Impatti del Cambiamento del Ghiaccio Marittimo sulla Navigazione nel Passaggio a Nord-Ovest

https://www.nature.com/articles/s43247-024-01477-6

Impatti del Cambiamento del Ghiaccio Marittimo sulla Navigazione nel Passaggio a Nord-Ovest

Il Passaggio a Nord-Ovest del Canada, tradizionalmente ostacolato da ghiaccio marino perenne e spesso, sta assistendo a un incremento della navigabilità dovuto alla transizione verso un regime di ghiaccio stagionale, più giovane e sottile. Attraverso l’applicazione dell’Indice di Rischio del Sistema di Indicizzazione del Rischio di Valutazione dei Limiti Operativi Polari, abbiamo esaminato l’evoluzione della durata delle stagioni di navigazione lungo le rotte del Passaggio dal 2007 al 2021. Le analisi indicano che il ghiaccio pluriennale, spostato verso sud dalle alte latitudini, forma persistenti punti di strozzamento che limitano la durata delle stagioni di navigazione. Tali restrizioni variano significativamente tra le rotte meridionali e settentrionali, con alcune sezioni del percorso settentrionale che registrano riduzioni fino a 14 settimane nel periodo considerato. Questa variabilità e riduzione della stagione di navigazione influenzano non solo il commercio internazionale, ma anche il rifornimento e i costi alimentari nelle comunità artiche, sottolineando la necessità di interventi politici mirati.

Il Settore della Spedizione: Importanza e Sfide nel Passaggio a Nord-Ovest Canadese

La spedizione rappresenta un pilastro fondamentale dell’economia globale, gestendo il commercio annuale per trilioni di dollari e trasportando circa il 90% dei beni a livello mondiale. L’interesse internazionale verso le rotte marittime artiche canadesi è cresciuto significativamente, specialmente per il Passaggio a Nord-Ovest (NWP), che si prospetta come un’alternativa più breve ed economica ai tradizionali canali di Panama e Suez per collegare gli oceani Atlantico e Pacifico. Il recente conflitto globale con la Russia ha accentuato l’interesse verso il NWP, poiché alcune nazioni potrebbero essere caute nell’utilizzare la Rotta del Mare del Nord nel futuro prossimo.

Il NWP si divide in una rotta meridionale in acque poco profonde a sud dell’Isola di Victoria e una rotta settentrionale in acque profonde attraverso il Canale di Parry. Entrambe le rotte iniziano e terminano all’ingresso orientale dell’Arcipelago Artico Canadese (CAA) attraverso il Lancaster Sound. Attualmente, il 97% delle navi preferisce la rotta meridionale, anche se quella settentrionale, essendo più corta, è vista come più efficiente per le operazioni di transito e commerciali.

Nonostante la nebbia rappresenti un ostacolo significativo per entrambe le rotte, il principale impedimento rimane il ghiaccio marino. Quest’ultimo ha mostrato una notevole riduzione durante i record satellitari, soprattutto nei mesi estivi, con un calo dell’area del ghiaccio marino del 5-20% per decennio dal 1968 al 2016 nell’Artico canadese. Con la diminuzione del ghiaccio, il numero di viaggi delle navi è aumentato considerevolmente dal 1990, e si prevede che questa tendenza continuerà nei prossimi decenni.

Il futuro della navigabilità nel NWP è complicato dalla difficoltà dei modelli climatici più avanzati di rappresentare la dinamica locale del ghiaccio nei canali stretti del CAA. Inoltre, il flusso verso sud di ghiaccio marino spesso (MYI) dall’Oceano Artico, particolarmente dall’Ultima Area di Ghiaccio (LIA) situata a nord del CAA e della Groenlandia, potrebbe continuare a influenzare le rotte nel NWP. Questo ghiaccio, sebbene meno robusto rispetto al passato, si prevede che rimarrà presente anche quando il resto dell’Oceano Artico sarà privo di ghiaccio nei mesi estivi.

È importante notare che la correlazione tra la diminuzione del ghiaccio marino e l’aumento delle attività di spedizione non è determinata solo dai cambiamenti fisici del ghiaccio, ma anche da fattori economici come l’estrazione di risorse naturali e i prezzi globali delle materie prime. Pertanto, le future modifiche nelle operazioni di spedizione non dipenderanno esclusivamente dalle condizioni del ghiaccio marino, ma anche da considerazioni strategiche e di marketing, che potranno abilitare o impedire il traffico futuro.

La figura 1 rappresenta una mappa dettagliata del Passaggio a Nord-Ovest (NWP). Ecco i dettagli chiave rappresentati nella mappa:

1. Tracce delle Navi (1990-2018):
   • Le linee grigie visualizzate indicano le tracce delle navi nel periodo dal 1990 al 2018, mostrando le rotte marittime effettivamente seguite attraverso il Passaggio a Nord-Ovest.
2. Rotte di Spedizione del NWP:
   • Rotta Meridionale (Linea Rossa): Segnalata dalla linea rossa, questa rotta si snoda a sud dell’Isola di Victoria ed è la più utilizzata.
   • Rotta Settentrionale 1 (Linea Blu): Questa rotta attraversa il canale centrale dell’Arcipelago Artico Canadese.
   • Rotta Settentrionale 2 (Linea Viola): Una variante più a nord rispetto alla Rotta Settentrionale 1, marcata in viola.
   • Canale del Principe Reggente (Linea Verde): Un percorso alternativo attraverso il Canale del Principe Reggente, evidenziato in verde.
3. Riferimenti Geografici:
   • La mappa include importanti punti di riferimento geografici come la Baia di Cambridge, la Baia di Melville e l’Isola di Victoria, fondamentali per la navigazione attraverso il NWP.
   • Il rilievo terrestre è basato sull’International Bathymetric Chart of the Arctic Ocean V3 (IBCAO), che fornisce dettagli sulla profondità marina nell’area.
4. Rilevanza della Mappa:
   • Questa mappa è cruciale per comprendere le opzioni di navigazione attraverso il NWP e come queste sono state sfruttate nel tempo, offrendo una visione chiara delle rotte preferenziali e degli ostacoli come il ghiaccio marino che possono influenzare la scelta del percorso.

