PIOMAS Arctic Sea Ice Volume Reanalysis- FEBBRAIO 2022

PIOMAS Arctic Sea Ice Volume Reanalysis- FEBBRAIO 2022

Anomalia del volume del ghiaccio marino artico
Il volume del ghiaccio marino viene calcolato utilizzando il Pan-Arctic Ice Ocean Modeling and Assimilation System (PIOMAS, Zhang e Rothrock, 2003 http://psc.apl.uw.edu/research/projects/projections-of-an-ice-diminished-arctic-ocean/ ) sviluppato presso APL/PSC. Il calcolo delle anomalie per ogni giorno si basa sulla media del periodo 1979-2020 per quel giorno dell’anno in modo da rimuovere il ciclo annuale. In questo periodo il ciclo annuale medio del volume del ghiaccio marino varia da 28.000 km3 in aprile a 11.500 km3 in settembre. La linea blu rappresenta la tendenza calcolata dal 1 gennaio 1979 alla data più recente riportata sulla figura. Nella figura1 le aree ombreggiate rappresentano una e due deviazioni standard dei residui dell’anomalia dalla tendenza mentre nella figura 2 sono indicate le deviazioni standard sulla media giornaliera 1979-2017.

La figura 1 mostra l’anomalia del volume del ghiaccio marino artico ottenuta da PIOMAS la quale viene aggiornata una volta al mese. Le anomalie giornaliere del volume del ghiaccio marino per ogni giorno sono calcolate rispetto alla media dal 1979 al 2021 per quel giorno dell’anno. I segni di spunta che appaiono sull’asse del tempo si riferiscono al primo giorno dell’anno. La tendenza per il periodo 1979-oggi è mostrata in blu. Le aree ombreggiate mostrano una e due deviazioni standard dalla tendenza. Le barre di errore indicano l’incertezza dell’anomalia mensile che viene tracciata una volta all’anno.

La figura 2 rappresenta il volume totale del ghiaccio marino artico e mostra anche il ciclo medio annuale del volume negli anni compresi tra il 2011 e il 2020.  Le aree ombreggiate indicano una e due deviazioni standard dalla media.

Aggiornamento volume annuale

Il 2021 si è concluso con un volume medio annuo che è stato il 7° più basso mai registrato con un valore di 13.800 km3, con gli ultimi anni molto vicini tra loro (vedi fig. 11).Il 2017 detiene ancora il record di volume annuale con 12 ,800 km3.

Volume medio annuo del ghiaccio marino secondo PIOMAS

Aggiornamento mensile per il mese di febbraio 2022

Il volume medio del ghiaccio marino artico registrato nel mese di febbraio 2022 è stato di 19.700 km^3. Questo valore è stato il 9° più basso mai registrato per febbraio, circa 2,400 km^3 sopra il record stabilito nel 2017. Il volume di ghiaccio mensile è stato del 35% sotto il massimo del 1979 e del 18% sotto il valore medio per il 1979-2021. Il volume medio del ghiaccio di febbraio 2022 è stato di 1,25 deviazioni standard sopra la linea di tendenza 1979-2021.Nel mese di febbraio 2022 le anomalie riguardanti la crescita del ghiaccio hanno continuato ad essere nella parte più alta rispetto ai valori del decennio più recente (Fig 4) con uno spessore medio del ghiaccio (sopra i 15 cm di spessore) che si trova nella parte centrale dei valori recentemente raggiunti. La mappa delle anomalie dello spessore del ghiaccio per febbraio 2022 rispetto ai dati 2011-2020 (Fig 6) mostra anomalie positive nel Mare di Beaufort e Chukchi e anomalie negative nel Mare di Kara e Laptev. Le anomalie negative che sono state presenti a nord della Groenlandia sono in fase di indebolimento e un’anomalia positiva è presente a nord dell’isola di Baffin. Lo spessore del ghiaccio secondo CryoSat 2, mostra un modello di anomalie dello spessore del ghiaccio marino generalmente simile, anche se le aree a nord della Groenlandia e della Baia di Baffin mostrano differenze sostanziali.Le serie temporali di febbraio (Fig 8) di entrambe le serie di dati non presentano una chiara tendenza negli ultimi 11 anni. Il confronto con la serie temporale di 43 anni 1979-2021 evidenzia l’importanza che la variabilità naturale riveste in serie temporali relativamente brevi come quelle attualmente disponibili da CS2. Entrambe le registrazioni mostrano una corrispondenza stretta in termini di grandezza e una variabilità temporale simile, con il volume di PIOMAS che è leggermente più grande di CS2 tranne che per il 2017.

