tjockt isflak för att förankra Polarstern, och uppleva stormar som har utmanat expeditionen. Enligt National Snow &Ice Data Center, den arktiska havsisen 2019 nådde det näst lägsta minimum i satellitrekordet, vilket innebär att expeditionen började under extremt låga isförhållanden.

Sedan dess, fartygets nuvarande spår har drivit längre än väntat. "Modelexperimenten från denna studie har jämförbara spår med vad Polarstern har upplevt de senaste månaderna, " sa DuVivier. "Vi gör ingen förutsägelse för expeditionen, men den typen av spår smälter ut tidigt i vår klimatmodell."

Tiden får utvisa vad Polarsterns ultimata spår och destination kommer att bli, men expeditionen kommer fortfarande att förse forskarna med en mängd data. Informationen kommer i slutändan att vara enormt fördelaktig för att förbättra klimatmodeller som CESM och hjälpa forskare att förstå förändringarna i Arktis som framtida polarexpeditioner kan fortsätta att observera.

"Det är därför vi behöver MOSAiC. Modeller kan informera den här typen av kampanjer och dessa kampanjer kommer att informera våra modeller, sa Holland, som har sitt eget projekt på MOSAiC-expeditionen, samlar in data om snö på havsis och uppvärmning av övre havet som påverkar havsisens tjocklek.

"Vi har inte gjort många nya observationer i denna nya regim, och detta kommer att vara grundläggande för vår framtida förståelse av Arktis, sa Holland.