Condizioni del Ghiaccio Pluriennale nel Passaggio a Nord-Ovest: 1968-2020 Stephen E.L. Howell1,*, David G. Babb 2, Jack C. Landy3, e Mike Brady1 1Divisione per la Ricerca Climatica, Ambiente e Cambiamento Climatico Canada, Toronto, Canada 2Centro per la Scienza dell’Osservazione della Terra, Università del Manitoba, Winnipeg, Canada 3Dipartimento di Fisica e Tecnologia, Università Artica della Norvegia, Tromsø, Norvegia [Manoscritto originale ricevuto il 25 marzo 2022; accettato il 4 ottobre 2022]

RIASSUNTO Il Passaggio a Nord-Ovest è frequentemente citato come il “Santo Graal” della navigazione marittima, offrendo un itinerario più breve tra gli oceani Atlantico e Pacifico rispetto ad alternative come la Rotta del Mare del Nord, il Canale di Panama, il Canale di Suez e il transito attorno a Capo Horn. Questo studio sintetizza oltre cinque decadi di dati osservativi sul ghiaccio pluriennale (MYI) dal 1968 al 2020, aggiornando ricerche precedenti che coprivano il periodo fino al 2006. Le analisi rivelano che, in media, le anomalie dell’area di MYI durante la stagione di navigazione hanno mostrato un incremento del 28% nel periodo 1968-2006, mentre si è registrata una riduzione del 33% dal 2007 al 2020, rispetto alla climatologia standard del periodo 1991-2020. In particolare, la frequenza di anomalie negative dell’area di MYI tra il 2007 e il 2020 è stata la più elevata registrata nel corso dell’intero periodo di studio. Tra i dati salienti, nei ultimi 14 anni, 13 hanno evidenziato anomalie negative nel Mare di Beaufort, nella regione di Franklin e nel corridoio artico occidentale; 10 anni su 14 hanno mostrato risultati simili nel Canale Occidentale di Parry e nelle Isole della Regina Elisabetta; 9 anni su 14 nel Canale di M’Clintock. Nonostante significative e frequenti anomalie negative di MYI dal 2007 al 2020, il recupero del MYI da ghiaccio di primo anno (FYI) e l’importazione dinamica di MYI hanno continuato, seppur con una riduzione rispettivamente del 47% e del 22% rispetto al periodo 1968-2006. Il nostro studio dimostra che dal 2007 al 2020 il recupero dinamico di MYI si è attenuato a causa del prevalente flusso di MYI dall’Oceano Artico verso l’Artico canadese attraverso le aperture ristrette delle Isole della Regina Elisabetta piuttosto che dal Mare di Beaufort attraverso lo Stretto di M’Clure, e l’invecchiamento del FYI è diminuito a causa di cambiamenti recenti nelle forze termodinamiche che hanno incrementato la fusione del ghiaccio. In conclusione, i nostri risultati riaffermano la probabilità di incremento degli anni con bassa presenza di MYI nel Passaggio a Nord-Ovest man mano che l’Artico si riscalda, ma il recupero di MYI continuerà a rappresentare un rischio significativo per la navigazione nel futuro prevedibile.

1 Introduzione

Nel corso degli ultimi decenni, il ghiaccio marino artico ha subito un declino significativo in termini di estensione (Comiso, 2012; Meier et al., 2014), spessore (Kacimi & Kwok, 2022; Kwok, 2018) e età (Tschudi et al., 2020). Le proiezioni dei modelli climatici più avanzati anticipano ulteriori riduzioni del ghiaccio marino, prevedendo la possibilità di un Artico privo di ghiaccio nei mesi estivi entro il 2050 (Notz & SIMIP Community, 2020). Diverse analisi basate su queste proiezioni suggeriscono che la navigabilità dell’Artico durante l’estate potrebbe migliorare notevolmente con la sostituzione del ghiaccio marino estivo da parte di estese aree di acque libere (Crawford et al., 2021; Melia et al., 2016; Mudryk et al., 2021; Smith & Stephenson, 2013; Wei et al., 2020). La navigazione attraverso l’Artico, sfruttando il Passaggio a Nord-Ovest e la Rotta del Mare del Nord, offre percorsi più brevi tra gli oceani Pacifico e Atlantico rispetto ai transiti attraverso i canali di Panama e Suez o il giro di Capo Horn.

Il Passaggio a Nord-Ovest è spesso descritto come il “Santo Graal” della navigazione, con rotte potenzialmente praticabili all’interno dell’Artico canadese (Fig. 1). L’incremento del traffico navale in queste aree (Dawson et al., 2018; Pizzolato et al., 2016) è evidenziato da episodi come i due transiti riusciti del transatlantico di lusso Crystal Serenity attraverso la rotta meridionale del passaggio nel 2017 e 2018. La navigazione nel Passaggio a Nord-Ovest rappresenta una sfida particolare nelle regioni artiche occidentali canadesi (Fig. 1), a causa della prevalenza di ghiaccio pluriennale (MYI), il quale è notevolmente più spesso e resistente rispetto al ghiaccio stagionale. Tale ghiaccio tende a persistere anche durante la stagione di fusione estiva, costituendo un rischio significativo per la navigazione durante il picco della stagione di spedizione, in estate e all’inizio dell’autunno. Recenti osservazioni confermano che il MYI rimane relativamente spesso nelle regioni artiche occidentali canadesi del Passaggio a Nord-Ovest (Babb et al., 2020; Haas & Howell, 2015; Kwok, 2018). In aggiunta, le proiezioni dei modelli climatici indicano che il MYI continuerà a essere presente in molte aree dell’Artico canadese, anche quando vasti tratti dell’Oceano Artico saranno privi di ghiaccio marino durante i mesi estivi (Laliberté et al., 2015; Mudryk et al., 2021).

Quest’analisi si basa e estende uno studio precedente di Howell et al. (2008), che ha esaminato le condizioni di MYI nelle regioni artiche occidentali canadesi del Passaggio a Nord-Ovest dal 1968 al 2006.

Risultati chiave e aggiornamenti recenti

Il risultato principale dello studio di Howell et al. (2008) evidenziava che, fino al 2006, il riscaldamento globale non aveva ancora determinato una significativa riduzione delle condizioni di ghiaccio pluriennale (MYI) nelle regioni esaminate del Passaggio a Nord-Ovest. Il mantenimento del MYI in queste aree è risultato dalla combinazione di due fenomeni: l’invecchiamento del ghiaccio di primo anno (FYI) che si trasforma in MYI e l’importazione di MYI dall’Oceano Artico. In particolare, è stato osservato che il MYI, proveniente da queste fonti, tende a scorrere verso sud attraverso le regioni dell’Artico canadese occidentale durante la stagione di fusione, accumulandosi significativamente nelle regioni del canale di M’Clintock e di Franklin. Questo processo, descritto come un meccanismo di “trappola di drenaggio”, contribuisce a mantenere elevate concentrazioni di MYI nel Passaggio a Nord-Ovest.

Dall’ultimo studio nel 2008, le condizioni del ghiaccio marino pan-artico hanno subito trasformazioni notevoli. In particolare, i record satellitari degli ultimi 14 anni mostrano le estensioni minime settembrine di ghiaccio marino più basse in 43 anni di osservazioni passive a microonde (NSIDC, 2020). Il Mare di Beaufort ha registrato periodi estivi quasi privi di ghiaccio per la prima volta nel 2012 e nuovamente nel 2016 (Babb et al., 2016; Babb et al., 2019). Analogamente, la rotta settentrionale del Passaggio a Nord-Ovest è stata quasi completamente libera da ghiaccio per la prima volta nell’era satellitare nel 2007, con condizioni ancora più ridotte di ghiaccio nel 2011 (Howell et al., 2009; Howell, Wohlleben, Komarov, et al., 2013). Inoltre, sono state osservate formazioni di polynie in regioni che tradizionalmente ospitano il ghiaccio marino più vecchio e spesso dell’Artico (Ludwig et al., 2019; Moore et al., 2018; Moore et al., 2021).

Alla luce di questi cambiamenti significativi e recenti, il presente studio si propone di aggiornare le analisi precedenti, estendendo il periodo di osservazione dal 1968 al 2020. Specificatamente, per le regioni dell’Artico canadese occidentale che comprendono il Passaggio a Nord-Ovest, discutiamo la variabilità del MYI confrontando i periodi 1968–2006 con 2007–2020 e analizziamo i cambiamenti recenti nei processi dinamici e termodinamici che influenzano la concentrazione di MYI lungo il Passaggio.