La mappa serve come strumento essenziale per navigatori, ricercatori e policy makers che si occupano della navigazione nell’Artico e delle sue implicazioni sia economiche che ambientali.

Riduzione del Ghiaccio Marittimo e Impatti sulla Navigabilità nel Passaggio a Nord-Ovest

Gli studi a lungo termine hanno documentato una marcata diminuzione del ghiaccio marino nell’Artico canadese, fenomeno che potrebbe migliorare la navigabilità delle navi in diverse aree del Passaggio a Nord-Ovest. La rotta settentrionale del NWP, in particolare, è stata quasi completamente priva di ghiaccio per la prima volta nella memoria storica durante l’estate del 2007, con condizioni di navigazione particolarmente favorevoli anche nel 2011 e nel 2012. Dal 2007, l’Artico ha assistito a un significativo cambio da un regime di ghiaccio marino pluriennale a un regime di ghiaccio di primo anno, influenzando notevolmente gli studi di lungo periodo. Nonostante la riduzione generale del 33% delle condizioni di ghiaccio marino pluriennale nelle regioni del NWP dal 2007, si osserva una considerevole variabilità annuale.

Di fronte a questi cambiamenti, è essenziale adottare un approccio più focalizzato per comprendere la futura navigabilità del NWP, soprattutto per valutare l’impatto sulla durata delle stagioni di navigazione a partire dal 2007. Le riduzioni del ghiaccio marino non si traducono automaticamente in una maggiore navigabilità delle navi. Un aspetto cruciale da esaminare è la resistenza dei punti di strozzamento lungo le rotte del NWP, dove il ghiaccio marino pluriennale persiste in alta concentrazione, mentre altre aree sono prive di ghiaccio durante la stagione di navigazione. Inoltre, l’aumento della mobilità del ghiaccio marino potrebbe ridurre la sicurezza della navigazione nell’Artico, rappresentando un rischio significativo per le navi, in particolare quelle con protezioni contro il ghiaccio limitate.

Le implicazioni per le comunità locali, che dipendono dalle navi di rifornimento, sono notevoli. La variabilità dell’accessibilità e i potenziali pericoli per le navi con bassa resistenza al ghiaccio sono questioni di primaria importanza. Restano aperte le domande sulla reale evoluzione della stagione di navigazione dopo il 2007 e sulla presenza di punti di strozzamento che potrebbero impedire un utilizzo completo e costante del transito commerciale per le navi.

In questo studio, analizziamo i cambiamenti annuali nella durata delle stagioni di navigazione e la loro variabilità lungo le rotte principali del NWP tra il 2007 e il 2021. Utilizzando le carte del ghiaccio del Canadian Ice Service trasformate in un Indice di Rischio tramite il Sistema POLARIS, calcoliamo le settimane annuali in cui le navi possono operare senza rischi legati al ghiaccio, a seconda della loro Classe di Ghiaccio. Suddividiamo l’anno in periodi bimestrali per individuare se i cambiamenti avvengono principalmente durante le stagioni di transizione o nel pieno della stagione di navigazione. Analizzando i dati lungo i centri delle quattro rotte di navigazione, identifichiamo le differenze regionali nella durata delle stagioni di navigazione e come queste si sono modificate negli ultimi 15 anni, fornendo così una base per valutazioni più localizzate dei potenziali punti di strozzamento che potrebbero essere affrontati attraverso investimenti in infrastrutture o altre misure.

Risultati: Differenze Regionali nella Durata delle Stagioni di Navigazione

Abbiamo selezionato la classe di ghiaccio PC7 perché rappresenta una nave di resistenza al ghiaccio media, essendo la classe più numerosa in questa regione. Il documento supplementare presenta i risultati per altre tre classi di ghiaccio. I risultati indicano una significativa variabilità regionale nella durata media della stagione attraverso l’intero Complesso Artico Canadese (CAA) come mostrato in (Fig. 2a). Questa variabilità è legata alla distribuzione spaziale del ghiaccio marino pluriennale (MYI) nell’Artico canadese. Ad esempio, nelle e a nord delle Isole Regina Elisabetta predomina il MYI, impedendo alle navi classe PC7 di operare normalmente durante qualsiasi settimana dell’anno (Fig. 2a). Regioni con MYI meno denso si trovano nello Stretto di M’Clure, nel Suono di Viscount-Melville e nel Canale di M’Clintock, permettendo una certa attività di spedizione (Fig. 2a). Le aree con le stagioni di navigazione più lunghe sono quelle con ghiaccio di primo anno (FYI) stagionale nel sud del Mare di Beaufort, nel Golfo di Amundsen, nello Stretto di Smith, nello Stretto di Lancaster e nella Baia di Baffin, dove si registrano fino a 35 settimane di acque navigabili in alcuni luoghi (Fig. 2a).

Le navi raramente attraversano l’intera regione del CAA; di conseguenza, concentrandosi sulle principali rotte di spedizione, i risultati sono più localizzati e pertinenti (Fig. 1). La variabilità interannuale nella lunghezza delle stagioni è notevole lungo tutte le rotte del NWP, con modelli spaziali distinti in cui alcune parti delle rotte mostrano consistentemente valori più alti o più bassi rispetto ad altri nel periodo di 15 anni (Figura supplementare 1). Specificamente, i Suoni Larsen e Peel per la rotta meridionale, e lo Stretto di M’Clure e il Suono di Viscount Melville per la rotta settentrionale mostrano variazioni. Anche se le deviazioni dalla media generale sono elevate, emergono tendenze quando i dati vengono mediati in intervalli quinquennali. Calcoliamo le lunghezze medie delle stagioni per tre periodi (2007–2011, 2012–2016, 2017–2021) e valutiamo se le differenze nei valori medi quinquennali siano significative, dipendendo dalla variabilità interannuale (Fig. 2a). I calcoli ANOVA vengono eseguiti ogni 100 km lungo le rotte, e se il valore P risultante è <0.05, la differenza tra i valori medi di due periodi è statisticamente significativa. Quattro sezioni mostrano differenze statisticamente significative, numerate da 1 a 4 sulla mappa (Fig. 2a) e come caselle numerate sui grafici lineari (Fig. 2b).

