Inmiddels heb ik een "heroische" poging ondernomen om het stuk in "Physics Today" te vertalen. Het resultaat staat hieronder met mijn excuses voor de lange tekst. De referenties aan het einde van het artikel heb ik maar weggelaten. Ik kan niet instaan voor een foutloze vertaling, maar ik heb mijn best gedaan om zo dicht mogelijk bij de oorspronkelijke tekst te blijven. Vandaar de af en toe tenenkrommende formuleringen.
Zo. En nu ga ik in de zon zitten.
Paul
Satellite altimetry quantifies the alarming thinning of artic sea ice (door Mark Wilson)
De drijvende zeeijsbedekking op de Arctische Ocean groeit en krimpt met de seizoenen. De ijskap groeit in de herfst wanneer het aantal uren zonlicht kleiner wordt en het intens koud wordt. Wanneer de lange zomerdagen terugkeren, smelten de ijsstromen of worden ze door de wind en oceaanstromingen de Atlantische Oceaan ingedreven. Een kwart eeuw geleden varieerde de bedekking van 7 miljoen tot 16 miljoen vierkante kilometer tussen de late zomer en de maand maart van het volgende jaar.
Sinds 1978, toen satellieten routinematig het arctisch gebied gingen monitoren, is het gebied bedekt met eeuwigdurend ijs [“perennial”], dat wil zeggen ijs dat het zomerafsmelten overleeft, met bijna 10% per decade afgenomen, tenminste, tot 2007. In september van dat jaar stortte de zomerijsbedekking in tot een recordlage 4.2 miljoen vierkante kilometer, 23 % minder dan het vorige record van 2005. Alleen al het eeuwigdurende ijs dat in die twee jaren verloren ging, bedekte een oppervlak bijna zo groot als twee keer dat van de staat Texas.
De trend, zonder twijfel, weerspiegelt de respons van het Arctisch gebied op het opwarmen van het Aardse klimaat. En de recente versnelling is verontrustend. Het Arctisch gebied is in het bijzonder gevoelig dankzij de ijs-albedo feedback die hier aan het werk is. Bijvoorbeeld, een afname in ijsbedekking doet de absorptie van zonnestraling in de oceaan toenemen, verwarmt het water, verlengt het smelten, en reduceert de ijsbedekking nog meer. Zoals fig. 1 laat zien [noot: Fig. 1 in het artikel laat een huisje zien aan de kust van Alaska dat door kusterosie in zee is gevallen.] kan de impact van deze veranderingen op de menselijke bewoners van het Arctische gebied groot zijn.
Voor een rijker, meer kwantitatief beeld van hoe het pakijs reageert op het klimaat, is meer nodig dan details over het oppervlak: IJsdikte bepaalt de uitwisseling van warmte tussen de oceaan en de atmosfeer. Sinds 1950 heeft op onderzeeboten geïnstalleerde, naar boven kijkende sonar, data verschaft over ice-draft [noot: kon geen goed Nederlands woord vinden], het gedeelte van het zeeijs dat zich onder water bevindt (ruwweg 89%). Maar die gegevens [“data”] zijn voornamelijk anekdotisch, beperkt tot een-dimensionale dwarsdoorsnedes onder bepaalde gebieden van het Arctische ijs; sommige gegevens zijn zelfs nu nog geheim [“classified”]. Bovendien, de snelheid van de ijsstromingen, die snelheden van 40 km/dag kunnen bereiken, maakt het tricky om het dynamische Arctische gebied in de gaten te houden [“keep track of”].
De spaarzame metingen maakte dat onderzoekers zwaar leunden op numerieke modellen. Maar die modellen hebben hun eigen beperkingen: Simulaties alleen kunnen niet duidelijk maken of de afname in ijs-bedekking en –dikte vooral worden bepaald door thermodynamica, smelten en bevriezen door stralings- of thermische –flux, of door mechanische krachten, zoals veranderingen in ijscirculatie door wind en oceaan stress.
Onderzoekers moesten wachten tot 2003 op bassin-wijde schattingen van de ijsdikte, toen Seymour Laxton en collega’s van University College London, de eerste radar-altimetry data publiceerden, verkregen met behulp van de satellieten ERS-1 en ERS-2 van de Europese Ruimtevaart Organisatie. In januari van dat jaar lanceerde de NASA haar eigen satelliet, ICESat, ook ontworpen om de dikte van de polaire ijslagen te kunnen meten. Maar aan boord van ICESat is ook een lidar systeem waarvan de 70 m resolutie [“footprint”] een ordegrootte fijner is dan de vroegere radar, en die opereert met een orbitale inclinatie die een paar graden hoger is dan die van de ERS satellieten. De hogere inclinatie maakt het mogelijk om reflecties te meten van nog eens 2 miljoen vierkante kilometer extra.