Figura 1: Regioni del Passaggio a Nord-Ovest nell’Artico Canadese Occidentale

La figura illustra una mappa dettagliata delle diverse regioni geografiche all’interno del Passaggio a Nord-Ovest, localizzate nell’Artico canadese occidentale. La mappa utilizza una varietà di colori per identificare specifiche aree geografiche, ciascuna delle quali è associata a una particolare caratteristica marittima o topografica rilevante per gli studi sulle condizioni del ghiaccio pluriennale. Di seguito sono riportate le principali caratteristiche raffigurate nella mappa:

  • Colori Regionali: Ogni colore corrisponde a una regione distinta all’interno del Passaggio a Nord-Ovest. La legenda sulla mappa identifica queste regioni come Mare di Beaufort (verde chiaro), Franklin (blu), Corridoio Occidentale Artico (giallo), e altre aree chiave.
  • Profondità Oceanica: Le tonalità di blu più scure sul lato sinistro della mappa indicano la profondità dell’oceano, che raggiunge i 5600 metri, come specificato nella scala delle profondità.
  • Elementi Geografici Principali:
    • Isole della Regina Elisabetta (colorate in arancione): Queste isole formano una vasta porzione dell’arcipelago settentrionale canadese.
    • Banks Island e Victoria Island: Due significative masse terrestri nell’Artico canadese.
    • Stretto di M’Clure e Canale di Byam Martin: Passaggi d’acqua cruciali per il transito marittimo.
  • Importanza Navigazionale: Il Passaggio a Nord-Ovest è una via navigabile complessa, caratterizzata da diverse vie d’acqua e aree che vengono indicate con precisione sulla mappa per assistere nella navigazione e nelle ricerche marittime relative al ghiaccio.

La mappa serve come strumento essenziale per comprendere la disposizione e l’interazione delle diverse entità geografiche all’interno del Passaggio a Nord-Ovest, facilitando così lo studio delle dinamiche del ghiaccio marino e delle sue implicazioni per la navigazione nell’Artico canadese.

Tabella 1: Informazioni sulle fonti per sei periodi storici rilevanti nella storia del Canadian Ice Service rispetto alla preparazione delle carte del ghiaccio

  • 1968–1974: In questo periodo iniziale, i dati satellitari forniti da NOAA VHR erano disponibili solo irregolarmente. L’osservazione del ghiaccio marino si affidava principalmente a intensivi sopralluoghi aerei e marittimi nelle aree di spedizione.
  • 1975–1977: Si nota un aumento nella disponibilità di immagini satellitari quasi in tempo reale attraverso il NOAA VHR e il Landsat MSS. Le osservazioni, sia aeree che marittime, erano particolarmente concentrate nelle zone di traffico navale.
  • 1978–1982: La disponibilità di dati satellitari migliorò ulteriormente con l’introduzione di strumenti come NOAA AVHRR, Landsat e Nimbus-7 SMMR. Questo periodo vide l’integrazione di osservazioni radar SLAR (Side-Looking Airborne Radar) a supporto delle consuete osservazioni aeree e marittime.
  • 1983–1990: Durante questi anni, la raccolta di dati satellitari quasi in tempo reale continuava a essere supportata da piattaforme come Landsat MSS/TM e Nimbus-7 SMMR, con un utilizzo operativo limitato di SSM/I. Le tecniche di osservazione comprendevano il radar SLAR oltre a tradizionali osservazioni visive aeree.
  • 1991–1995: Questo quinquennio segnò l’introduzione di nuove tecnologie come il satellite ERS-1 e un’espansione nell’uso del radar ad apertura sintetica (SAR), oltre al continuo uso del SLAR. Le osservazioni intensive continuavano a dominare le aree di spedizione.
  • 1996–2005: L’ultimo periodo documentato mostra l’utilizzo di dati satellitari quasi in tempo reale provenienti da NOAA AVHRR e RADARSAT-1, con un impiego operativo limitato di ERS-2. Le osservazioni, sia aeree che marittime, rimanevano intense, con l’uso di tecnologie radar avanzate come SAR e SLAR.

Questo schema cronologico evidenzia l’evoluzione tecnologica nel campo del monitoraggio del ghiaccio marino, mostrando un progressivo miglioramento nella qualità e nella frequenza delle osservazioni, fondamentale per la sicurezza della navigazione e per l’accuratezza delle carte del ghiaccio.

2. Dati e Metodi

Per questo studio, abbiamo impiegato dati sul ghiaccio marino provenienti dall’Archivio Digitale del Servizio Canadese del Ghiaccio (CISDA). Quest’archivio consiste in una raccolta di carte settimanali del ghiaccio generate dal Servizio Canadese del Ghiaccio (CIS) dal 1968 al 2020. Le carte settimanali del CIS integrano tutte le informazioni disponibili sul ghiaccio marino da diverse fonti, avvalendosi primariamente dei dati radar ad apertura sintetica (SAR) forniti dai satelliti RADARSAT-1 (1996-2007), RADARSAT-2 (2008-2020) e dalla Missione Costellazione RADARSAT (dal 2020 in poi). Queste carte dettagliano le concentrazioni parziali di diversi tipi di ghiaccio marino, come il ghiaccio di primo anno (FYI) e il ghiaccio pluriennale (MYI), nonché i diversi stadi di sviluppo del ghiaccio e la distribuzione dimensionale dei banchi di ghiaccio. Una descrizione esaustiva del CISDA è disponibile in Tivy et al. (2011), e i dati sono accessibili pubblicamente al seguente indirizzo: https://iceweb1.cis.ec.gc.ca/Archive/page1.xhtml?lang=en.

Un punto di attenzione nell’utilizzo del CISDA per quantificare la variabilità e i cambiamenti a lungo termine del ghiaccio marino è che le fonti informative utilizzate nella preparazione delle carte del ghiaccio sono mutate nel tempo, come documentato nella Serie di Documentazione dell’Archivio del Servizio Canadese del Ghiaccio (2007a). Il CIS ha identificato sei periodi temporali significativi nella storia della preparazione delle carte del ghiaccio del CIS (Tabella 1). In risposta, è stato sviluppato un indice di qualità per le regioni dell’Artico canadese per quantificare i cambiamenti tecnologici avvenuti durante questi periodi, descritto in dettaglio nella documentazione del CIS (2007b). L’indice di qualità per le regioni analizzate in questo studio è riportato nella Tabella 2, variando da 0 (scadente) a 5 (eccellente), con 3 considerato medio. Dal 2005, nonostante non sia stato identificato un nuovo periodo, la disponibilità di ulteriori piattaforme satellitari (es. RADARSAT-2, Sentinel-1 e la Missione Costellazione RADARSAT) suggerisce che la qualità dei dati potrebbe essere simile, se non superiore, a quella registrata nel periodo 1996−2005.

Un’analisi della Tabella 2 rivela un noto bias del CISDA, per cui la concentrazione di MYI è stata sovrastimata nei periodi antecedenti, in particolare nelle Isole della Regina Elisabetta, dove gli analisti delle carte del ghiaccio presumevano che qualsiasi ghiaccio presente fosse MYI (Tivy et al., 2011). Di conseguenza, le stime di MYI nell’Artico canadese prima della disponibilità dei dati satellitari in tempo reale potrebbero risultare eccessivamente alte. Tivy et al. (2011) hanno condotto un confronto approfondito con set di dati esistenti e non hanno rilevato variazioni temporali nella base di dati MYI durante la stagione di navigazione di 17 settimane, anche dopo il passaggio all’era RADARSAT nel 1996. Nonostante ciò, evitiamo di calcolare tendenze al fine di minimizzare potenziali influenze dei cambiamenti tecnologici sulla nostra analisi. Tuttavia, notiamo che i confronti delle condizioni MYI del periodo pre-satellitare con quelli del recente periodo satellitare potrebbero risultare artificialmente amplificati. Questa incertezza non è quantificabile, pertanto, nel confrontare le condizioni MYI del 2007–2020 con quelle del 1968–2006, includiamo anche un confronto con le condizioni MYI del periodo satellitare 1978–2006 per fornire un intervallo di incertezza potenziale.

Per ogni anno compreso tra il 1968 e il 2020, abbiamo calcolato la media dell’area occupata dal ghiaccio pluriennale (MYI) durante un intervallo di 17 settimane, dal 25 giugno al 15 ottobre, per le regioni mostrate nella Figura 1. Questo arco temporale corrisponde ai limiti estremi della stagione di navigazione nell’Artico canadese. Le condizioni medie del ghiaccio marino in questo periodo sono state precedentemente utilizzate per analizzare le tendenze e la variabilità del ghiaccio marino, come riportato in studi precedenti (Derksen et al., 2018; Tivy et al., 2011). Abbiamo rappresentato la serie temporale dell’area MYI per le regioni indicate nella Figura 1 come differenze percentuali (anomalie) rispetto alla media del periodo 1991-2020, che rappresenta il normale standard climatologico attuale dell’Organizzazione Meteorologica Mondiale (WMO). Inoltre, abbiamo calcolato la media delle differenze percentuali dell’area MYI per ciascuna regione nei periodi 1968-2006 e 2007-2020, entrambi in relazione alla climatologia del 1991-2020.

