A change is afoot – Un cambiamento è in corso

Dopo essere diminuito a un ritmo quasi medio per gran parte dell’estate, la perdita di ghiaccio marino dell’Artico si è accelerata all’inizio di agosto. L’estensione del ghiaccio marino antartico continua ad aumentare, ma a un ritmo insolitamente lento, aggravando i livelli di estensione record bassi osservati durante l’autunno e l’inverno australi.

Panoramica delle condizioni

La riduzione dell’estensione del ghiaccio marino artico durante la prima metà di agosto è stata più rapida della media (Figura 1a). Nel periodo dal 1 al 15 agosto 2023, l’estensione è diminuita a un tasso di 81.000 chilometri quadrati al giorno, rispetto alla media del periodo 1981-2010 di 69.000 chilometri quadrati al giorno. Al 15 agosto, l’estensione era di 5,74 milioni di chilometri quadrati (Figura 1b), 1,56 milioni di chilometri quadrati sotto la media del periodo 1981-2010 per quella data. L’estensione di metà agosto è la nona più bassa nel record satellitare di 45 anni.

A metà mese, l’estensione è vicina alla media sul lato atlantico dell’Artico, ma altrove è molto sotto la media, tranne una lingua di ghiaccio che si estende verso la costa nel Mar Siberiano Orientale, appena a ovest dell’Isola Wrangel. C’è anche una piccola area di ghiaccio vicino alla costa nella parte occidentale della Rotta del Mare del Nord vicino a Severnaya Zemlya nel Mare di Kara. Entrambe queste regioni di ghiaccio potrebbero sciogliersi nelle prossime settimane.

Il Passaggio a Nordovest sembra essere sul punto di diventare quasi privo di ghiaccio, in particolare la rotta meridionale, conosciuta come la rotta di Amundsen. La rotta settentrionale, attraverso il canale Parry relativamente ampio, è ancora bloccata dal ghiaccio, ma a una concentrazione relativamente bassa.

Altrove, una striscia di bassa concentrazione si estende nel pacchetto di ghiaccio a nord del Mare di Laptev (Figura 1c). Questo potrebbe rappresentare una risposta a un sistema di bassa pressione che si è spostato nella regione il 14 agosto. Anche se non particolarmente forte (994 millibar), tali tempeste tendono a causare un flusso divergente nel pacchetto di ghiaccio marino e ad aumentare l’azione delle onde che rompono il ghiaccio.

Figura 1a. Il grafico sopra mostra l’estensione del ghiaccio marino artico al 15 agosto 2023, insieme ai dati giornalieri sull’estensione del ghiaccio di quattro anni precedenti e dell’anno con il record minimo di estensione. Il 2023 è rappresentato in blu, il 2022 in verde, il 2021 in arancione, il 2020 in marrone, il 2019 in magenta e il 2012 in marrone tratteggiato. La mediana del periodo 1981-2010 è in grigio scuro. Le aree grigie intorno alla linea mediana mostrano gli intervalli interquartile e interdecile dei dati. Dati dell’Indice del Ghiaccio Marino.

Credit: National Snow and Ice Data Center

La mediana è un tipo di media che divide un insieme di dati in due parti uguali, ovvero metà dei dati si trova al di sotto della mediana e metà al di sopra. Nel contesto fornito, la mediana rappresenta la posizione “centrale” dell’estensione del ghiaccio marino per il periodo 1981-2010. È raffigurata nel grafico con una linea di colore grigio scuro.

Gli intervalli interquartile e interdecile sono misure di dispersione utilizzate per descrivere la variabilità dei dati:

1. Intervallo Interquartile (IIQ): È la differenza tra il terzo quartile (Q3) e il primo quartile (Q1) di un insieme di dati. Questo intervallo contiene la metà centrale dei dati, ovvero il 50% dei dati si trova all’interno di questo intervallo. In termini semplici, esclude il 25% dei dati più bassi e il 25% dei dati più alti. Nel grafico, l’IIQ è rappresentato da una delle aree grigie attorno alla linea mediana.
2. Intervallo Interdecile: Similmente all’IIQ, ma si riferisce alla differenza tra il decimo percentuale (D10) e il nonantesimo percentuale (D90) di un insieme di dati. Questo intervallo esclude il 10% dei dati più bassi e il 10% dei dati più alti. Nel grafico, l’intervallo interdecile potrebbe essere rappresentato da un’area grigia più esterna attorno alla linea mediana.

