I de store klimamodellene ligger sjøisen i nord som en hvit, seig honningklatt. Klimamodellenes sjøis beveger seg sakteflytende og mykt. Problemet er at isen i den virkelige verden ikke oppfører seg slik, den er snarere rigid og sprekker opp i lange linjer.
Så hvordan kan man få modellene til å representere isen litt mer realistisk?
Dette er noe Einar Ólason, forsker ved Nansensenteret og Bjerknessenteret for klimaforskning i Bergen, har jobbet med sammen med kollegaer helt siden 2014.
Sprekkene kan spores på satellittbilder, de er åpne i en dag eller to før de lukkes igjen. Selv om slike sprekker og åpninger i sjøisen er godt kjent, har ikke klimamodellene klart å gjenskape dem på en god måte. Gjennom arbeidet med ismodellen neXtSIM, har forskerne prøvd å løse problemet. Og i løpet av 2022, kom det tre publikasjoner fra Ólason et al, der modellene viser gode takter.
I videoen under forklarer Ólason hva som skjer når sjøisen sprekker opp.
Det er i sprekkene ting skjer
Først litt om hva som skjer i samspillet mellom luften, det relativt varme havet og isen midt i mellom.
– I det iskalde Arktis fungerer isen som et godt isolasjonsmateriale mot sjøvannet. Isen ligger som en barriere mellom luft som lett har en temperatur på -40, og havet under, som normalt har en temperatur på -2 grader. Temperaturkontrasten er nærmere førti grader, og der isen sprekker opp, begynner ting å skje, forklarer Ólason.
Sammenlignet med polarluften, er havoverflaten relativt varm. Når vannet møter luften, begynner vann å fordampe. Sjøvannet i overflaten er ganske ferskt, men når vannet gir fra seg vanndamp, blir det saltere. Saltere vann er tyngre og synker nedover i vannlagene. Slik forstyrres stabiliteten i vannsøylen, der man hadde et lag øverst med lett og ferskt vann like under isen. Også i den stabile, kalde luften over vannet forstyrres balansen. Stigende vanndamp skaper lokale værendringer.
Fransk reologi
Nå, i løpet av 2022, kunne Ólason og kollegaene endelig si at de har en modell som klarer å gjenskape virkelighetens is. Våren 2022 publiserte de en studie der de behandler isen ved hjelp av læren om hvordan faste materialer sprekker opp.
– Ideen kom fra Frankrike. I Grenoble finnes forskere som kan mye om reologi, som er læren om hvordan materialer beveger seg og sprekker opp. Berggrunnen er et eksempel. Den sprekker opp i lange linjer slik man kan se ved jordskjelv, sier han.
Ved å behandle sjøisen med teknikker fra bergmekanikk, har sjøismodellørene i Bergen nå klart å modellere sprekker som oppstår og lukker seg igjen på samme måte og ved samme hyppighet som observert via satellitter.
I denne videoen forteller Einar Ólason mer om hva som skjer når sjøis sprekker opp.
Vind er viktig
I en annen studie, ledet av Jonathan Rheinlænder ved Bjerknessenteret og Nansensenteret, ble den samme ismodellen brukt til å gjenskape en hendelse fra senvinteren i 2013. Fra midten av februar til midten av mars sprakk en stor isflate i Beauforthavet, nord for Alaska, opp.
Et sterkt høytrykk forårsaket vind som rev i isen og drev løs is ut gjennom Beringstredet. Fordi denne isen var dannet samme år, var den tynnere og derfor kunne lettere sprekke opp, enn eldre og tykkere is. I filmen under kan du se hvordan sprekkene spredte seg fra lengst vest i Beauforthavet og gjennom hele havområdet på noen uker.
Nå, når den tykke, flerårige sjøisen i Arktis i stor grad blir erstattet av tynnere ettårsis, blir den også svakere og mer utsatt for påvirkning av vind, slik man kan se i hendelsen fra Beauforthavet fra 2013 som vist i videoen under.
Kjenner man disse mekanismene i isen og også klarer å beskrive dem i modellen, kan man også klare å varsle slike hendelser. Målet er at modellen neXtSIM også kan brukes til å varsle sjøisens bevegelser for bedrifter som opererer i Barentshavet og i Arktis.
Den lange konteksten
Den tredje publikasjonen i rekken, handler om en videreutvikling av reologi i ismodellen, slik at den kan brukes på lange tidsskalaer, i en klimakontekst.
– Vi så at om vi kjører den opprinnelige modellen på mer enn ett år, da oppstod det nye problemer. Etter noen år var isen i modellen gradvis blitt bygd opp til å bli urealistisk tykk, sier Ólason.
I tillegg var modellen blitt for tung å kjøre på supercomputerne. I artikkelen «A New Brittle Rheology and Numerical Framework for Large-Scale Sea-Ice Models» lanserer Ólason og kollegaene en ny versjon av ismodellen, som løser begge disse problemene.
Hvordan isen oppfører seg i virkelighetens verden, har en del å si for skrugarder og råker, og ikke minst for hvordan den påvirker livet i og rundt isen. Dette er noe Ólason og kollegaene jobber sammen med forskere over hele landet, i det store forskningsprosjektet Arven etter Nansen. Neste skritt for videreutvikling av kunnskapen rundt isens bevegelser, blir å jobbe med med konsekvensene for biologien som er avhengige av råker og skrugarder i isen.
Referanser
Ólason, E., Rampal, P., & Dansereau, V. (2021). On the statistical properties of sea-ice lead fraction and heat fluxes in the Arctic. The Cryosphere, 15, 1053–1064. https://doi.org/10.5194/tc-15-1053-2021
Rheinlænder, J. W., Davy, R., Ólason, E., Rampal, P., Spensberger, C., Williams, T. D., et al. (2022). Driving mechanisms of an extreme winter sea ice breakup event in the Beaufort Sea. Geophysical Research Letters, 49, e2022GL099024. https://doi.org/10.1029/2022GL099024
Ólason, E., Boutin, G., Korosov, A., Rampal, P., Williams, T., Kimmritz, M., Dansereau. V., Samaké, A. (2022). A new brittle rheology and numerical framework for large-scale sea-ice models. Journal of Advances in Modeling Earth Systems, 14, e2021MS002685. https://doi.org/10.1029/2021MS002685