Seguendo la metodologia di Howell et al. (2008), abbiamo utilizzato il CISDA per stimare la quantità di MYI generata dall’invecchiamento del ghiaccio di primo anno (FYI) e la quantità di MYI importata o esportata dinamicamente nelle regioni del Passaggio a Nord-Ovest all’interno dell’Artico canadese. Il FYI che resiste alla stagione di fusione estiva viene classificato come MYI dal 1° ottobre. Pertanto, abbiamo stimato la quantità di FYI promosso a MYI nelle nostre regioni di studio basandoci sulla presenza di FYI nell’ultima carta del ghiaccio di settembre, immediatamente prima del “compleanno” del 1° ottobre. Per calcolare lo scambio dinamico di MYI all’interno di una regione, abbiamo sottratto l’area di MYI registrata nell’ultima carta del ghiaccio di settembre dall’area di MYI riportata nella prima carta del ghiaccio della stagione di spedizione, il 25 giugno. Valori positivi indicano un guadagno netto di MYI, segnalando che l’importazione di ghiaccio ha superato la fusione o l’esportazione all’interno della regione. Al contrario, valori negativi rappresentano una perdita netta di MYI a causa della fusione e/o esportazione fuori dalla regione.

Abbiamo inoltre analizzato la temperatura superficiale e l’albedo utilizzando i dati del Advanced Very High Resolution Radiometer (AVHRR) Polar Pathfinder esteso (APP-x; Wang & Key, 2005) dal 1982 al 2020, disponibili all’indirizzo: https://www.ncei.noaa.gov/access/metadata/landing-page/bin/iso?id=gov.noaa.ncdc:C00941. Questi dati hanno una risoluzione spaziale di 25 km, con incertezze per la temperatura superficiale e l’albedo di 1.98 K e 0.10, rispettivamente (Wang & Key, 2005). Sebbene la temperatura dell’aria a 2 metri sia comunemente utilizzata per valutare i cambiamenti termici a lungo termine, la temperatura superficiale si è rivelata un indicatore climatico utile (Wang & Key, 2003). Inoltre, l’APP-x è l’unico set di dati che offre osservazioni satellitari a lungo termine e consistenti sia della temperatura superficiale che dell’albedo sul ghiaccio marino artico. Utilizziamo sia la temperatura superficiale che l’albedo per fornire informazioni sui cambiamenti relativi alle condizioni superficiali nelle regioni artiche occidentali canadesi del Passaggio a Nord-Ovest.

Tabella 2: Indice di Qualità per le Regioni dell’Artico Canadese Occidentale del Passaggio a Nord-Ovest

La Tabella 2 presenta l’indice di qualità per diverse regioni del Passaggio a Nord-Ovest nell’Artico canadese occidentale, suddiviso per sei periodi temporali significativi nella storia del Canadian Ice Service riguardo alla preparazione delle carte del ghiaccio. L’indice di qualità valuta la precisione e l’affidabilità delle informazioni usate per la mappatura del ghiaccio in ciascun periodo, con valori che vanno da 0 (minima qualità) a 5 (massima qualità), dove il valore medio è 3.

Analisi dell’Indice di Qualità per Periodo e Regione:

  • Mare di Beaufort:
    • Progressivo miglioramento da 2.8 nel 1968-1974 a 4.7 nel 1996-2005, indicando un incremento sostanziale nella qualità dei dati raccolti per questa regione.
  • Canale di Parry Occidentale:
    • Valori iniziali di 1.5 nel 1968-1974, aumentati a 4.5 nel 1996-2005, riflettendo miglioramenti significativi nelle tecniche di osservazione e acquisizione dati.
  • Canale di M’Clintock:
    • Partendo da un indice basso di 0.7 nel 1968-1974, vi è stata una marcata evoluzione raggiungendo 4.4 nel periodo 1996-2005, dimostrando notevoli avanzamenti tecnologici.
  • Franklin:
    • Consistente miglioramento da 2.9 a 4.7 tra il 1968 e il 2005, illustrando un incremento continuo nella qualità delle informazioni utilizzate per le carte del ghiaccio.
  • Corridoio Artico Occidentale:
    • Aumento progressivo da 3.1 a 4.8 dal 1968 al 2005, indicando un rafforzamento delle capacità di monitoraggio e di analisi del ghiaccio marino.
  • Isole della Regina Elisabetta:
    • Inizio con un indice relativamente basso di 0.9 nel 1968-1974, seguito da un significativo miglioramento fino a 4.4 nel 1996-2005, segnalando un avanzamento importante nelle metodologie di raccolta e analisi dei dati.

Questi dati mostrano un trend di miglioramento complessivo nella qualità delle carte del ghiaccio attraverso le regioni esaminate, rispecchiando i progressi nelle tecnologie di rilevamento satellitare e nelle metodologie di osservazione del ghiaccio marino. Questo miglioramento è cruciale per l’accuratezza della navigazione e la pianificazione nella regione artica.

Variabilità del MYI: 1968-2006 vs 2007-2020

La Tabella 3 mostra la percentuale di concentrazione di MYI dal 1968 al 2006, dal 1978 al 2006 e dal 2007 al 2020 per le regioni del Passaggio a Nord-Ovest nell’Artico canadese durante la stagione di navigazione (25 giugno – 15 ottobre). Tutte le regioni hanno tra il 41 e il 62% in meno di MYI per il periodo 2007-2020 rispetto al periodo 1968-2006, ad eccezione delle Isole Regina Elisabetta, che hanno solo il 12% in meno (Tabella 3). Spatialmente, il contrasto è evidente in queste regioni quando la concentrazione di MYI dal 1968 al 2006 viene confrontata con quella dal 2007 al 2020 (Fig. 2). Quando le condizioni di MYI dal 2007 al 2020 vengono confrontate con quelle dal 1978 al 2006 (cioè il periodo dei satelliti) la variazione percentuale è simile a quella del 1968-2006 e varia tra ±1−3%.

La Fig. 3 illustra la serie temporale della differenza percentuale dell’area MYI rispetto alla climatologia dell’area MYI del 1991-2020 durante la stagione di navigazione nelle regioni selezionate del Passaggio a Nord-Ovest per il periodo 1968-2006 (blu) e 2007-2020 (rosso). La caratteristica più evidente nella Fig. 3 sono le notevoli anomalie negative in tutte le regioni dal 2007. In media, le anomalie dell’area MYI erano del 33% in meno dal 2007 al 2020. Nel Canale di Parry Occidentale, che è la rotta più diretta attraverso il Passaggio a Nord-Ovest, il 1999 è rimasto l’anno di MYI più leggero durante la stagione di navigazione con un’anomalia negativa del 71% (Fig. 3). In termini di frequenza, si sono verificate anomalie negative per 13 degli ultimi 14 anni nel Mare di Beaufort, Franklin e nella via d’acqua artica occidentale; 10 degli ultimi 14 anni nel Canale di Parry Occidentale e nelle Isole Regina Elisabetta; e 9 degli ultimi 14 anni nel Canale di M’Clintock.

I processi che contribuiscono agli anni di ghiaccio estremamente leggeri (cioè 1998, 1999, 2007, 2011 e 2012) all’interno di queste regioni del Passaggio a Nord-Ovest sono discussi altrove (ad esempio, Alt et al., 2006; Howell et al., 2010; Howell, Wohlleben, Komarov, et al., 2013). Tuttavia, il punto che desideriamo sottolineare è che il 1999 si distingue visibilmente come anomalo nel periodo 1968-2006, tuttavia le condizioni di MYI si sono rapidamente riprese entro 2-3 anni (Fig. 3). Guardando al periodo 2007-2020, si è verificata una riduzione prolungata delle condizioni di MYI con anomalie negative tra il 2007 e il 2016, prima di una graduale ripresa nel Canale di Parry Occidentale negli anni recenti (Fig. 3).

Chiaramente, il numero di anomalie negative di MYI sperimentate da tutte queste regioni dal 2007 al 2020 durante la stagione di navigazione è stato senza precedenti nel corso dell’intero record di 52 anni. Tuttavia, la natura oscillante della serie temporale di MYI per queste regioni del Passaggio a Nord-Ovest, illustrata nella Fig. 3, indica che i processi di recupero di MYI operano all’interno della CAA stessa. Questi processi possono agire su scale temporali di uno a diversi anni a seconda che siano di origine termo-dinamica e/o dinamica (ad esempio, Alt et al., 2006; Howell & Brady, 2019; Howell, Wohlleben, Komarov, et al., 2013; Melling, 2002). Ora indaghiamo sui cambiamenti nel recupero di MYI all’interno di queste regioni per contestualizzare il recente periodo 2007-2020 nel contesto storico.