Lungo la rotta meridionale del NWP, non ci sono sezioni con differenze statisticamente significative, quindi la variabilità tra gli anni è troppo grande per trarre conclusioni sul cambiamento nel tempo. Tuttavia, i valori medi rivelano modelli spaziali nella lunghezza delle stagioni di navigazione lungo la rotta, indicando aree specifiche che hanno costantemente stagioni brevi o lunghe (Fig. 2b-I). Le sezioni con le stagioni più brevi (<15 settimane) sono i Suoni Larsen e Peel, mentre le sezioni con le stagioni più lunghe (>25 settimane) sono il Mare di Beaufort occidentale e il Golfo di Amundsen, seguiti da vicino dallo Stretto di Lancaster con lunghezze di stagione di circa 20-25 settimane (Fig. 2b-I).

Lungo la prima delle due rotte settentrionali del NWP (Rotta Settentrionale 1), due sezioni mostrano differenze statisticamente significative (Fig. 2b-II). Il Mare di Beaufort orientale, vicino al lato occidentale dell’Isola di Banks, ha mostrato una notevole riduzione nella lunghezza della stagione, passando da 20-25 settimane nei primi anni (2007–2011) a 10-15 settimane negli anni recenti (2017–2021). Una riduzione simile nella lunghezza della stagione è stata osservata nello Stretto di M’Clure, che aveva una lunghezza di 10-15 settimane nei primi anni, riducendosi a solo 3-5 settimane negli anni recenti. La seconda rotta settentrionale (Rotta Settentrionale 2) mantiene una lunga stagione di navigazione nel Golfo di Amundsen (20–25 settimane) in tutti i periodi di tempo, che si riduce lungo la rotta verso nord attraverso lo Stretto del Principe di Galles, nel Suono di Viscount Melville (Fig. 2b-III). Qui, si registra una riduzione statisticamente significativa nella lunghezza della stagione, passando da 5-10 settimane nei primi anni a solo 2-4 settimane negli anni recenti. Solo una sezione del NWP ha mostrato un aumento statisticamente significativo nella lunghezza della stagione di navigazione, all’ingresso orientale dello Stretto di Lancaster (Fig. 2b-IV), dove è aumentata da 20 settimane nel 2007–2011 a 23–25 settimane nel 2017–2021. La sezione stretta dello Stretto di Bellot all’estremità occidentale dell’Insenatura del Principe Reggente ha complessivamente una stagione di navigazione più lunga rispetto alle sezioni circostanti della rotta, anche se la variabilità anno per anno è notevole, quindi non si possono trarre conclusioni sul cambiamento nel tempo.

La Figura 2 illustra le differenze regionali nella durata delle stagioni di navigazione per le navi di classe PC7 nel Passaggio a Nord-Ovest (NWP) dal 2007 al 2021. Ecco una spiegazione dettagliata delle due parti della figura:a. Mappa

• Lunghezza Media della Stagione di Navigazione: La base della mappa visualizza la lunghezza media della stagione di navigazione per le navi di classe PC7, variando da 0 settimane (rosso) a 39 settimane (blu). Le zone blu indicano regioni con le stagioni di navigazione più lunghe, mentre le aree rosse rappresentano stagioni molto brevi o inesistenti.
• Rotte del NWP: Le quattro rotte principali del NWP sono evidenziate sulla mappa. Ogni rotta è contrassegnata con indicatori di posizione ogni 100 km, e numerata ogni 500 km.
• Linee tratteggiate bianche: Queste linee indicano le sezioni delle rotte dove si sono verificati cambiamenti statistici significativi nella lunghezza delle stagioni di navigazione, identificate attraverso analisi ANOVA.

b. Grafici

• Lunghezze Medie della Stagione di Navigazione per Cinque Anni: I quattro grafici (I–IV) corrispondono alle quattro rotte illustrate nella mappa, mostrando la media della lunghezza della stagione di navigazione nei periodi quinquennali:
  • Blu: Media del periodo 2007–2011.
  • Grigio: Media del periodo 2012–2016.
  • Rosa: Media del periodo 2017–2021.
• Asse x: Rappresenta la distanza lungo la rotta da ovest verso est, con i nomi dei luoghi che possono essere identificati sulla mappa.
• Caselle Numerate (1 a 4): Indicano le sezioni lungo le rotte dove le differenze tra i gruppi quinquennali sono statisticamente significative (P-value <0.05), corrispondendo alle linee tratteggiate bianche sulla mappa.

Questa figura offre una panoramica dettagliata delle variazioni temporali della navigabilità nel Passaggio a Nord-Ovest, evidenziando le differenze significative nelle lunghezze delle stagioni di navigazione lungo le specifiche sezioni delle rotte, essenziali per la pianificazione del traffico marittimo e la gestione delle risorse nelle acque artiche.