In pratica, queste aree grigie mostrano la variabilità o la dispersione dei dati sull’estensione del ghiaccio marino nel periodo 1981-2010. Ci dicono quanto l’estensione del ghiaccio in un dato giorno potrebbe tipicamente differire dalla mediana di quel giorno nel periodo di riferimento.

Figura 1b. L’estensione del ghiaccio marino artico al 15 agosto 2023 era di 5,74 milioni di chilometri quadrati (2,22 milioni di miglia quadrate). La linea arancione mostra l’estensione media del periodo 1981-2010 per quella data. Dati dell’Indice del Ghiaccio Marino Sea Ice Index  . Riguardo ai dati. About the data

Credit: National Snow and Ice Data Center

Figura 1c. Questa mappa mostra una fascia di bassa concentrazione all’interno dell’estensione del ghiaccio marino a nord del Mare di Laptev il 15 agosto 2023. I dati sulla concentrazione del ghiaccio marino provengono dalle immagini del Radiometro a Scansione Avanzata a Microonde 2 (AMSR2).

Credit: Università di Brema

Il Radiometro a Scansione Avanzata a Microonde 2 (AMSR2) è uno strumento satellitare utilizzato per la misurazione delle radiazioni a microonde emesse dalla superficie terrestre. Queste misurazioni a microonde sono particolarmente utili per vari scopi di monitoraggio e ricerca legati all’ambiente e alla meteorologia.

Ecco alcune caratteristiche e funzioni dell’AMSR2:

1. Origine e Piattaforma: L’AMSR2 è stato sviluppato dal Giappone ed è montato sul satellite GCOM-W1 (Global Change Observation Mission-Water 1) dell’Agenzia Spaziale Giapponese (JAXA). È il successore dell’AMSR originale.
2. Applicazioni: Grazie alla sua capacità di “vedere” attraverso le nuvole e in condizioni di oscurità, l’AMSR2 è particolarmente utile per:
   • Monitorare l’estensione e la concentrazione del ghiaccio marino.
   • Stimare le precipitazioni e la loro distribuzione.
   • Monitorare la temperatura superficiale degli oceani.
   • Valutare l’umidità del suolo.
   • E altre applicazioni idrologiche e meteorologiche.
3. Frequenze di Funzionamento: L’AMSR2 opera in diverse frequenze a microonde, il che gli permette di ottenere informazioni da diverse profondità della superficie e dell’atmosfera. Questa capacità multi-frequenza è essenziale per separare le informazioni provenienti da diverse sorgenti, come l’acqua di superficie, il ghiaccio e l’atmosfera.
4. Tecnologia di Scansione: Utilizza una tecnica di scansione coniforme, cioè scansisce la Terra in un movimento circolare, fornendo una copertura costante e ripetuta delle superfici monitorate.

L’AMSR2, quindi, è uno strumento fondamentale per gli scienziati che studiano i cambiamenti nel nostro ambiente, specialmente in aree come l’Artico, dove il cambiamento climatico ha effetti particolarmente evidenti e rapidi. La capacità di raccogliere dati in condizioni meteorologiche avverse o di oscurità lo rende prezioso per il monitoraggio continuo.

Condizioni nel contesto Nella prima metà di agosto, le condizioni delle temperature dell’aria al livello di 925 millibar (circa 760 metri sopra la superficie) hanno variato notevolmente in tutto l’Artico (Figura 2a). Le temperature erano inferiori alla media di 1 a 3 gradi Celsius (2 a 5 gradi Fahrenheit) sopra il Polo e a nord della Groenlandia, mentre le temperature erano superiori alla media nella maggior parte del resto dell’Oceano Artico. Le condizioni sul Mare di Barents sono state insolitamente calde durante le prime due settimane di agosto, con temperature fino a 8 gradi Celsius (14 gradi Fahrenheit) sopra la media. Le regioni del Mare di Beaufort e del Mare di Chukchi hanno registrato temperature superiori alla media di 1 a 6 gradi Celsius (2 a 11 gradi Fahrenheit).