La Tabella 3 presenta i dati sulla concentrazione percentuale di ghiaccio pluriennale (MYI) nelle regioni del Passaggio a Nord-Ovest per tre distinti intervalli temporali: 1968-2006, 1978-2006 e 2007-2020. Le percentuali riportate rappresentano la media stagionale calcolata su una finestra di 17 settimane di navigazione annuale, adeguata per l’area totale di ciascuna regione. Questi valori sono accompagnati dalle relative deviazioni standard, indicate tra parentesi.

Analizzando le colonne:

  1. Regioni: sono specificate come Isole Regina Elisabetta, Canale di Parry Occidentale, Canale di M’Clintock, Franklin, via d’acqua artica occidentale e Mar di Beaufort.
  2. Concentrazione di MYI:
    • 1968-2006
    • 1978-2006
    • 2007-2020
  3. Variazione Percentuale di MYI:
    • Da 1968-2006 a 2007-2020
    • Da 1978-2006 a 2007-2020

Principali risultati:

  • Tutte le regioni hanno registrato una diminuzione della concentrazione di MYI nel periodo 2007-2020 rispetto agli intervalli temporali precedenti.
  • Le Isole Regina Elisabetta hanno mostrato la minima diminuzione di MYI, con una riduzione del 9,3% dal 1968-2006 al 2007-2020 e del 12,5% dal 1978-2006 al 2007-2020.
  • Invece, il Canale di Parry Occidentale e la via d’acqua di Franklin evidenziano le maggiori riduzioni percentuali di MYI, riflettendo un declino significativo della presenza di ghiaccio pluriennale.
  • Le riduzioni osservate indicano una trasformazione sostanziale delle condizioni del ghiaccio marino, sottolineando l’impatto del riscaldamento globale su queste aree sensibili dell’Artico.

Questa analisi quantitativa dell’evoluzione della copertura di ghiaccio pluriennale nel Passaggio a Nord-Ovest fornisce un’indicazione chiara dei cambiamenti climatici in atto nell’Artico, rivelando impatti significativi sulla navigabilità e sugli ecosistemi marini della regione.

La Figura 2 illustra la distribuzione spaziale della concentrazione media di ghiaccio pluriennale (MYI) nella regione artica occidentale del Canada durante la stagione di navigazione estiva, dal 25 giugno al 15 ottobre, per due distinti intervalli temporali: 1968-2006 e 2007-2020.

  • Pannello (a): Visualizza la concentrazione di MYI dal 1968 al 2006, dove il gradiente di colore dal verde al blu rappresenta una crescente densità di ghiaccio, con il verde che indica le concentrazioni più basse e il blu scuro le più alte.
  • Pannello (b): Mostra la concentrazione di MYI per il periodo 2007-2020, utilizzando una scala di colori analoga a quella del pannello (a) per facilitare il confronto visivo tra i due periodi.
  • Pannello (c): Illustra la differenza percentuale nella concentrazione di MYI tra i due periodi analizzati. Le tonalità di rosso indicano una diminuzione nella concentrazione di MYI, mentre le tonalità di blu indicano un aumento. Predominando il rosso, il pannello evidenzia una significativa riduzione nella concentrazione di MYI durante il periodo più recente rispetto a quello storico.

È importante notare che la copertura delle carte del ghiaccio del Canadian Ice Service non era completa per l’oceano Artico dal 1972 al 1996. Questa limitazione nella copertura dei dati può avere implicazioni sulla precisione del confronto spaziale della concentrazione di MYI tra i due intervalli temporali.

Questa figura fornisce un’efficace visualizzazione dell’impatto del riscaldamento globale sul ghiaccio marino pluriennale nell’Artico, mostrando una decisa tendenza alla diminuzione del MYI nell’area occidentale dell’Artico canadese. Le variazioni osservate sono consistenti con le modifiche delle condizioni climatiche e ambientali nell’Artico, evidenziando le sfide poste dal cambiamento climatico in queste regioni vulnerabili.

4 Recupero del ghiaccio pluriennale (MYI) nell’arcipelago artico canadese

Il recupero del MYI nell’Area di Conservazione Artica Canadese (CAA) è influenzato dall’importazione di MYI dall’Oceano Artico, che avviene congiuntamente all’invecchiamento del ghiaccio di primo anno (FYI) (Alt et al., 2006; Howell et al., 2008; Melling, 2002). Il trasporto di MYI verso sud attraverso le regioni occidentali della CAA si verifica quando i canali di M’Clintock e le aree di Franklin funzionano come trappole di drenaggio, a condizione che esista sufficiente spazio di manovra, ossia acqua libera nei canali, per ospitare il MYI proveniente dalle latitudini settentrionali (Howell et al., 2008). L’importazione di MYI dall’Oceano Artico nell’CAA avviene prevalentemente tramite le Isole Regina Elisabetta, ma l’interscambio di ghiaccio tra il Mare di Beaufort e il Canale di Parry Occidentale (attraverso lo Stretto di M’Clure) mostra una maggiore variabilità, con importazioni durante l’estate (agosto e settembre) ed esportazioni in autunno (ottobre e novembre) (Howell, Wohlleben, Dabboor, et al., 2013). Il MYI si accumula anche nel Canale di Parry Occidentale quando viene esportato dalle Isole Regina Elisabetta attraverso il Canale di Byam-Martin (Howell et al., 2009; Melling, 2002), oltre all’effetto dell’invecchiamento locale del FYI (Howell et al., 2016). Questi processi sono cruciali per il recupero del MYI nelle regioni occidentali in quanto, quando sono sufficienti per stabilire una lingua di MYI nel Canale di Parry Occidentale che si connette al Mare di Beaufort, il flusso di importazione spinge il MYI verso il Canale di M’Clintock, permettendo il suo ulteriore deflusso verso sud nella trappola di drenaggio (Howell et al., 2008). Il recupero del MYI nell’CAA può intensificarsi notevolmente a seguito di un anno caratterizzato da significative perdite di MYI, avviando un ciclo di ricostituzione del ghiaccio. Tradizionalmente, negli anni successivi a condizioni di ghiaccio marino insolitamente ridotte nell’CAA (es. 1982 e 1998; Fig. 3), si è osservato un periodo di recupero durato diversi anni. Tuttavia, a partire dal 2007, i processi di recupero del MYI hanno incontrato difficoltà in molte regioni a ripristinare i livelli di MYI con la stessa facilità di una volta, registrando meno anomalie positive nei periodi di basso MYI tra il 2007 e il 2020 (Fig. 3).

La variazione percentuale dell’area di MYI, risultante dall’invecchiamento del ghiaccio di primo anno (FYI) e dal trasporto dinamico di MYI, è stata calcolata per i periodi 1968-2006, 1979-2006 e 2007-2020 nelle regioni occidentali del Passaggio a Nord-Ovest, come illustrato nella Tabella 4. Le serie temporali relative a questi componenti sono rappresentate nella Figura 4. Si osserva una riduzione del 22% nello scambio dinamico dell’area di MYI nel periodo 2007-2020 rispetto al 1968-2006, suggerendo una disponibilità inferiore di MYI per la migrazione verso sud. Inoltre, l’invecchiamento di FYI ha mostrato una diminuzione del 47% nel periodo 2007-2020 rispetto al 1968-2006, indicando una riduzione dell’area di FYI capace di resistere al disgelo estivo post-2007.

Confrontando il periodo satellitare 1978-2006 con il 2007-2020, si rileva che il recupero dell’area di MYI tramite scambio dinamico è diminuito del 30%, mentre l’area di invecchiamento di FYI è diminuita del 44%. Per analizzare più approfonditamente il declino nel recupero di MYI osservato dopo il 2007, abbiamo esaminato i meccanismi di recupero seguenti a periodi storicamente caratterizzati da una bassa presenza di MYI, come nel caso degli anni 1982-1986 e 1999-2004. A tal fine, sono state analizzate le prime carte del ghiaccio del Canadian Ice Service (CIS) di ottobre per questi anni (rispettivamente mostrate nelle Figure 5, 6 e 7), che illustrano i due principali componenti del recupero: l’invecchiamento di FYI e l’importazione dinamica di MYI attraverso la regione. È stata inoltre messa in evidenza l’evoluzione settimanale delle condizioni di MYI nel Canale di M’Clintock per gli anni selezionati, come dimostrato nella Figura 8.

La Figura 3 rappresenta le serie temporali della variazione percentuale dell’area di ghiaccio pluriennale (MYI) durante la stagione di navigazione, confrontata con la climatologia del periodo 1991-2020 per diverse regioni del Passaggio a Nord-Ovest nell’Artico canadese, estendendosi dal 1968 al 2020. Le analisi sono suddivise per le seguenti regioni:

  1. Canale di Parry Occidentale
  2. Canale di M’Clintock
  3. Via d’Acqua Artica Occidentale
  4. Franklin
  5. Mare di Beaufort
  6. Isole Regina Elisabetta

Ogni grafico presenta due curve distinte:

  • Linea blu (1968-2006): Indica la differenza percentuale media dell’area di MYI dal valore climatologico del 1991-2020 per il periodo 1968-2006.
  • Linea rossa (2007-2020): Mostra la differenza percentuale media per il periodo recente dal 2007 al 2020.