Variazioni nella Durata delle Stagioni di Spedizione Intra-annuali

Un’analisi più approfondita può aiutare a determinare se sono avvenute variazioni nelle durate delle stagioni di spedizione durante la stagione centrale o le stagioni marginali. La Figura 3 mostra la variabilità della durata dell’operazione “normale” per le navi di tipo PC7 nei periodi iniziale (giugno/luglio), centrale (agosto/settembre) e finale (ottobre/novembre). In tutte le rotte, la stagione centrale presenta costantemente il maggior numero di settimane in cui è possibile il transito delle navi in condizioni normali. Le regioni rilevanti lungo le rotte di navigazione corrispondono a quelle che mostrano cambiamenti significativi per l’intera stagione (Fig. 2). La durata della stagione nel Mare di Beaufort Orientale si è ridotta in tutti e tre i periodi: da 5–7 settimane a 2-3 settimane nella fase iniziale (Fig. 3a-II); da 7-8 settimane a 3-4 settimane nella fase centrale (Fig. 3b-II); e da 6-7 settimane a 2-3 settimane nella fase finale (Fig. 3c-II). In questa località, i tre periodi hanno mostrato una riduzione simile nel numero di settimane. La durata della stagione nello Stretto di M’Clure si è anch’essa ridotta in tutti e tre i periodi, con la riduzione più marcata durante la stagione centrale, passando da 6-7 settimane a 1–3 settimane. Similmente, un’altra regione che mostra una sostanziale riduzione della durata complessiva della stagione, il Suono di Viscount Melville, ha subito il taglio maggiore principalmente nella stagione centrale (Fig. 3b-III). Nella quarta sezione con cambiamenti significativi per l’intera stagione, il lato orientale del Suono di Lancaster, l’incremento della durata della stagione di spedizione si è verificato nelle stagioni marginali, anche se la durata della stagione centrale era già di 7-8 settimane in tutti e tre i periodi di cinque anni (Fig. 3b-IV). Un’ulteriore località di interesse è la sezione di Larsen e Peel Sound durante la stagione centrale (Fig. 3b-I), dove la durata della stagione di spedizione si è ridotta da 5–8 settimane a 3–7 settimane, anche se questa variazione non è statisticamente significativa.

Cambiamenti Significativi nella Durata delle Stagioni di Spedizione nelle Rotte Settentrionali

Per analizzare le tendenze nelle regioni che hanno mostrato cambiamenti significativi, ci focalizziamo su quattro sezioni specifiche delle rotte di spedizione che hanno evidenziato differenze statisticamente rilevanti nei tre periodi quinquennali dell’intera stagione di spedizione. Le lunghezze medie annuali delle stagioni, calcolate per i tratti di 200 km delle rotte settentrionali (Sezioni 1–3) e per il tratto di 120 km nel lato orientale dello Stretto di Lancaster (Sezione 4), sono illustrate nella Figura 2a, mentre i risultati delle serie temporali sono presentati nella Figura 4.

Tra le quattro regioni analizzate, la durata della stagione completa di spedizione nel Mare di Beaufort Orientale (Sezione 1) ha subito la riduzione maggiore, con un calo di 14 settimane, passando da 27 settimane nel 2007 a soltanto 13 settimane nel 2021 (Fig. 4.1). Ogni stagione intra-annuale ha visto diminuzioni statisticamente significative, con tagli fino a 6 settimane. Il 2018 è stato l’anno con la stagione più breve, limitata a sole 3 settimane di accessibilità per le navi PC7.

Lo Stretto di M’Clure (Sezione 2) ha registrato un’accorciamento significativo della stagione di spedizione, riducendosi di 5 settimane (Fig. 4.2). Qui, il calo più marcato si è verificato nella stagione media, con una diminuzione da 6,5 a 2 settimane, mentre le stagioni di spalla non hanno mostrato variazioni significative. Curiosamente, nel 2010 la rotta è rimasta aperta per più di 4 settimane durante la stagione iniziale, ma nel 2018 è stata aperta per meno di una settimana.

Il Suono di Viscount Melville (Sezione 3) ha visto una riduzione della lunghezza della stagione completa simile a quella dello Stretto di M’Clure, diminuendo di 5 settimane (Fig. 4.3). Questa regione ha registrato le lunghezze di stagione più basse nel periodo di 15 anni, con le riduzioni più consistenti nella stagione media, anche se questa tendenza non è risultata statisticamente significativa. La sezione è rimasta chiusa nelle stagioni iniziali e ha mostrato pochi cambiamenti nella stagione tardiva, con una durata che variava tra 1 e 4 settimane.

Nel lato orientale dello Stretto di Lancaster (Sezione 4), si è verificato un trend positivo statisticamente significativo nella lunghezza della stagione completa di spedizione, con un aumento di 4,5 settimane (Fig. 4.4). Questo incremento si è principalmente manifestato nella stagione tardiva, estendendo il periodo di operatività navale fino a più tardi nell’anno, con un aumento di 2 settimane dal 2007 al 2021.

Le tendenze per le navi non rinforzate contro i ghiacci seguono un modello simile, sebbene le variazioni statisticamente significative per l’intera stagione di spedizione si limitino allo Stretto di M’Clure (Fig. 5.2). Come per le navi PC7, la maggior parte delle riduzioni si è verificata durante la stagione media. Sebbene la lunghezza della stagione completa nel Mare di Beaufort Orientale mostri una considerevole variabilità interannuale, si osservano trend negativi nelle stagioni iniziale e media (Fig. 5.1). Nel Suono di Viscount Melville, il numero di settimane all’anno è stato molto basso (da 0 a 10 settimane) dal 2007 senza evidenti tendenze (Fig. 5.3). Anche per le navi Non-IS nel lato orientale dello Stretto di Lancaster non si riscontrano trend (Fig. 5.4), tuttavia la sezione è stata costantemente accessibile durante la stagione media dal 2007. Le lunghezze delle stagioni per le navi di tipo 1B e PC3 nelle sezioni settentrionali del Passaggio a Nord-Ovest mostrano tendenze simili, rivelando che le navi con diversi gradi di resistenza dello scafo sono soggette a stagioni di spedizione più corte in queste regioni (Figure Supplementari 5, 6).