Il modello di pressione a livello del mare durante la prima metà del mese ha mostrato una bassa pressione sopra il polo e alta pressione altrove (Figura 2b). Come già menzionato, un sistema di bassa pressione, un ciclone, si è spostato nell’area del Mare di Laptev il 14 agosto, ma la regione era ancora sotto alta pressione come media dal 1 al 14 agosto.

Figura 2a. Questo grafico mostra la deviazione dalla temperatura media dell’aria nell’Artico al livello di 925 hPa, in gradi Celsius, dal 1 al 14 agosto 2023. I colori gialli e rossi indicano temperature superiori alla media; i colori blu e viola indicano temperature inferiori alla media.

Credit: NSIDC con la cortesia del NOAA Earth System Research Laboratory Physical Sciences Laboratory

Credit: NSIDC con la cortesia del NOAA Earth System Research Laboratory Physical Sciences Laboratory

Figura 2b. Questo grafico mostra la pressione media a livello del mare nell’Artico in millibar dal 1 al 14 agosto 2023. I colori gialli e rossi indicano alta pressione atmosferica; i colori blu e viola indicano bassa pressione.

La pressione atmosferica a livello del mare (o pressione al livello del mare) ha un impatto diretto sul ghiaccio marino nell’Artico attraverso vari meccanismi:

1. Direzioni del vento: La disposizione e la forza dei sistemi ad alta e bassa pressione determinano la direzione e la forza dei venti. Questi venti possono spostare il ghiaccio marino, accumulandolo in alcune aree (portando alla formazione di ghiaccio spesso) o spargendolo in un’area più vasta (portando alla formazione di ghiaccio più sottile).
2. Temperature: Un sistema ad alta pressione tende a essere associato a cieli sereni e, nel contesto dell’Artico, può portare a temperature più fredde durante l’inverno e a un maggiore riscaldamento solare durante l’estate a causa della minore copertura nuvolosa. D’altra parte, un sistema a bassa pressione può portare nuvole e precipitazioni, che a loro volta possono influenzare la temperatura della superficie e il bilancio energetico.
3. Onde e mescolamento oceanico: La pressione atmosferica e i venti associati possono generare onde. Se il ghiaccio marino è sottile o ha molte fessure, le onde possono propagarsi attraverso il ghiaccio, rompendolo ulteriormente. Inoltre, i venti forti possono causare un mescolamento delle acque superficiali dell’oceano con acque più profonde e più calde, influenzando così il tasso di fusione del ghiaccio marino dal basso.
4. Trasporto di calore: Sistemi di bassa pressione possono trasportare aria più calda nelle regioni artiche, contribuendo al riscaldamento dell’atmosfera e influenzando la fusione del ghiaccio. Inversamente, sistemi ad alta pressione possono portare aria fredda, che può aiutare nella formazione del ghiaccio.

In sintesi, la pressione a livello del mare e i pattern atmosferici che essa rappresenta giocano un ruolo cruciale nel determinare le condizioni del ghiaccio marino, influenzandone la formazione, il movimento e la fusione. Le variazioni nella pressione a livello del mare possono, quindi, avere effetti significativi sulla copertura e sulla spessore del ghiaccio marino artico.

Estreme condizioni di ghiaccio nell’Oceano Meridionale persistono Livelli di estensione del ghiaccio marino antartico a record minimi hanno persistito e sono persino diventati più estremi. Dall’inizio di agosto, l’aumento dell’estensione ha iniziato a stabilizzarsi (Figura 3a). Condizioni altamente variabili sono tipiche dell’estensione del ghiaccio marino antartico vicino al massimo stagionale, ma la situazione attuale è chiaramente notevole. Sebbene ci saranno probabilmente ulteriori aumenti dell’estensione nella seconda metà del mese, è opportuno prestare particolare attenzione alla progressione della crescita o del ritiro del ghiaccio.