Ronald Kwok (NASA’s Jet Propulsion Laboratory) en collega’s van NASA en de University of Washington hebben nu gepubliceerd wat misschien wel de meest nauwkeurige en uitgebreide set kaarten van het Arctisch bassin is tot nu toe, gebaseerd op 10 Lidar onderzoeken gedaan tussen 2003 en 2008. “De timing is perfect.” becommentarieert Hajo Eicken (University of Alaska Fairbanks), “omdat het een periode betreft waarin de ijsbedekking de laagste waarde in drie decades bereikte, waarbij velen van ons verwachten dat het een record minimum van de laatste honderd jaar of langer is.”
Gewapend met details met betrekking tot de sprongen en versnellingen in het volume, de massa en de warmtecapaciteit van het pakijs, kunnen theoretici hun modellen nauwkeurig afstemmen.
HET PRINCIPE VAN ARCHIMEDES
Het lidarssysteem van ICESat kan alleen straling waarnemen verstrooid van oppervlakken. Gelukkig kan het met een nauwkeurigheid van 2 cm hoogteverschillen tussen het zeeoppervlak en naburige ijsstromingen waarnemen. Na het meten van dat “freeboard” gedeelte [noot: volgens mij bedoelen ze hier het gedeelte dat boven water uitsteekt], aannemende dat er hydrostatisch evenwicht heerst, en wetende wat de dichtheid van ijs, sneeuw en zeewater zijn, konden Kwok en gezelschap de rest berekenen – hoeveel ijs er onder water moet liggen. Rekening houden met sneeuw en sneeuwverplaatsingen [“drifts”] was een grotere uitdaging. Teamleden gebruikten neerslagsnelheden berekend met behulp van meteorologische modellen en vonden dat ze de waarschijnlijke sneeuwbedekking goed genoeg konden schatten om daar ijsdikteschattingen uit te halen die consistent waren met die van onderzeeërs en vaste aanmeerplaatsen [“mooring sites”] onder het oppervlak.
Nog een complicatie is de heterogeniteit van het zeeijs in het Arctisch gebied. Als ijs ouder wordt, stroomt er pekel uit. Ouder, multi-jaar [“MY”] ijs dat meerdere smeltseizoenen heeft overleefd is veel zoeter dan seizoens, eenjarig ijs [“FY ice”]. De afname van het zoutgehalte, in werkelijkheid het opvullen van de pekel drainagekanalen met luchtbellen, maakt de reflectiviteit van oud ijs groter dan van eenjarig ijs, tenminste een derde reflectiever voor zonnestraling, aldus Eicken.
Dat verschil maakt de verschillende ijsklassen onderscheidbaar voor microgolf verstrooiingsexperimenten. Om in hun “dikte-data” onderscheid te kunnen maken tussen FY en MY componenten, hebben Kwok en gezelschap hun ICESat data samen met scatterometry [noot: iemand een suggestie voor een goed Nederlands woord hiervoor?] van een andere satelliet, bekend als QuickSat, verwerkt.
De resultaten, samengevat in figuur 2 [noot: dit betreft de figuur in mijn bericht hierboven], verklaren waarom het pakijs zo kwetsbaar is geworden voor klimaatveranderingen. In zijn algemeenheid is ouder ijs dikker dan jonger ijs en dient het als een isolerende buffer aan het einde van het smeltseizoen.In de jaren waarin de waarnemingen van ICESat hebben plaatsgevonden echter, is de ijsplaat dunner geworden met gemiddeld bijna 0.7 m, bijna alles afkomstig van de MY component.
Inderdaad, tussen 2004 en 2008 is de winter bedekking van het MY ijs 42% kleiner geworden, ofwel 1.5 miljoen vierkante kilometer. Gedurende dezelfde periode is de volumebijdrage van het MY ijs met 57% gesloken, zo veel dat FY ijs in 2008 voor het eerst het dominante type ijs werd. Gemiddeld is MY ijs het dikst (5-6m) vlakbij Ellesmere Island en de kust van Groenland en wordt steeds dunner richting het centrale Arctische gebied en de kust van Siberie.