La Figura 3 illustra le variazioni nelle lunghezze delle stagioni di ‘operazione normale’ per le navi di classe ghiaccio PC7, divise in tre periodi distinti: inizio stagione (a), metà stagione (b), e fine stagione (c). Ogni grafico rappresenta un differente periodo dell’anno e evidenzia le differenze nella durata delle stagioni di navigazione, calcolate in periodi di 8 settimane.

Dettagli dei grafici:

• Asse x: Mostra la distanza lungo il percorso di navigazione, da ovest verso est. I nomi dei luoghi e le distanze sono indicati sulla mappa nella Figura 2a.
• Asse y: Indica la durata della stagione di operazione normale in settimane.

Ogni pannello grafico (a, b, c) è ulteriormente suddiviso in quattro sezioni (I, II, III, IV), corrispondenti a specifiche aree geografiche lungo la rotta di navigazione:

• Sezione I, II, III, IV: Ciascuna sezione si concentra su un’area specifica lungo la rotta e mostra variazioni significative della lunghezza della stagione negli anni analizzati.

Interpretazione delle variazioni:

• Le linee nei grafici rappresentano la durata della stagione di operazione normale per tre diversi gruppi quinquennali (2001-2005, 2006-2010, 2011-2015), mostrando come la durata della stagione sia cambiata nel tempo in ciascuna delle parti dell’anno.

Significatività statistica:

• I riquadri numerati da 1 a 4 in ogni grafico indicano le regioni lungo la rotta dove le differenze nella lunghezza della stagione tra i gruppi quinquennali sono statisticamente significative (valore P dell’ANOVA < 0,05), evidenziando cambiamenti consistenti e non casuali nella durata della stagione di operazione normale in quelle aree specifiche.

In sintesi, questa figura fornisce una panoramica chiara sulle tendenze temporali e spaziali della navigabilità lungo specifiche sezioni delle rotte di navigazione artiche, focalizzandosi sulle variazioni stagionali e la loro rilevanza statistica.

Analisi Dettagliata delle Variazioni nella Durata delle Stagioni di Spedizione nel Passaggio a Nord-Ovest dal 2007

Abbiamo condotto la prima analisi approfondita dei cambiamenti nella lunghezza delle stagioni lungo le rotte di spedizione del Passaggio a Nord-Ovest (NWP) dal 2007, utilizzando una scala di nave pertinente e valori RIO operativamente rilevanti per valutare i rischi di navigazione legati alle modifiche del ghiaccio marino. Questo approccio è fondamentale per identificare variazioni su scale spazio-temporali pertinenti alle operazioni navali, che nell’Artico sono spesso troppo approssimative per influenzare efficacemente le decisioni di navigazione locale prese dagli operatori e permettere ai policymaker di formulare decisioni informate sulla sicurezza marittima e la gestione del rischio. Il nostro focus è sulle rotte attraverso il NWP a livello locale (a intervalli di 1 km lungo i percorsi fissati) e in periodi costanti (settimanalmente, annualmente e per 15 anni). Il nostro studio quindicennale inizia quando il regime del ghiaccio artico è cambiato verso ghiaccio più giovane e sottile, e teniamo conto di una notevole variabilità interannuale a livello regionale. L’accesso a carte del ghiaccio disponibili tutto l’anno su base settimanale rende impossibile includere anni antecedenti al 2007, quindi evitiamo di fare inferenze su tendenze passate o future a lungo termine.

Basandoci sulla Figura 2, possiamo confermare che esistono diverse regioni che fungono da punti di strozzatura lungo le rotte del NWP. Le sezioni con le durate più brevi nei Suoni di Larsen e Peel rappresentano punti di strozzatura per la rotta meridionale. Le riduzioni nella durata delle stagioni sono molto più evidenti nella rotta settentrionale, segnalando i punti di strozzatura all’interno dell’Arcipelago Artico Canadese, come nello Stretto di M’Clure e nel Suono di Viscount Melville. Ci sono regioni lungo la rotta settentrionale che hanno stagioni di spedizione più brevi rispetto a qualsiasi luogo lungo la rotta meridionale nel periodo 2007-2021, suggerendo che questi strozzamenti sono probabilmente più severi di quelli della rotta meridionale. Alcuni studi precedenti indicano che la rotta settentrionale potrebbe diventare meno rischiosa in futuro, ma abbiamo dimostrato che lunghi tratti della rotta settentrionale hanno mostrato cali statisticamente significativi nella lunghezza della stagione di spedizione nel periodo 2007-2021.

Questi periodi di spedizione ridotti e la presenza di punti di strozzatura sono attribuibili ai processi dinamici e termodinamici del ghiaccio marino pluriennale (MYI) che operano nell’Arcipelago Artico Canadese, contribuendo a una notevole variabilità interannuale nelle lunghezze delle stagioni di spedizione per entrambe le rotte, con la rotta settentrionale che presenta dinamiche più complesse. In particolare, il MYI dell’Oceano Artico, situato nell’Ultima Area di Ghiaccio (LIA), viene esportato nell’Arcipelago Artico Canadese, dove viene trasportato gradualmente verso sud attraverso i canali dell’Arcipelago, con le regioni del Suono di Viscount Melville, del Canale M’Clintock e del Suono di Larsen che fungono da “trappola per il drenaggio” per il MYI. Di conseguenza, la presenza di MYI nell’Arcipelago (e nell’NWP in generale) è ciclica, con anni di MYI anomalo seguiti da periodi di recupero. Inoltre, una quantità considerevole di MYI si forma termodinamicamente all’interno dell’Arcipelago. Le oscillazioni nella Figura 2 riflettono questo processo e mettono in evidenza le regioni dei punti di strozzatura all’interno dell’Arcipelago Artico Canadese.