Il 15 agosto, l’estensione era di 15,12 milioni di chilometri quadrati (5,84 milioni di miglia quadrate) (Figura 3b), che è 2,54 milioni di chilometri quadrati (980.000 miglia quadrate) al di sotto dell’estensione media del periodo 1981-2010 per il 15 agosto. Ancora più notevole, l’estensione di quest’anno il 15 agosto era di 1,73 milioni di chilometri quadrati (670.000 miglia quadrate) al di sotto del precedente record minimo per la data, nel 1986. L’estensione del ghiaccio è particolarmente bassa nei settori del Mare di Ross e del Mar di Weddell orientale, ma si è in qualche modo ripresa nel Mar di Bellingshausen. Il Mar di Amundsen e il Mar di Bellingshausen occidentale sono ora leggermente sopra la media.

La bassa estensione del ghiaccio marino in Antartide può dipendere da una serie di fattori interconnessi, sia naturali che antropogenici. Ecco alcune delle possibili cause e influenze:

1. Cambiamenti Climatici: L’aumento delle temperature globali dovuto all’incremento dei gas serra può influenzare la dinamica del ghiaccio marino. In alcune regioni, l’acqua dell’oceano potrebbe riscaldarsi, riducendo la formazione e l’estensione del ghiaccio marino.
2. Variazioni Oceaniche: Cambiamenti nella circolazione oceanica potrebbero portare acque più calde nelle regioni superficiali dell’Oceano Meridionale, influenzando la formazione e la fusione del ghiaccio marino.
3. Precipitazioni: Un aumento delle precipitazioni, specialmente sotto forma di pioggia, può accelerare la fusione del ghiaccio marino. La pioggia può anche ridurre la salinità della superficie dell’acqua, influenzando la formazione del ghiaccio.
4. Venti: I cambiamenti nei modelli dei venti, come quelli associati all’Oscillazione Antartica, possono spostare il ghiaccio marino e influenzare la sua estensione e distribuzione.
5. Interazione con Ghiacciai e Piattaforme di Ghiaccio: La fusione accelerata delle piattaforme di ghiaccio e dei ghiacciai potrebbe influenzare l’estensione e la dinamica del ghiaccio marino.
6. Variazioni Naturali: L’estensione del ghiaccio marino può variare naturalmente da un anno all’altro a causa di fattori interni al sistema climatico.
7. Ozono: La riduzione dell’ozono sopra l’Antartide, che porta al noto “buco dell’ozono”, può influenzare la temperatura dell’atmosfera e, di conseguenza, la formazione e fusione del ghiaccio marino.

Va notato che mentre alcune regioni dell’Antartide hanno mostrato una diminuzione dell’estensione del ghiaccio marino, altre hanno mostrato un aumento. Questa complessità sottolinea l’importanza di considerare le influenze regionali e locali oltre ai fattori globali.

Infine, è fondamentale riconoscere che la scienza del ghiaccio marino antartico è complessa, e gli scienziati continuano a studiare e a cercare di comprendere le precise interazioni e cause dei cambiamenti osservati.

Figura 3a. Il grafico sopra mostra l’estensione del ghiaccio marino antartico al 15 agosto 2023, insieme ai dati giornalieri sull’estensione del ghiaccio per i quattro anni precedenti e l’anno del record massimo. Il 2023 è rappresentato in blu, il 2022 in verde, il 2021 in arancione, il 2020 in marrone, il 2019 in magenta e il 2014 in marrone tratteggiato. La mediana del periodo 1981-2010 è in grigio scuro. Le aree grigie intorno alla linea mediana mostrano gli intervalli interquartile e interdecile dei dati. Dati dell’Indice del Ghiaccio Marino.

Credit: National Snow and Ice Data Center (Centro Nazionale Dati su Neve e Ghiaccio)

Figura 3b. L’estensione del ghiaccio marino antartico al 15 agosto 2023 era di 15,12 milioni di chilometri quadrati (5,84 milioni di miglia quadrate). La linea arancione mostra l’estensione media del periodo 1981-2010 per quel giorno. Dati dell’Indice del Ghiaccio Marino  Sea Ice Index . Riguardo ai dati  About the data .