Le annotazioni in ciascun grafico quantificano la variazione media percentuale dell’area di MYI tra i due periodi analizzati, evidenziando la diminuzione o l’incremento relativo del MYI nelle regioni specificate.

Principali risultati emergenti dalla figura includono:

  • Diminuzione generalizzata: Ogni regione evidenzia una decrescita nell’area di MYI nel periodo 2007-2020 rispetto al 1968-2006, sottolineato dai valori negativi in rosso.
  • Cambiamenti notevoli: Particolare attenzione merita la marcata diminuzione osservata nel Mare di Beaufort e nella regione di Franklin, dove si registrano cali del -31% e del -58%, rispettivamente, indicando un significativo ridimensionamento della presenza di MYI.
  • Implicazioni ecologiche e climatiche: Queste variazioni riflettono trasformazioni sostanziali negli ecosistemi artici, influenzando tanto le rotte navigabili quanto le dinamiche climatiche regionali.

Attraverso questa analisi dettagliata, la Figura 3 fornisce una visione approfondita delle tendenze a lungo termine del ghiaccio pluriennale nell’Artico canadese, illuminando gli effetti del cambiamento climatico e le sue ripercussioni in queste aree sensibili.

La Tabella 4 riporta la percentuale di scambio dinamico del ghiaccio pluriennale (MYI) e dell’invecchiamento del ghiaccio di primo anno (FYI) nelle regioni del Passaggio a Nord-Ovest, coprendo i periodi 1968-2006, 1978-2006 e 2007-2020. Le percentuali rappresentano medie calcolate in relazione all’area totale di ciascuna regione, con le deviazioni standard indicate tra parentesi.

Dettagli della tabella:

  • Colonne: La tabella è suddivisa in due sezioni principali:
    1. Scambio Dinamico di MYI: Misura la percentuale di MYI trasportato tra le regioni.
    2. Invecchiamento di FYI: Quantifica la percentuale di FYI che si trasforma in MYI, indicando la maturazione del ghiaccio.

Osservazioni chiave:

  • Diminuzione dello Scambio Dinamico di MYI: Vi è una tendenza generale alla riduzione nel scambio dinamico di MYI nel periodo 2007-2020 rispetto ai periodi precedenti, indicando potenzialmente minori dinamiche di movimento del ghiaccio a causa di alterazioni ambientali o fisiche.
  • Aumento dell’Invecchiamento di FYI: Nonostante alcune variazioni regionali, si osserva un incremento complessivo nell’invecchiamento di FYI, il che suggerisce una maggiore conversione di FYI in MYI e un conseguente aumento della stabilità del ghiaccio.

Dati specifici per regione:

  • Isole Regina Elisabetta: Si nota una riduzione progressiva nello scambio di MYI e un aumento consistente dell’invecchiamento di FYI attraverso i periodi.
  • Canale di Parry Occidentale e Canale M’Clintock: Entrambe le regioni mostrano riduzioni notevoli nello scambio di MYI, con variazioni nell’invecchiamento di FYI che rimane relativamente stabile o aumenta.
  • Franklin: Qui, l’invecchiamento di FYI mostra un modesto incremento, mentre lo scambio di MYI diminuisce moderatamente.

Conclusioni:

La Tabella 4 fornisce dati essenziali sulle dinamiche del ghiaccio nel Passaggio a Nord-Ovest, evidenziando cambiamenti significativi nelle modalità di scambio e maturazione del ghiaccio nelle ultime decadi. Questi dati sono indicativi dei potenziali impatti del cambiamento climatico e delle modifiche alle condizioni fisiche e ambientali dell’Artico, riflettendo le complesse interazioni tra i processi fisici e le risposte ecologiche regionali.

Recupero Storico di MYI dal 1982 al 1986 e dal 1999 al 2004

Nelle Isole Regina Elisabetta, nel Canale di Parry Occidentale, a Franklin e nel Canale di M’Clintock, il recupero del ghiaccio pluriennale (MYI) a seguito degli anni con minore estensione di ghiaccio (1982 e 1983) è stato principalmente caratterizzato dall’invecchiamento del ghiaccio di primo anno (FYI), come documentato in Figura 4. Ricerche condotte da Howell et al. (2009) hanno evidenziato come le stagioni di fusione più corte abbiano favorito un significativo invecchiamento di FYI in questo periodo. L’analisi settimanale delle condizioni di MYI nel Canale di M’Clintock tra il 1982 e il 1986 mostra un notevole invecchiamento di FYI, evidenziato da un incremento nella serie temporale successivo al 1° ottobre. Tuttavia, le fluttuazioni di MYI precedenti al 1° ottobre suggeriscono anche un trasporto di MYI verso sud (Fig. 8).

Identificare la fonte precisa dell’importazione di MYI dall’Oceano Artico, sia tramite lo Stretto di M’Clure che dalle Isole Regina Elisabetta, risulta complesso utilizzando il CISDA senza dati sulla deriva del ghiaccio, non disponibili per questo intervallo temporale. Tuttavia, un’ispezione manuale delle carte del ghiaccio settimanali del CISDA durante agosto e settembre del periodo 1984-1986 indica che il MYI delle Isole Regina Elisabetta è stato trasferito verso sud attraverso il Canale di Byam-Martin (non illustrato). Questi processi, insieme all’invecchiamento di FYI e all’importazione graduale di MYI, hanno contribuito a saturare le regioni meridionali con MYI, ristabilendo la lingua di MYI che collega il Mare di Beaufort al Canale di Parry Occidentale, interrotta nel 1982 e nel 1983 (Fig. 5).

Il recupero di MYI tra il 1999 e il 2004 si è distinto dal periodo 1982-1986, essendo risultato di una combinazione tra invecchiamento di FYI e importazione di MYI, come mostrato in Figura 4. L’evoluzione settimanale delle condizioni di MYI nel Canale di M’Clintock dimostra inoltre il recupero combinato, con un aumento dell’area di MYI durante la stagione di fusione (importazione dinamica) seguito da ulteriori incrementi post 1° ottobre (invecchiamento di FYI) (Fig. 8). Questo processo di recupero combinato di MYI è stato descritto dettagliatamente da Howell et al. (2008) e Howell et al. (2009), e studi più recenti che hanno monitorato la deriva del ghiaccio marino hanno confermato che l’importazione di MYI dall’Oceano Artico è avvenuta sia attraverso lo Stretto di M’Clure che dalle Isole Regina Elisabetta (Howell et al., 2013; Howell & Brady, 2019). La Figura 6 illustra come il MYI da entrambe le fonti si sia spostato verso sud, mescolandosi al MYI cresciuto localmente, riempiendo il Canale di M’Clintock e Franklin e ristabilendo la connessione di MYI tra il Mare di Beaufort e il Canale di Parry Occidentale. L’incremento nel recupero dinamico di MYI e la riduzione dell’invecchiamento di FYI in questo periodo sono stati attribuiti a una stagione di fusione più estesa, che ha offerto maggiori opportunità per l’importazione di MYI dall’Oceano Artico e per il maggiore scioglimento di FYI (Howell et al., 2009).

b Cambiamenti Recenti nel Recupero di MYI dal 2007 al 2020

Il periodo compreso tra il 2007 e il 2020 è stato contrassegnato da numerosi anni caratterizzati da una bassa concentrazione di ghiaccio pluriennale (MYI) nelle regioni occidentali dell’Area di Conservazione Artica Canadese (CAA) del Passaggio a Nord-Ovest, come illustrato in Figura 3. Unicamente nelle Isole Regina Elisabetta, sia la frequenza sia l’entità del recupero di MYI sono rimasti stabili durante questo lasso di tempo, come documentato in Figura 4 e Tabella 2. Nelle regioni situate a sud delle Isole Regina Elisabetta, l’invecchiamento del ghiaccio di primo anno (FYI) ha registrato una riduzione approssimativa del 50% per il Canale di Parry Occidentale e il Canale di M’Clintock, e del 77% per la regione di Franklin rispetto al periodo 1968–2006, secondo quanto riportato in Tabella 2. Inoltre, queste regioni hanno evidenziato un minimo recupero di MYI tra il 2007 e il 2012, rispetto all’intero arco temporale dal 1968 al 2020, come mostrato in Figura 3. Durante l’estate del 2012, queste aree risultavano quasi completamente prive di MYI, come si può vedere in Figura 7. Tuttavia, a seguito del 2012, si è osservata una ripresa del recupero di MYI nelle regioni a sud delle Isole Regina Elisabetta, ad eccezione della regione di Franklin, che non ha raggiunto livelli comparabili a quelli registrati nei primi anni 2000, come indicato in Figura 3.