Nel futuro, alcuni anni potrebbero vedere punti di strozzamento lungo il Passaggio a Nord-Ovest (NWP) diventare più navigabili rispetto ad altri, a causa della loro variabilità storica. Tuttavia, la loro presenza persistente continuerà a rappresentare una sfida significativa per le navi in transito. Il riscaldamento nell’Artico Canadese non ha impedito il flusso di ghiaccio marino pluriennale (MYI) attraverso l’Arcipelago Artico Canadese (CAA). Infatti, studi indicano un incremento nell’esportazione di ghiaccio marino dell’Oceano Artico verso l’CAA dal 1997, che ha contribuito a stagioni più brevi nello Stretto di M’Clure e nel Suono di Viscount Melville a partire dal 2007 (Fig. 2). L’anno 2007 segna il passaggio da un regime di MYI a uno di ghiaccio marino annuale (FYI), riflettendo le condizioni attuali di ghiaccio più leggero nell’Artico. Il riscaldamento dell’Artico Canadese accelera la frammentazione del ghiaccio all’interno del CAA, ma facilita anche il trasporto verso sud del MYI dalla Ultima Area di Ghiaccio (LIA) verso il CAA, riempiendo i vuoti di acqua aperta nelle regioni “trappola di drenaggio” come il Suono di Viscount Melville, il Canale M’Clintock e il Suono di Larsen. Questo processo di trasporto del ghiaccio continuerà finché il ghiaccio più vecchio e spesso dell’Artico rimarrà lungo la costa nord del CAA.

Questi dinamismi non sono adeguatamente rappresentati nei modelli climatici, portando a un’eccessiva ottimistica valutazione dell’utilizzo pratico del Passaggio a Nord-Ovest basato solo su studi modellistici. Sebbene si preveda una riduzione del trasporto verso sud del MYI verso la metà del secolo e oltre, questo non si arresterà completamente e continuerà a creare problemi di navigazione finché non si esaurirà la riserva di MYI nella LIA.

Dall’inizio alla fine del periodo considerato (2007-2021), il Mare di Beaufort Orientale ha visto una riduzione comparabile della durata delle stagioni, mentre nello Stretto di M’Clure e nel Suono di Viscount Melville, la stagione di mezzo ha subito le riduzioni più significative (Fig. 3). Queste riduzioni sottolineano le sfide di navigazione che queste aree continuano a presentare, con il Mare di Beaufort Orientale che potrebbe essere considerato un ulteriore punto di strozzamento al di fuori del CAA. La diminuzione della lunghezza complessiva della stagione di spedizione è stata particolarmente marcata in queste regioni, e la tendenza negativa non mostra segni di inversione, suggerendo che queste aree richiedano una continua attenzione per il futuro transito delle navi (Fig. 4, 5). Durante la stagione di mezzo, quando il ghiaccio più giovane si scioglie e i canali si aprono, il MYI entra nei canali, aumentando i pericoli in queste sezioni. L’estremo orientale dello Stretto di Lancaster, d’altra parte, non mostra segni di riduzione della stagione di spedizione e ha visto un aumento della durata della stagione dal 2007, rimanendo accessibile fino a più tardi nell’anno (Fig. 4, 5).

Impatti degli Studi sulle Comunità Costiere del Passaggio a Nord-Ovest

Questo studio evidenzia impatti significativi sulle comunità costiere lungo le rotte del Passaggio a Nord-Ovest (NWP). Molte delle comunità artiche canadesi dipendono dal traffico marittimo per la fornitura di beni essenziali e prodotti alimentari acquistati nei negozi. Purtroppo, la maggior parte delle comunità accessibili via strada non si trova nella regione del NWP, mentre molte delle comunità che dipendono esclusivamente dal rifornimento via nave o aereo (molto costoso) sono situate lungo le rotte del NWP. Per esempio, si raccomanda che il rifornimento futuro per comunità come Resolute Bay, Arctic Bay e Pond Inlet, situate lungo la rotta settentrionale del NWP, continui a provenire dall’est, dove le stagioni sono più lunghe (Fig. 2). Al contrario, per comunità come Sachs Harbour, Paulatuk, Ulukhaktok, Kugluktuk e Cambridge Bay, si suggerisce che il rifornimento continui ad arrivare dall’ovest (Fig. 2). Attualmente, il rifornimento a Gjoa Haven e Taloyoak proviene dall’est, ma in futuro potrebbe arrivare dall’ovest per evitare il Suono di Larsen, dove si prevede che il rischio di ghiaccio persista nel breve e medio termine (Fig. 2). L’allungamento delle stagioni di navigazione nello Stretto di Lancaster (Fig. 2), soprattutto nella stagione tardiva (Fig. 3), potrebbe ridurre i costi alimentari per le comunità in questa area, se i rifornimenti marittimi rispondessero alle condizioni del ghiaccio sostituendo, almeno in parte, quelli aerei, che rappresentano un modo costoso di trasporto merci.

Gli impatti sul rifornimento delle comunità e sui costi dei prodotti alimentari sono particolarmente rilevanti mentre il cambiamento climatico continua a limitare l’accesso al cibo locale, incrementando l’insicurezza alimentare nelle comunità Inuit. Un esempio recente è stato nel 2018, quando il rifornimento a Kugluktuk e Cambridge Bay è stato annullato a causa di condizioni di ghiaccio estreme, costringendo al trasporto aereo di beni di consumo e carburante nelle comunità a un costo di quasi 4 milioni di dollari.

Lo studio conferma che la durata delle stagioni nel NWP varia notevolmente e mostra per la prima volta che la stagione di spedizione lungo gran parte della rotta settentrionale si è accorciata dal 2007. Il cambiamento climatico probabilmente non porterà a un aumento sostenuto delle stagioni di spedizione nella rotta settentrionale del NWP a causa della presenza continua di punti di strozzamento. I nostri risultati confermano anche che i processi dinamici del ghiaccio marino nel NWP possono permettere la navigazione per alcune settimane all’anno, ma è improbabile che l’acqua libera o il ghiaccio con un basso indice di rischio offrano affidabilità per l’intera durata della stagione di spedizione, complicando le spedizioni di routine attraverso il NWP. Le aree identificate nel Mare di Beaufort Orientale, nello Stretto di M’Clure e nel Suono di Viscount Melville dovrebbero essere monitorate attentamente per garantire viaggi sicuri. Questi risultati stimoleranno ulteriori ricerche per modellare le previsioni sulla futura navigabilità. In sintesi, un prolungamento consistente della stagione di spedizione lungo tutte le rotte del NWP sarà altamente variabile, e le aspettative di una riduzione del ghiaccio marino che faciliti un passaggio sicuro lungo la rotta settentrionale dovrebbero essere evitate.