Credit: National Snow and Ice Data Center (Centro Nazionale Dati su Neve e Ghiaccio)

Inizio della fusione
L’inizio della fusione superficiale può essere un precursore potenziale delle condizioni del ghiaccio più avanti nella stagione di fusione. Quando inizia la fusione, la riflettività, nota come albedo, della superficie diminuisce, permettendo l’assorbimento di una maggiore quantità dell’energia solare. Ciò significa che c’è più energia disponibile per promuovere ulteriore fusione del ghiaccio e un maggiore potenziale per aree di ghiaccio marino di sciogliersi completamente entro la fine dell’estate. I dati sull’inizio della fusione si basano sul metodo di Markus et al. 2009, e sono stati forniti da Jeff Miller presso la NASA Goddard. Quest’anno, la fusione è iniziata da 10 a 20 giorni prima della media lungo i mari costieri intorno a quasi tutto l’Artico, mentre sopra l’Artico centrale, la fusione è iniziata da 10 a 20 giorni dopo rispetto alla media (Figura 4).

La “Figura 4” si riferisce a una mappa che mostra l’inizio della fusione del ghiaccio marino nell’Artico per l’anno 2023.

La mappa rappresenta le differenze tra le date di inizio della fusione nel 2023 e le date medie di inizio della fusione nel periodo di riferimento 1981-2010.

Nella mappa, i colori hanno un significato specifico:

• Rosso: Questo colore indica le aree dell’Artico dove la fusione del ghiaccio è iniziata prima rispetto alla media del periodo 1981-2010. In altre parole, in queste aree il ghiaccio ha iniziato a sciogliersi prima di quanto normalmente ci si aspetterebbe.
• Blu: Questo colore indica le aree dell’Artico dove la fusione del ghiaccio è iniziata dopo rispetto alla media del periodo 1981-2010. Questo significa che in queste aree il ghiaccio ha iniziato a sciogliersi più tardi del solito.

Crediti: Dati elaborati da Jeff Miller, NASA Goddard; immagine di Julienne Stroeve, NSIDC; dati basati su Markus et al. (2009).

In sintesi, questa mappa fornisce una visualizzazione spaziale di come l’inizio della fusione del ghiaccio marino nel 2023 si confronta con una media storica. Le differenze nel momento in cui inizia la fusione possono avere implicazioni per la durata e l’intensità della stagione di fusione e, di conseguenza, per l’estensione finale del ghiaccio marino alla fine dell’estate.

Baia di Hudson

Come in molti anni recenti, la Baia di Hudson ha mostrato una fusione anticipata rispetto alla data media del periodo 1981-2010, e c’è una tendenza verso un periodo estivo più lungo senza ghiaccio. Si è interessati a sapere quanto tempo la Baia di Hudson sarà priva di ghiaccio nella stagione futura. Uno studio recente di Alex Crawford e colleghi dell’Università del Manitoba evidenzia un problema comune in molti modelli climatici utilizzati per fare proiezioni future: i periodi senza ghiaccio sono troppo lunghi (Figura 5). In media, i modelli simulano un ritiro del ghiaccio marino di 19 giorni troppo presto in estate e un avanzamento di 9 giorni troppo tardi in autunno, il che significa che il modello medio simula un periodo privo di ghiaccio di circa un mese più lungo di quanto osservato dai satelliti. Tenendo conto dell’incertezza nelle osservazioni satellitari, il 73 percento (27 su 37) dei modelli sovrastima notevolmente il periodo senza ghiaccio. Questa performance è la peggiore per qualsiasi sub-regione artica.

Il principale colpevole è il modo in cui i modelli simulano l’atmosfera. I modelli che sovrastimano il periodo senza ghiaccio tendono a rappresentare condizioni eccessivamente calde sulla Baia di Hudson, specialmente da agosto a ottobre. Questo calore si ricollega ai venti che soffiano troppo spesso da sud e est. Il calore extra ritarda il congelamento autunnale, il che porta a un ghiaccio più sottile che si scioglie più facilmente in estate. Migliorando le componenti atmosferiche di questi modelli potrebbe migliorare la simulazione del ghiaccio marino della Baia di Hudson e fornire maggiore fiducia nelle proiezioni future.