La Figura 4 visualizza le serie temporali delle variazioni percentuali nelle componenti di recupero e perdita del ghiaccio pluriennale (MYI) nelle regioni occidentali del Passaggio a Nord-Ovest nell’Artico canadese, coprendo il periodo dal 1968 al 2020. I dati sono presentati per specifiche regioni, tra cui le Isole Regina Elisabetta (QEII), il Canale di Parry Occidentale (Western Parry Channel), il Canale di M’Clintock (M’Clintock Channel) e Franklin.

Ogni grafico rappresenta le seguenti attività:

  • Importazioni di MYI, evidenziate dalle barre verticali nere che si estendono verso l’alto.
  • Esportazioni di MYI e fusione, anch’esse rappresentate da barre verticali nere, ma estese verso il basso.
  • Invecchiamento del ghiaccio di primo anno (FYI), indicato da barre verticali rosse.

La linea tratteggiata rosa che attraversa i grafici demarca la transizione tra i due periodi di focus dello studio: 1968–2006 e 2007–2020. Questa distinzione temporale consente di osservare e confrontare direttamente le dinamiche di MYI prima e dopo il 2007.

Analisi dei risultati:

  • Fluttuazioni temporali: Le serie temporali mostrano fluttuazioni annuali significative nelle dinamiche di MYI, tra cui l’importazione, l’esportazione e l’invecchiamento di FYI.
  • Cambiamenti nel 2007: A partire dal 2007, si notano alterazioni notevoli nel comportamento del MYI, come evidenziato da un apparente incremento nella frequenza e intensità delle esportazioni o fusione, e una diminuzione dell’importazione.
  • Variazioni regionali: Ciascuna regione esibisce un pattern unico, indicando che le dinamiche del MYI sono influenzate dalle specifiche condizioni locali e regionali.

In sintesi, questa figura offre un’analisi complessiva e dettagliata delle tendenze nel recupero e nella perdita di MYI nelle regioni selezionate, enfatizzando l’importanza delle variabili spaziali e temporali nello studio delle dinamiche del ghiaccio marino nell’Artico.

La Figura 5 illustra la distribuzione spaziale della concentrazione di ghiaccio pluriennale (MYI) nelle prime carte del servizio canadese sui ghiacci (Canadian Ice Service) di ottobre per gli anni dal 1982 al 1987, fornendo una rappresentazione dettagliata delle variazioni annuali nel copertura di MYI nelle acque canadesi durante questo periodo.

Dettagli delle mappe:

  • 7 ottobre 1982
  • 6 ottobre 1983
  • 7 ottobre 1984
  • 6 ottobre 1985
  • 7 ottobre 1986
  • 1 ottobre 1987

Interpretazione delle colorazioni:

  • Verde scuro: Elevate concentrazioni di MYI, potenzialmente prossime al 100%.
  • Verde chiaro: Concentrazioni moderate di MYI.
  • Giallo: Basse concentrazioni di MYI.
  • Blu: Acque aperte o concentrazioni molto basse di MYI.

Analisi dei risultati:

  • Prima del 1984: Le mappe mostrano una presenza significativa di MYI, tuttavia non si osserva una connessione continua di MYI tra il Mare di Beaufort e il Canale di Parry Occidentale.
  • Dopo il 1984: Si evidenzia la riformazione della “lingua” di MYI che collega il Mare di Beaufort al Canale di Parry Occidentale negli anni successivi, chiaramente visibile nelle rappresentazioni del 1985, 1986 e 1987.

Questa serie di mappe è cruciale per comprendere le tendenze a lungo termine e le fluttuazioni stagionali nella distribuzione del ghiaccio marino. La capacità di visualizzare l’impatto delle dinamiche climatiche e oceanografiche sulla persistenza e il movimento del MYI nell’Artico canadese offre spunti fondamentali per la navigabilità e per l’ecosistema marino della regione. In particolare, la ristabilizzazione della connessione di MYI tra il Mare di Beaufort e il Canale di Parry Occidentale post-1984 sottolinea una dinamica complessa che può avere significative implicazioni ecologiche e logistiche.

1 Cambiamenti nella dinamica dello scambio di MYI

La questione iniziale che affrontiamo riguarda la persistenza del meccanismo di “draintrap” del MYI dal 2007 al 2020. Nonostante una frequenza ridotta rispetto agli anni antecedenti, l’analisi della serie temporale relativa ai componenti di recupero del MYI dal 2007 al 2020 evidenzia ancora numerosi anni in cui tali aree “drain-trap” hanno registrato un’importazione dinamica di MYI, come illustrato nella Figura 4. L’analisi della distribuzione spaziale del MYI nel medesimo periodo rivela che, specialmente durante il periodo di scarsa presenza di MYI tra il 2007 e il 2012 e nel 2015, si è osservato un flusso meridionale del MYI dalle Isole della Regina Elisabetta, come mostrato nella Figura 7. Queste osservazioni confermano il trasporto meridionale del MYI attraverso il settore occidentale del CAA nel periodo considerato.

Ulteriori dettagli emergono dall’analisi dell’evoluzione settimanale delle condizioni del MYI nel Canale di M’Clintock dal 2007 al 2020, che rivelano un’anticipazione dell’attività mobile del MYI rispetto agli anni precedenti, come si evince dalla Figura 8. Le fluttuazioni del MYI durante la stagione di fusione corroborano il transito meridionale del MYI, seppur con una variabilità ridotta rispetto al periodo antecedente al 2007.

Complessivamente, appare chiaro che il meccanismo di “drain-trap” del MYI è rimasto funzionante dal 2007 al 2020, fungendo ancora da principale corridoio di approvvigionamento per il MYI nelle regioni australe del CAA. Di conseguenza, se il meccanismo di “drain-trap” resta attivo, perché si è registrato un recupero dinamico del MYI meno marcato dal 2007 rispetto al quinquennio 1999-2004? Proponiamo che ciò sia attribuibile al predominante afflusso del MYI dell’Oceano Artico nel CAA tramite passaggi più stretti nelle Isole della Regina Elisabetta piuttosto che dal Mare di Beaufort attraverso lo Stretto di M’Clure durante il periodo 2007-2020. Questa ipotesi è supportata da Howell e Brady (2019), che, attraverso l’utilizzo di immagini RADARSAT, hanno osservato un aumento significativo del flusso di ghiaccio marino dall’Oceano Artico verso le Isole della Regina Elisabetta, senza tendenze significative attraverso lo Stretto di M’Clure tra il 1997 e il 2018. Ulteriori conferme provengono dalla Figura 2c, che mostra un incremento della concentrazione di MYI nel Canale di Byam-Martin dal 2007 al 2020, indicando un maggiore deflusso di MYI verso sud attraverso le Isole della Regina Elisabetta. Il transito di MYI attraverso dette isole è sporadico a causa della presenza di numerosi stretti canali e insenature e del potenziale formarsi di archi di ghiaccio o di congestioni di ghiaccio, che possono ostacolare il transito del MYI.

Analisi delle dinamiche di importazione di MYI nel Canale Western Parry

Il Canale Western Parry riceve MYI sia dalle Isole della Regina Elisabetta che dal Mare di Beaufort. Nonostante la regione abbia registrato un import dinamico netto negli anni 2007-2010, 2016 e 2018, l’anno 2016 ha evidenziato un picco particolare del 28% (Fig. 4). La presenza di MYI nel Canale Western Parry è stata prevalentemente determinata dall’invecchiamento del FYI (Fig. 4), e la connessione di MYI tra il Mare di Beaufort e il Canale Western Parry si è stabilizzata completamente solo nel 2018 (Fig. 7). In conclusione, pur rimanendo operativo, il meccanismo di “drain-trap” ha mostrato una riduzione dell’efficienza nel periodo 2007-2020.

Storicamente, il transito del MYI attraverso il CAA è stato molto lento a causa della congestione dei ghiacci e di una stagione di fusione più breve (Howell et al., 2009). In questo contesto, Melling (2002) ha ipotizzato che, in un clima più caldo, il MYI proveniente dall’Oceano Artico e destinato ai canali meridionali del CAA (ad esempio, il Canale di M’Clintock e Franklin) potrebbe risultare più spesso a causa di un transito più rapido, caratterizzato da una minore ablazione stagionale e da maggiore disponibilità di acque libere per accogliere il MYI proveniente da latitudini superiori. Questo processo di transito accelerato è presumibilmente più evidente dal 2007 ed è supportato dalle stime di flusso dell’area di ghiaccio marino di Howell e Brady (2019), suggerendo che il MYI possa ora impiegare meno tempo per assottigliarsi prima di raggiungere i canali meridionali. Tuttavia, è improbabile che il MYI risulti più spesso, come dimostrato da Haas e Howell (2015), i quali non hanno trovato prove di un incremento dello spessore del ghiaccio nelle regioni dei Canali di M’Clintock e Franklin rispetto alle aree di latitudine più elevata del Passaggio a Nord-Ovest, utilizzando rilevazioni di spessore del ghiaccio con tecniche elettromagnetiche aeree nel maggio 2011 e nell’aprile 2015. Infatti, Haas e Howell (2015) hanno osservato che lo spessore medio del ghiaccio nel CAA diminuisce progressivamente da nord a sud, pur rilevando la presenza di ghiaccio molto spesso nel settore occidentale del CAA del Passaggio a Nord-Ovest, con il massimo spessore nella regione del Canale di Byam-Martin nelle Isole della Regina Elisabetta. Recentemente, Melling (2022) ha riportato che i valori di spessore del ghiaccio nelle Isole della Regina Elisabetta nel 2009 erano comparabili a quelli degli anni ’70, fornendo ulteriori prove che i processi di formazione di MYI spesso in quest’area continuano a essere attivi. Inoltre, la Figura 2c non mostra una diminuzione significativa della concentrazione di MYI a nord delle Isole della Regina Elisabetta, dove si forma il MYI più spesso, nel periodo 2007-2020.