CONSEQUENTIES
Dunner ijs aan het begin van het smeltseizoen leidt tot meer open water aan het einde ervan. De extra energie opgeslagen in de oceaan gedurende de zomermaanden wordt dan teruggegeven aan de atmosfeer als warmte in de herfst. Volgens James Overland van het National Oceanic and Atmospheric Administration, kunnen de luchttemperaturen boven die ijsvrije gebieden 5-6 graden celcius hoger zijn dan boven de bedekte gebieden. Stijging van de warme lucht in de troposfeer kan regionale atmosferische drukvlakken doen “kantelen” [“tilt”] en windpatronen veranderen. Inderdaad, van de voortdurende [“persistent”] zuidelijke winden die ontstonden in de zomer van 2007 tussen hoge druk boven de Beaufort zee ten noorden van Alaska en lage druk over Oost Siberie, wordt gedacht dat zij verantwoordelijk waren voor de circulatie van warme winden die leiden tot excessieve afsmelt en de export van ijs weg van de Siberische kust dat jaar.
De invloed van recente warme jaren en door de wind voortgedreven zeeijs , zo beargumenteert Overland, heeft het Arctische ijs zo dun gemaakt dat natuurlijke klimaat variabiliteit het ijs-albedo feedback proces in een hogere versnelling zou kunnen brengen.
Zich baserend op modellen die het ijs, de oceaan en de atmosfeer koppelen, voorspelt hij het verlies van het meeste zomerijs binnen de komende 30 jaar. “Het omkeren van de huidige trend zou meerder koude winters op rij vergen, wat niet waarschijnlijk is [“which is probably not in the cards”]. We nemen deel aan een enkele reis.”
Het Arctisch gebied is al aan het transformeren: De vorige zomer [noot: ik weet niet of hij de zomer van 2008 of 2009 bedoelt] was de tweede op rij waarin de Noordwest Passage te bevaren was door de Canadese Archipel; visserijplaatsen van noord Noorwegen tot de Beringzee breiden zich verder naar het noorden uit; dieren verliezen hun habitat en het terugtrekken van ijs van de kustlijnen versterkt de erosie.
Misschien het meest intrigerend, en onzeker, is de rol die de oceaanwateren spelen in het smelten van het Arctische ijs. Beladen [“dense”] met zout en genoeg warmte dragend om de hele ijskap te smelten, komt de Atlantische oceaan het Arctische gebied binnen zo’n 250 m onder het oppervlak, slechts gescheiden door een laag kouder, minder zout water.
Zo. En nu ga ik in de zon zitten.
Paul
Satellite altimetry quantifies the alarming thinning of artic sea ice (door Mark Wilson)
De drijvende zeeijsbedekking op de Arctische Ocean groeit en krimpt met de seizoenen. De ijskap groeit in de herfst wanneer het aantal uren zonlicht kleiner wordt en het intens koud wordt. Wanneer de lange zomerdagen terugkeren, smelten de ijsstromen of worden ze door de wind en oceaanstromingen de Atlantische Oceaan ingedreven. Een kwart eeuw geleden varieerde de bedekking van 7 miljoen tot 16 miljoen vierkante kilometer tussen de late zomer en de maand maart van het volgende jaar.
Sinds 1978, toen satellieten routinematig het arctisch gebied gingen monitoren, is het gebied bedekt met eeuwigdurend ijs [“perennial”], dat wil zeggen ijs dat het zomerafsmelten overleeft, met bijna 10% per decade afgenomen, tenminste, tot 2007. In september van dat jaar stortte de zomerijsbedekking in tot een recordlage 4.2 miljoen vierkante kilometer, 23 % minder dan het vorige record van 2005. Alleen al het eeuwigdurende ijs dat in die twee jaren verloren ging, bedekte een oppervlak bijna zo groot als twee keer dat van de staat Texas.
De trend, zonder twijfel, weerspiegelt de respons van het Arctisch gebied op het opwarmen van het Aardse klimaat. En de recente versnelling is verontrustend. Het Arctisch gebied is in het bijzonder gevoelig dankzij de ijs-albedo feedback die hier aan het werk is. Bijvoorbeeld, een afname in ijsbedekking doet de absorptie van zonnestraling in de oceaan toenemen, verwarmt het water, verlengt het smelten, en reduceert de ijsbedekking nog meer. Zoals fig. 1 laat zien [noot: Fig. 1 in het artikel laat een huisje zien aan de kust van Alaska dat door kusterosie in zee is gevallen.] kan de impact van deze veranderingen op de menselijke bewoners van het Arctische gebied groot zijn.