La Figura 4 presenta le sezioni delle rotte di navigazione dove i trend medi sono statisticamente significativi per le navi di classe PC7, come evidenziato dalle linee tratteggiate bianche nella Figura 2a. Questo grafico si concentra sui cambiamenti nella durata delle stagioni di operazione normale per queste navi, suddiviso in stagione completa e stagioni iniziale, media e tardiva.

Dettagli della figura:

1. Sezioni della Rotta:
   • Sezione 1: Mare di Beaufort Orientale
   • Sezione 2: Stretto di M’Clure
   • Sezione 3: Suono di Viscount Melville
   • Sezione 4: Stretto di Lancaster Orientale
2. Durata della Stagione:
   • Stagione completa: Si estende fino a 39 settimane all’anno.
   • Stagioni iniziale, media e tardiva: Ognuna di queste stagioni può durare fino a 8 settimane.
3. Asse Y (verticale):
   • Indica il numero di settimane durante le quali le navi di classe PC7 possono operare normalmente.
4. Asse X (orizzontale):
   • Mostra l’intervallo temporale dal 2000 al 2020.
5. Error Bars:
   • Le barre di errore rappresentano la deviazione standard dei valori medi lungo le sezioni di 200 km per le Sezioni 1-3, e lungo la sezione di 120 km per la Sezione 4, a intervalli di 10 km.
6. Linee di Tendenza:
   • Le linee di tendenza lineari sono mostrate dove il valore P < 0.05, indicando una tendenza statistica significativa nel cambiamento della lunghezza delle stagioni di navigazione nel tempo.

Questo grafico fornisce un’analisi visiva dettagliata dei cambiamenti specifici nella durata delle stagioni di navigazione per le navi PC7 in ciascuna sezione della rotta del NWP, mostrando come le condizioni del ghiaccio e la navigabilità stiano evolvendo nel tempo a causa di vari fattori, inclusi i cambiamenti climatici. Questo tipo di analisi è fondamentale per la pianificazione delle operazioni di navigazione e la gestione del rischio marittimo.

La Figura 5 presenta i dati relativi alle navi non rinforzate contro i ghiacci (Non-Ice Strengthened, Non-IS) nelle quattro sezioni di rotta del Passaggio a Nord-Ovest (NWP) dove i trend medi sono statisticamente significativi. Le località specifiche sono indicate come linee tratteggiate bianche nella Figura 2a.

Dettagli dei grafici:

1. Quattro Sezioni di Rotta Analizzate:
   • Sezione 1: Mare di Beaufort Orientale
   • Sezione 2: Stretto di M’Clure
   • Sezione 3: Suono di Viscount Melville
   • Sezione 4: Stretto di Lancaster Orientale
2. Misurazioni:
   • Stagione completa: fino a 39 settimane all’anno.
   • Stagioni iniziale, media e tardiva: fino a 8 settimane ciascuna.
3. Asse Y (verticale):
   • Indica il numero di settimane durante le quali le navi Non-IS possono operare normalmente.
4. Asse X (orizzontale):
   • Mostra gli anni considerati nel grafico.
5. Barre di Errore:
   • Rappresentano la deviazione standard dei valori medi lungo i tratti di 200 km per le sezioni 1-3 e lungo 120 km per la sezione 4, misurata a intervalli di 10 km.
6. Linee di Tendenza:
   • Sono evidenziate dove il valore P < 0.05, indicando una tendenza statisticamente significativa nella durata delle stagioni di operazione normale nel tempo.

Interpretazione:

• Ogni grafico offre una visualizzazione chiara della durata delle stagioni di navigazione per le navi Non-IS in ciascuna sezione specifica. Questi dati sono fondamentali per analizzare come la navigabilità e le condizioni del ghiaccio stiano evolvendo nel tempo a causa del cambiamento climatico. Queste informazioni sono cruciali per la pianificazione e la gestione del rischio nelle operazioni marittime nelle acque artiche del NWP.

Metodi

Dati osservazionali

Abbiamo utilizzato le carte settimanali del ghiaccio regionale prodotte dal Canadian Ice Service (CIS) per determinare il POLARIS RIO per ogni tipo di ghiaccio. Queste carte includono dettagli sul ghiaccio secondo le direttive dell’Organizzazione Meteorologica Mondiale, evidenziando la concentrazione del ghiaccio e le fasi di sviluppo. Le carte sono elaborate manualmente con precisione elevata utilizzando dati provenienti da radar ad apertura sintetica, specificamente da RADARSAT-1, RADARSAT-2 e dalla Missione di Costellazione RADARSAT a partire dal 1997. Il periodo di studio copre gli anni dal 2007 al 2021, durante i quali le tecnologie utilizzate sono rimaste consistenti, rendendo minimo l’impatto del cambiamento tecnologico sulle tendenze a lungo termine.

POLARIS RIO

Per calcolare la durata delle stagioni di navigazione, abbiamo convertito le carte del ghiaccio marino del CIS in un formato che rispecchia i criteri dell’Organizzazione Marittima Internazionale per la valutazione dei rischi nella navigazione polare (POLARIS). Questo sistema valuta i limiti operativi delle navi in presenza di ghiaccio, basandosi sulla robustezza dello scafo della nave secondo le classificazioni del codice polare e analizzando i tipi di ghiaccio presenti in ciascuna regione. I risultati sono espressi come valori che indicano condizioni operative normali o aumentate di rischio. Le carte trasformate mostrano i risultati come attributi specifici per ogni classe di ghiaccio delle navi, visualizzabili mediante file shape di poligoni adatti all’uso in software GIS.