La Figura 6 illustra la distribuzione spaziale della concentrazione di ghiaccio pluriennale (MYI) secondo i grafici del servizio di ghiaccio canadese (Canadian Ice Service) registrati nel mese di ottobre di ciascun anno, dal 1999 al 2004. Il gradiente di colori visualizzato nella legenda rappresenta la percentuale di concentrazione di MYI, variando dal 0% (senza presenza di MYI, indicato con il colore viola) fino al 100% (massima concentrazione, indicato con il colore giallo).

Le mappe successive permettono di osservare le fluttuazioni nella distribuzione e concentrazione del MYI nel corso degli anni specificati. Le aree colorate in giallo indicano le massime concentrazioni di MYI, evidenziando regioni di maggiore persistenza del ghiaccio pluriennale. Le tonalità di verde e azzurro segnalano concentrazioni moderate, mentre le aree viola denotano una scarsa o nulla presenza di MYI.

Questa serie di mappe è fondamentale per analizzare le tendenze temporali e la variabilità spaziale del MYI, offrendo spunti significativi sui pattern di movimentazione e sulle dinamiche di fusione del ghiaccio in risposta a cambiamenti climatici e oceanografici. Queste osservazioni sono cruciali per comprendere le implicazioni a lungo termine del cambiamento climatico sull’ambiente marino artico.

La Tabella 5 riporta le tendenze lineari della temperatura media della superficie durante la stagione di navigazione e dell’albedo nel periodo 1982-2020 per diverse regioni del Passaggio a Nord-Ovest. Ogni trend è statisticamente significativo al 95% di livello di confidenza.

Dettagli dei dati per ciascuna regione includono:

  • Isole della Regina Elisabetta: Si registra un incremento termico di 0,83°C per decennio, accompagnato da una riduzione dell’albedo di 0,26 unità per decennio.
  • Canale Western Parry: L’aumento della temperatura è di 1,23°C per decennio, mentre l’albedo mostra una diminuzione di 0,31 unità per decennio.
  • Canale M’Clintock: Qui la temperatura cresce di 0,86°C per decennio e l’albedo cala di 0,29 unità per decennio.
  • Franklin: La regione ha sperimentato il maggior riscaldamento con 1,39°C per decennio e una riduzione dell’albedo di 0,24 unità per decennio.
  • Via d’Acqua Artica Occidentale: Si osserva un aumento di temperatura di 1,03°C per decennio con una diminuzione dell’albedo di 0,24 unità per decennio.
  • Mare di Beaufort: L’incremento termico è di 1,13°C per decennio, e l’albedo diminuisce di 0,37 unità per decennio.
  • Regione Intera: Nell’insieme, la regione ha mostrato un aumento di temperatura di 1,08°C per decennio e una riduzione dell’albedo di 0,28 unità per decennio.

Queste tendenze indicano un consistente riscaldamento e una diminuzione dell’albedo attraverso le regioni analizzate, riflettendo cambiamenti significativi nelle proprietà fisiche e nei bilanci energetici della regione. Tali variazioni hanno implicazioni dirette sul clima, sugli ecosistemi e sulle condizioni di navigabilità nel Passaggio a Nord-Ovest, segnalando potenziali sfide e opportunità derivanti dai cambiamenti ambientali in atto.

2 FYI CAMBIAMENTI NELL’INVECCHIAMENTO

Volgendo la nostra attenzione ai cambiamenti nel processo di invecchiamento della banchisa di primo anno (FYI), evidenziamo che modifiche recenti a vari fattori termodinamici hanno influito sulla capacità del FYI di resistere alla stagione estiva di fusione nelle aree oggetto del nostro studio, nel periodo 2007-2020. L’analisi delle serie temporali della temperatura superficiale APPx per tutte le aree di studio mostra prevalentemente anomalie positive dal 2007 al 2020 (Fig. 9). Si è osservata inoltre una significativa tendenza al riscaldamento, con incrementi che variano da 0,83°C per decennio nelle Isole della Regina Elisabetta a 1,39°C per decennio nella regione di Franklin (Tabella 5). Zhang et al. (2019) hanno riportato un aumento della temperatura media annuale dell’aria di 2,3°C nell’Artico canadese settentrionale tra il 1948 e il 2016, rispetto al periodo 1986-2005. Esistono correlazioni de-trendizzate statisticamente significative tra l’invecchiamento della FYI e la temperatura superficiale in tutte le aree studiate (Tabella 6). Alla luce di queste anomalie, tendenze e correlazioni, proponiamo che l’aumento delle temperature abbia contribuito a mitigare l’invecchiamento della FYI nelle aree esaminate.

È importante sottolineare, tuttavia, che nonostante la loro significatività, le correlazioni de-trendizzate tra l’invecchiamento della FYI e la temperatura superficiale sono relativamente basse (circa 0,4), suggerendo che altri fattori concorrono alla recente riduzione dell’invecchiamento della FYI. Ad esempio, tutte le aree hanno mostrato una tendenza alla diminuzione dell’albedo, indicando una transizione dalla banchisa pluriennale (MYI) alla banchisa di primo anno (FYI) (Tabella 5). Poiché l’albedo del FYI è inferiore a quella del MYI, tale transizione è stata dimostrata incrementare l’assorbimento di calore solare nel ghiaccio marino, facilitando ulteriormente la fusione (Perovich et al., 2002; Perovich & Polashenski, 2012; Stroeve et al., 2014). Inoltre, la formazione di FYI liscio e aderente al suolo nella regione della CAA favorisce una delle più elevate coperture di pozze di fusione sulla superficie del ghiaccio marino artico (Landy et al., 2014), aumentando così l’assorbimento di calore solare. Correlazioni de-trendizzate statisticamente significative tra l’invecchiamento della FYI e l’albedo sono state identificate in tutte le regioni studiate (Tabella 6).

Un ulteriore fattore termodinamico potenzialmente rilevante per la riduzione dell’invecchiamento della FYI è l’allungamento della stagione di fusione. La durata della stagione di fusione nella regione della CAA è aumentata di 5,1 giorni per decennio dal 1979 al 2018 (Howell & Brady, 2019), e questa estensione è stata correlata statisticamente a una diminuzione dell’invecchiamento della FYI (Howell et al., 2009). Infine, un fattore indiretto che potrebbe contribuire alle recenti riduzioni nell’invecchiamento della FYI è la riduzione dello spessore del FYI, che ne comprometterebbe la sopravvivenza durante la stagione di fusione. Howell et al. (2016) hanno dimostrato che lo spessore del FYI aderente al suolo in vari siti della CAA si è ridotto di circa 25 cm negli ultimi cinquant’anni.

La Figura 7 illustra la distribuzione spaziale della concentrazione di ghiaccio pluriennale (MYI) nei grafici del Servizio Canadese del Ghiaccio per il mese di ottobre di ogni anno dal 2007 al 2020. Le mappe annuali rappresentano le percentuali di copertura di MYI nelle acque del Canada, con una legenda che scala dal 0% (rappresentato in bianco) al 100% (in blu scuro). I colori intermedi, come il giallo e il verde, indicano concentrazioni intermedie di MYI.

Questa sequenza di mappe fornisce una visione chiara dell’evoluzione temporale e delle variazioni spaziali del ghiaccio pluriennale, che possono essere utilizzate per dedurre impatti climatici, variazioni termiche e cambiamenti nei pattern di circolazione oceanica e atmosferica. L’analisi di queste tendenze è cruciale per comprendere le dinamiche del ghiaccio marino nell’era del cambiamento climatico e per anticipare le future modifiche nella geografia del ghiaccio artico.

La Tabella 6 illustra le correlazioni de-trendizzate tra la temperatura superficiale cutanea durante la stagione di navigazione e l’invecchiamento del ghiaccio di primo anno (FYI), nonché tra l’albedo media da giugno a ottobre e l’invecchiamento del FYI, nel periodo 1982–2020 nelle diverse regioni del Passaggio a Nord-Ovest. Queste correlazioni sono state rilevate come statisticamente significative al livello del 95%, come evidenziato dal testo in grassetto.