Voor een rijker, meer kwantitatief beeld van hoe het pakijs reageert op het klimaat, is meer nodig dan details over het oppervlak: IJsdikte bepaalt de uitwisseling van warmte tussen de oceaan en de atmosfeer. Sinds 1950 heeft op onderzeeboten geïnstalleerde, naar boven kijkende sonar, data verschaft over ice-draft [noot: kon geen goed Nederlands woord vinden], het gedeelte van het zeeijs dat zich onder water bevindt (ruwweg 89%). Maar die gegevens [“data”] zijn voornamelijk anekdotisch, beperkt tot een-dimensionale dwarsdoorsnedes onder bepaalde gebieden van het Arctische ijs; sommige gegevens zijn zelfs nu nog geheim [“classified”]. Bovendien, de snelheid van de ijsstromingen, die snelheden van 40 km/dag kunnen bereiken, maakt het tricky om het dynamische Arctische gebied in de gaten te houden [“keep track of”].
De spaarzame metingen maakte dat onderzoekers zwaar leunden op numerieke modellen. Maar die modellen hebben hun eigen beperkingen: Simulaties alleen kunnen niet duidelijk maken of de afname in ijs-bedekking en –dikte vooral worden bepaald door thermodynamica, smelten en bevriezen door stralings- of thermische –flux, of door mechanische krachten, zoals veranderingen in ijscirculatie door wind en oceaan stress.
Onderzoekers moesten wachten tot 2003 op bassin-wijde schattingen van de ijsdikte, toen Seymour Laxton en collega’s van University College London, de eerste radar-altimetry data publiceerden, verkregen met behulp van de satellieten ERS-1 en ERS-2 van de Europese Ruimtevaart Organisatie. In januari van dat jaar lanceerde de NASA haar eigen satelliet, ICESat, ook ontworpen om de dikte van de polaire ijslagen te kunnen meten. Maar aan boord van ICESat is ook een lidar systeem waarvan de 70 m resolutie [“footprint”] een ordegrootte fijner is dan de vroegere radar, en die opereert met een orbitale inclinatie die een paar graden hoger is dan die van de ERS satellieten. De hogere inclinatie maakt het mogelijk om reflecties te meten van nog eens 2 miljoen vierkante kilometer extra.
Ronald Kwok (NASA’s Jet Propulsion Laboratory) en collega’s van NASA en de University of Washington hebben nu gepubliceerd wat misschien wel de meest nauwkeurige en uitgebreide set kaarten van het Arctisch bassin is tot nu toe, gebaseerd op 10 Lidar onderzoeken gedaan tussen 2003 en 2008. “De timing is perfect.” becommentarieert Hajo Eicken (University of Alaska Fairbanks), “omdat het een periode betreft waarin de ijsbedekking de laagste waarde in drie decades bereikte, waarbij velen van ons verwachten dat het een record minimum van de laatste honderd jaar of langer is.”
Gewapend met details met betrekking tot de sprongen en versnellingen in het volume, de massa en de warmtecapaciteit van het pakijs, kunnen theoretici hun modellen nauwkeurig afstemmen.
HET PRINCIPE VAN ARCHIMEDES
Het lidarssysteem van ICESat kan alleen straling waarnemen verstrooid van oppervlakken. Gelukkig kan het met een nauwkeurigheid van 2 cm hoogteverschillen tussen het zeeoppervlak en naburige ijsstromingen waarnemen. Na het meten van dat “freeboard” gedeelte [noot: volgens mij bedoelen ze hier het gedeelte dat boven water uitsteekt], aannemende dat er hydrostatisch evenwicht heerst, en wetende wat de dichtheid van ijs, sneeuw en zeewater zijn, konden Kwok en gezelschap de rest berekenen – hoeveel ijs er onder water moet liggen. Rekening houden met sneeuw en sneeuwverplaatsingen [“drifts”] was een grotere uitdaging. Teamleden gebruikten neerslagsnelheden berekend met behulp van meteorologische modellen en vonden dat ze de waarschijnlijke sneeuwbedekking goed genoeg konden schatten om daar ijsdikteschattingen uit te halen die consistent waren met die van onderzeeërs en vaste aanmeerplaatsen [“mooring sites”] onder het oppervlak.