Di seguito una spiegazione semplificata dei principali punti:

1. Tendenza attuale: Negli ultimi anni, il ghiaccio marino della Baia di Hudson ha iniziato a sciogliersi prima rispetto alla media storica (1981-2010). Questo indica un cambiamento nelle condizioni climatiche della zona.
2. Proiezioni future: Gli scienziati sono interessati a sapere quanto tempo, nei mesi estivi, la Baia di Hudson sarà priva di ghiaccio nei prossimi anni.
3. Problema dei modelli climatici: Molti dei modelli climatici attuali, utilizzati per prevedere il futuro del ghiaccio marino, non sono perfettamente accurati. In media, questi modelli predicono che il ghiaccio scompare troppo presto in estate e ritorna troppo tardi in autunno, rispetto a ciò che viene effettivamente osservato dai satelliti.
4. Causa dell’inaccuratezza: La principale ragione di queste previsioni errate sembra essere il modo in cui i modelli simulano l’atmosfera sopra la Baia di Hudson. Questi modelli tendono a prevedere temperature troppo elevate per la baia, in particolare tra agosto e ottobre. Queste temperature elevate sono collegate a venti che, secondo i modelli, soffiano troppo spesso da sud e est.
5. Conseguenze: Questo calore eccessivo previsto ritarda la formazione del ghiaccio in autunno. A sua volta, ciò porta a un ghiaccio più sottile all’inizio dell’inverno, che poi si scioglie più facilmente nella stagione calda successiva.
6. Soluzione proposta: Per avere previsioni più accurate sul futuro del ghiaccio marino nella Baia di Hudson, gli scienziati suggeriscono di migliorare la parte dei modelli che simula l’atmosfera. Ciò potrebbe offrire una rappresentazione più precisa delle condizioni climatiche e, di conseguenza, del comportamento del ghiaccio marino.

La figura 5 rappresenta la Baia di Hudson e il periodo senza ghiaccio (definito come un periodo in cui la concentrazione di ghiaccio marino è costantemente al di sotto del 15%). Di seguito la spiegazione:

Figure 5. La mappa sulla sinistra mostra il periodo medio senza ghiaccio della Baia di Hudson (dove la concentrazione di ghiaccio marino è costantemente inferiore al 15%) dal 1979 al 2013. Questo dato si basa sull’Algoritmo Bootstrap applicato alle rilevazioni satellitari a microonde passive. Il grafico sulla destra confronta i dati satellitari con 37 simulazioni storiche dei modelli climatici riguardo al periodo senza ghiaccio nella Baia di Hudson (1979-2013). Ogni modello è rappresentato da un singolo membro dell’insieme.

Credit: Alex Crawford, Università del Manitoba e Crawford, A. D. et al. 2023. Crawford, A. D. et al. 2023

Spiegazione: La mappa sulla sinistra fornisce una rappresentazione visiva del periodo medio senza ghiaccio nella Baia di Hudson nel periodo dal 1979 al 2013, basato su dati satellitari. Questo aiuta a fornire un’idea di come si sia comportato il ghiaccio marino in passato.

Il grafico sulla destra, invece, serve a confrontare le osservazioni reali (ottenute dai satelliti) con le previsioni fatte dai modelli climatici. Ogni modello ha una sua simulazione (o previsione) del comportamento del ghiaccio marino, e queste simulazioni sono rappresentate nel grafico. Se un modello è preciso, le sue simulazioni dovrebbero corrispondere alle osservazioni satellitari. Ma come indicato nel testo precedente, molti modelli tendono a sovrastimare il periodo senza ghiaccio nella Baia di Hudson.

References

Crawford, A. D., E. Rosenblum, J. V. Lukovich, and J. C. Stroeve. 2023. Sources of Seasonal Sea Ice Bias for CMIP6 Models in the Hudson Bay Complex. Annals of Glaciology, First View, 1-18, doi:10.1017/aog.2023.42.

Markus, T., J. C. Stroeve, and J. Miller. 2009. Recent changes in Arctic sea ice melt onset, freezeup, and melt season length. Journal Geophysical Research, 114, C12024, doi:10.1029/2009JC005436.