Specificatamente, i coefficienti di correlazione tra la temperatura superficiale e l’invecchiamento del FYI mostrano un pattern negativo in tutte le regioni considerate, con i seguenti valori:

  • Isole Regina Elisabetta: -0.41,
  • Canale di Parry Occidentale: -0.46,
  • Canale McClintock: -0.41,
  • Franklin: -0.44.

Questi risultati indicano che un aumento della temperatura superficiale è inversamente correlato con l’invecchiamento del FYI, suggerendo che periodi più caldi durante la stagione di navigazione potrebbero accelerare il processo di deterioramento del FYI nelle regioni analizzate.

Per quanto concerne l’albedo, i coefficienti di correlazione sono:

  • Isole Regina Elisabetta: 0.48,
  • Canale di Parry Occidentale: 0.41,
  • Canale McClintock: 0.26,
  • Franklin: 0.73.

I valori positivi qui indicano che un aumento dell’albedo, ovvero una maggiore riflessione della radiazione solare, è associato a un maggiore invecchiamento del FYI. In particolare, la regione di Franklin mostra una correlazione robusta (0.73), evidenziando l’impatto sostanziale che variazioni nell’albedo possono avere sull’invecchiamento del FYI in tale regione. Questi dati enfatizzano l’importanza delle proprietà fisiche e termiche superficiali del ghiaccio nella determinazione della sua resilienza e stabilità nel contesto dei cambiamenti climatici.

La Figura 8 illustra l’evoluzione settimanale dell’area di ghiaccio pluriennale (MYI) nel Canale di McClintock per quattro intervalli temporali distinti: 1982-1986, 2001-2004, 2007-2011 e 2016-2020. Ciascun pannello rappresenta un differente periodo con curve di diverso colore che tracciano l’area del MYI in chilometri quadrati per ogni anno specifico dal 25 maggio al 25 ottobre.

Le curve visualizzano le fluttuazioni stagionali dell’area del MYI, mettendo in evidenza variazioni sia stagionali che interannuali, riflettendo i cicli di fusione e ricongelamento del ghiaccio. La linea tratteggiata verticale segna il 1° ottobre, data in cui il ghiaccio di primo anno (FYI) transita allo status di MYI, marcando un punto critico per la valutazione del volume e della stabilità del ghiaccio marino nel contesto climatico e oceanografico.

Analisi dettagliata dei pannelli:

  • Pannello a (1982–1986): Mostra una tendenza alla diminuzione dell’area di MYI verso fine settembre, seguita da una fase di ripresa che inizia in ottobre.
  • Pannello b (2001–2004): Caratterizzato da una pronunciata variabilità interannuale con alcune traiettorie che indicano una rapida riduzione dell’area di MYI in settembre.
  • Pannello c (2007–2011): Evidenzia una marcata contrazione dell’area di MYI in tutti gli anni rappresentati, con una particolare enfasi sul netto declino osservato nel 2010.
  • Pannello d (2016–2020): Presenta una tendenza più omogenea, con variazioni meno estreme nell’area di MYI rispetto ai precedenti intervalli.

Queste osservazioni forniscono insight cruciali sull’impatto del cambiamento climatico sulla dinamica del ghiaccio marino, suggerendo modificazioni nella durata e nella persistenza del ghiaccio pluriennale nel Canale di McClintock, un indicatore sensibile delle condizioni ambientali artiche.

La Figura 9 presenta le serie temporali delle anomalie relative alla temperatura superficiale della pelle e all’albedo durante la stagione di navigazione nelle regioni occidentali dell’Artico canadese del Passaggio a Nord-Ovest, coprendo il periodo dal 1982 al 2020.

Pannello a: Anomalie della Temperatura Superficiale

  • Il grafico mostra l’anomalia della temperatura superficiale, espressa in gradi Celsius, calcolata rispetto a una media di riferimento stabilita annualmente. I valori sopra lo zero indicano temperature superiori alla media, mentre quelli sotto lo zero indicano temperature inferiori.
  • Si osserva una tendenza generale verso valori positivi più elevati, particolarmente evidente nel periodo post-2007, come delimitato dalla linea tratteggiata rosa che segna la distinzione tra i due periodi di interesse: 1982-2006 e 2007-2020.

Pannello b: Anomalie di Albedo

  • Questo grafico rappresenta le anomalie dell’albedo, che quantificano le deviazioni percentuali della riflettività della superficie rispetto alla media storica. Valori positivi indicano un aumento dell’albedo, mentre valori negativi indicano una diminuzione.
  • L’albedo, misurando la frazione di radiazione solare riflessa rispetto a quella incidente, non mostra una tendenza univoca come quella della temperatura, ma piuttosto fluttuazioni notabili tra gli anni.

La linea tratteggiata rosa, che segna la transizione tra i periodi di focus analitici, indica una potenziale ricalibrazione degli standard di riferimento o un cambio metodologico a partire dal 2007. L’analisi di queste anomalie è fondamentale per comprendere le dinamiche del clima artico e le sue implicazioni per la navigazione marittima e gli ecosistemi, in un contesto di cambiamenti climatici globali.

5 Conclusioni

In questo studio abbiamo analizzato le condizioni del ghiaccio pluriennale (MYI) nelle regioni occidentali dell’Artico canadese del Passaggio a Nord-Ovest per un periodo di 52 anni, estendendo l’analisi precedente di Howell et al. (2008) dal 1968 al 2006 fino a includere le variazioni degli ultimi 14 anni, per un periodo complessivo dal 1968 al 2020. In media, si è osservata una riduzione delle anomalie dell’area MYI durante la stagione di navigazione del 33% dal 2007 al 2020 rispetto alla climatologia del 1991-2020. In particolare, il periodo dal 2007 al 2020 ha registrato una frequenza senza precedenti di anomalie negative: 13 degli ultimi 14 anni hanno mostrato valori negativi nel Mare di Beaufort, a Franklin e nel corridoio navigabile dell’Artico occidentale; 10 degli ultimi 14 anni sono stati negativi nel Canale di Parry Occidentale e nelle Isole della Regina Elisabetta; e 9 degli ultimi 14 anni hanno registrato anomalie negative nel Canale di M’Clintock. I processi di recupero del MYI, sia per invecchiamento dell’FYI sia per scambio dinamico, hanno mostrato una diminuzione rispettivamente del 47% e del 21% nel periodo 2007-2020, confrontati con il periodo 1968-2006.

Nonostante il periodo 2007-2020 sia stato segnato da anomalie negative di MYI senza precedenti, i processi dinamici e termodinamici di recupero del MYI, che sostengono la presenza di MYI in queste regioni, hanno continuato a operare, sebbene con intensità ridotta. Questo risultato conferma l’ipotesi di Howell et al. (2008) secondo cui il processo di recupero del MYI operante nelle regioni occidentali della CAA del Passaggio a Nord-Ovest può sostenere la presenza continua di MYI nonostante il riscaldamento antropogenico, come dimostrato dalle condizioni anormalmente basse di MYI dal 2007 al 2020. Inoltre, la regione a nord delle Isole della Regina Elisabetta, che funge da bacino per il MYI che fluisce verso sud nel Passaggio a Nord-Ovest, ha mostrato una stabilità pressoché invariata dal 2007. Con il continuo assottigliamento del MYI nell’Oceano Artico e la riduzione dell’invecchiamento dell’FYI nella CAA, si prevede un declino del recupero del MYI anche nel Passaggio a Nord-Ovest. Tuttavia, fino a quando questi processi di recupero del MYI non cesseranno completamente, il MYI continuerà a rappresentare un notevole rischio per l’utilizzo pratico del Passaggio a Nord-Ovest come via di navigazione. Complessivamente, questo studio fornisce una verifica critica delle prospettive che prevedono opportunità di navigazione regolari e prive di ghiaccio attraverso il Passaggio a Nord-Ovest nel futuro prossimo.

Ringraziamenti

Questo documento è dedicato alla memoria del Dr. David Barber, pioniere della ricerca sul ghiaccio marino in Canada. Desideriamo esprimere la nostra gratitudine a Damien Ringeisen e a un revisore anonimo, il cui contributo ha notevolmente arricchito la qualità di questo lavoro. J. L. beneficia del sostegno del progetto Centre for Integrated Remote Sensing and Forecasting for Arctic Operations (CIRFA), finanziato dal Research Council of Norway (RCN) con il grant n° 237906, e del progetto air-snow-ice-ocean INTERactions transforming Atlantic Arctic Climate (INTERAAC), supportato dal grant RCN n° 328957. D.B. è finanziato dal Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada (NSERC) e desidera riconoscere il supporto ricevuto da D. Barber e R. Galley.

https://doi.org/10.1080/07055900.2022.2136061

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