Durata della stagione di navigazione

Le lunghezze annuali delle stagioni di navigazione lungo le rotte del Passaggio a Nord-Ovest (NWP) sono state calcolate usando le carte POLARIS. Si definisce “stagione di navigazione” il periodo che va dal 1° aprile al 31 dicembre, che può estendersi fino a un massimo di 39 settimane, durante il quale una nave di specifica classe di ghiaccio può operare in condizioni normali. Per determinare la durata delle stagioni, abbiamo trasformato i valori RIO di ogni classe di nave in una griglia con celle di 1 km e li abbiamo analizzati nel tempo. Nei nostri calcoli, le celle con valori non negativi indicano condizioni operative normali. Abbiamo sommato il numero di carte settimanali che mostravano queste condizioni per calcolare la lunghezza delle stagioni per ciascun anno.

Abbiamo creato griglie annuali per ogni anno dal 2007 al 2021 nella regione del NWP. Da queste griglie, abbiamo estratto le lunghezze delle stagioni a intervalli di 10 km lungo le principali rotte di navigazione del NWP. Per comprendere meglio la navigabilità in modi specifici, abbiamo suddiviso le rotte del NWP in segmenti di 100 km.

Questo studio si concentra sulle navi con rinforzi medi contro il ghiaccio (classe PC7), che sono le più comuni nel NWP. Queste navi hanno mostrato un notevole aumento del percorso dal 1990. Offriamo anche un confronto tra i risultati delle navi PC7 e quelli di navi senza rinforzi, con rinforzi bassi e alti, disponibili nei materiali supplementari.

Per tener conto delle variazioni annue, abbiamo calcolato le lunghezze medie delle stagioni su intervalli di cinque anni, confrontando tre periodi distinti: 2007-11, 2012-16 e 2017-21. La stagione completa di navigazione è ulteriormente divisa in tre fasi: inizio stagione, metà stagione e fine stagione, che corrispondono rispettivamente ai periodi di rottura del ghiaccio, acqua aperta e formazione del ghiaccio. Un aumento della durata delle stagioni all’inizio e alla fine indica la possibilità di viaggiare più presto o più tardi durante l’anno, mentre un aumento nella metà della stagione indica che l’area rimane navigabile più a lungo.

Analisi dei Trend

Effettuiamo un test ANOVA per ogni partizione di 100 km, analizzando le lunghezze delle stagioni per anno all’interno di ogni gruppo quinquennale. Quando il valore P risultante è inferiore a 0,05, ciò indica che la differenza tra i valori medi di due periodi temporali è statisticamente significativa. Se due o più partizioni consecutive presentano un valore P inferiore a 0,05, si considera che quella sezione della rotta mostri un cambiamento statisticamente significativo e viene selezionata per un’analisi più dettagliata.

Le lunghezze medie stagionali annuali per l’intera stagione di spedizione, più le tre stagioni di 8 settimane, per ciascuna delle quattro sezioni sono calcolate dai valori misurati a intervalli di 10 km. La deviazione standard indica la variabilità di questi valori lungo tutta la sezione di 200 km.

Il periodo di 15 anni è considerato insufficiente per la rilevazione di trend tramite metodi di analisi statistica convenzionali. Invece, abbiamo identificato i trend nelle lunghezze delle stagioni di spedizione usando il test non parametrico di Mann-Kendall, e la pendenza di Sen è stata impiegata per stimare la pendenza del trend. Il test di Mann-Kendall è appropriato per valutare se la lunghezza della stagione aumenta o diminuisce nel tempo e se il trend è statisticamente significativo. Il valore della pendenza di Sen rappresenta la pendenza mediana tra tutte le coppie di valori osservati, mostrando l’entità del trend. Un trend è considerato statisticamente significativo quando il test di Mann-Kendall conferma la presenza di un trend con un livello di confidenza del 95%.

Limitazioni dei Dati

Il periodo dal 2007 al 2021 per le stagioni di spedizione annuali in questo studio è determinato dalla disponibilità delle carte del ghiaccio del Canadian Ice Service. Le carte devono essere prodotte settimanalmente, per tutto l’anno, e mantenere un livello di dettaglio uniforme per tutti gli anni per i calcoli della lunghezza delle stagioni in settimane per anno. Prima del 2007, le carte settimanali non venivano prodotte per tutto l’anno, ma solo da giugno a dicembre o meno frequentemente negli anni precedenti. Con il lancio di Radarsat-2 nel 2007, il livello di precisione e dettaglio delle carte è migliorato e le carte sono state prodotte ogni due settimane prima di marzo, poi settimanalmente da marzo fino alla fine di dicembre dal 2007 al 2011, e per tutto l’anno dal 2012. La ‘stagione completa’ di spedizione nel nostro studio va dal 1° aprile al 31 dicembre, periodo in cui il numero totale di carte settimanali per anno è uniforme in tutti gli anni. Le nostre conclusioni sono basate su queste carte storiche, ma riconosciamo che 15 anni non sono sufficienti per inferire trend futuri e non tentiamo di farlo.

Disponibilità dei Dati

Le carte storiche settimanali del ghiaccio del Canadian Ice Service sono liberamente accessibili su: Archive Search (ec.gc.ca). I dati POLARIS RIO (2007-2021) generati da queste carte per il nostro studio di ricerca sono accessibili sul server dati di Environment and Climate Change Canada: Indice di /CPS/products/CIS_-POLARIS_RIO (ec.gc.ca). I dati di base per le figure del manoscritto sono disponibili come file Excel nel repository di dati Dryad e possono essere accessi tramite https://doi.org/10.5061/dryad.p5hqbzkx8.