Nog een complicatie is de heterogeniteit van het zeeijs in het Arctisch gebied. Als ijs ouder wordt, stroomt er pekel uit. Ouder, multi-jaar [“MY”] ijs dat meerdere smeltseizoenen heeft overleefd is veel zoeter dan seizoens, eenjarig ijs [“FY ice”]. De afname van het zoutgehalte, in werkelijkheid het opvullen van de pekel drainagekanalen met luchtbellen, maakt de reflectiviteit van oud ijs groter dan van eenjarig ijs, tenminste een derde reflectiever voor zonnestraling, aldus Eicken.
Dat verschil maakt de verschillende ijsklassen onderscheidbaar voor microgolf verstrooiingsexperimenten. Om in hun “dikte-data” onderscheid te kunnen maken tussen FY en MY componenten, hebben Kwok en gezelschap hun ICESat data samen met scatterometry [noot: iemand een suggestie voor een goed Nederlands woord hiervoor?] van een andere satelliet, bekend als QuickSat, verwerkt.
De resultaten, samengevat in figuur 2 [noot: dit betreft de figuur in mijn bericht hierboven], verklaren waarom het pakijs zo kwetsbaar is geworden voor klimaatveranderingen. In zijn algemeenheid is ouder ijs dikker dan jonger ijs en dient het als een isolerende buffer aan het einde van het smeltseizoen.In de jaren waarin de waarnemingen van ICESat hebben plaatsgevonden echter, is de ijsplaat dunner geworden met gemiddeld bijna 0.7 m, bijna alles afkomstig van de MY component.
Inderdaad, tussen 2004 en 2008 is de winter bedekking van het MY ijs 42% kleiner geworden, ofwel 1.5 miljoen vierkante kilometer. Gedurende dezelfde periode is de volumebijdrage van het MY ijs met 57% gesloken, zo veel dat FY ijs in 2008 voor het eerst het dominante type ijs werd. Gemiddeld is MY ijs het dikst (5-6m) vlakbij Ellesmere Island en de kust van Groenland en wordt steeds dunner richting het centrale Arctische gebied en de kust van Siberie.
CONSEQUENTIES
Dunner ijs aan het begin van het smeltseizoen leidt tot meer open water aan het einde ervan. De extra energie opgeslagen in de oceaan gedurende de zomermaanden wordt dan teruggegeven aan de atmosfeer als warmte in de herfst. Volgens James Overland van het National Oceanic and Atmospheric Administration, kunnen de luchttemperaturen boven die ijsvrije gebieden 5-6 graden celcius hoger zijn dan boven de bedekte gebieden. Stijging van de warme lucht in de troposfeer kan regionale atmosferische drukvlakken doen “kantelen” [“tilt”] en windpatronen veranderen. Inderdaad, van de voortdurende [“persistent”] zuidelijke winden die ontstonden in de zomer van 2007 tussen hoge druk boven de Beaufort zee ten noorden van Alaska en lage druk over Oost Siberie, wordt gedacht dat zij verantwoordelijk waren voor de circulatie van warme winden die leiden tot excessieve afsmelt en de export van ijs weg van de Siberische kust dat jaar.
De invloed van recente warme jaren en door de wind voortgedreven zeeijs , zo beargumenteert Overland, heeft het Arctische ijs zo dun gemaakt dat natuurlijke klimaat variabiliteit het ijs-albedo feedback proces in een hogere versnelling zou kunnen brengen.
Zich baserend op modellen die het ijs, de oceaan en de atmosfeer koppelen, voorspelt hij het verlies van het meeste zomerijs binnen de komende 30 jaar. “Het omkeren van de huidige trend zou meerder koude winters op rij vergen, wat niet waarschijnlijk is [“which is probably not in the cards”]. We nemen deel aan een enkele reis.”
Het Arctisch gebied is al aan het transformeren: De vorige zomer [noot: ik weet niet of hij de zomer van 2008 of 2009 bedoelt] was de tweede op rij waarin de Noordwest Passage te bevaren was door de Canadese Archipel; visserijplaatsen van noord Noorwegen tot de Beringzee breiden zich verder naar het noorden uit; dieren verliezen hun habitat en het terugtrekken van ijs van de kustlijnen versterkt de erosie.
Misschien het meest intrigerend, en onzeker, is de rol die de oceaanwateren spelen in het smelten van het Arctische ijs. Beladen [“dense”] met zout en genoeg warmte dragend om de hele ijskap te smelten, komt de Atlantische oceaan het Arctische gebied binnen zo’n 250 m onder het oppervlak, slechts gescheiden door een laag kouder, minder zout water.
Bericht laatst bijgewerkt: 27-09-2009 16:42
Lijkt me een