La Figura 3 mostra il volume mensile del ghiaccio marino fornito da PIOMAS per aprile e settembre.

La figura 4 confronta le anomalie giornaliere del volume del ghiaccio marino rispetto al periodo 1979-2021.

la figura 5 mostra lo spessore medio del ghiaccio marino artico nelle regioni coperte da ghiaccio secondo PIOMAS Spessore relativo ad una serie di anni. Lo spessore medio è calcolato per il dominio PIOMAS includendo solo le località dove il ghiaccio è più spesso di .15 m.

La figura 6 mostra le anomalie dello spessore del ghiaccio per il mese di febbraio 2022 rispetto al periodo 2011-2020.

La figura 7 mostra le anomalie dello spessore del ghiaccio marino rilevate tramite il multi-sensore CryoSat-2 (AWI) per il mese di febbraio del 2022 rispetto al periodo 2011-2020 (versione 2.4 preliminare)

La figura 8 mostra la serie temporale delle anomalie di volume del ghiaccio marino prodotte da CryoSat-2 (AWI v 2.4) e PIOMAS per dicembre

la figura 9 illustra lo spessore medio mensile del ghiaccio marino nel settembre 2016 ottenuto da PIOMAS. Clicca per l’animazione dal 1979 al 2017

Obiettivo

Il volume del ghiaccio marino rappresenta un importante indicatore climatico. Esso dipende sia dallo spessore che dall’estensione del ghiaccio e quindi ha un legame più diretto con il cambiamento climatico rispetto alla sola estensione. Tuttavia, il volume del ghiaccio marino artico non può attualmente essere osservato in modo continuativo. Le osservazioni provenienti da satelliti, sottomarini della Marina, ormeggi e misurazioni sul campo sono tutte limitate sia nello spazio che nel tempo. L’assimilazione delle osservazioni nei modelli numerici fornisce attualmente un modo per stimare i cambiamenti del volume del ghiaccio marino su base continua per diversi decenni. Il confronto delle stime del modello dello spessore del ghiaccio con le osservazioni aiuta a verificare al meglio in che modo i processi rappresentati nel modello in questione sono importanti ai fini della formazione e dello scioglimento del ghiaccio marino. http://www.cpom.ucl.ac.uk/csopr/seaice.html

Versioni


Versione 2.1

È stato identificato un errore di programmazione in una routine che interpola i dati di concentrazione del ghiaccio prima dell’assimilazione. L’errore ha interessato solo i dati del periodo 2010-2013. Questi dati sono stati rielaborati e sono ora disponibili nella versione 2.1. Lo spessore del ghiaccio è generalmente maggiore nell’area del Mare di Beaufort e Chukchi con le maggiori differenze di spessore nei mesi di maggio. Le differenze nel volume del ghiaccio sono fino all’11% maggiori nella tarda primavera.

La figura 5. mostra le differenze di volume che esistono tra la versione 2.0 e la versione 2.1

Versione 2. 0
Questa serie temporale del volume di ghiaccio è generata con una versione aggiornata di PIOMAS (15 giugno 2011). Questa versione aggiornata si differenzia dalle versioni precedenti per l’assimilazione delle temperature della superficie del mare (SST) per le aree prive di ghiaccio e per l’utilizzo di una diversa parametrizzazione per la forza del ghiaccio. I confronti delle stime di PIOMAS con le osservazioni sullo spessore del ghiaccio mostrano errori più ridotti rispetto alla versione precedente. La tendenza a lungo termine è ridotta a circa -2,8 103 km3/decennio da -3,6 km3 103/decennio nell’ultima versione. Il confronto con i dati e con i modelli alternativi indica che questa nuova tendenza è una stima conservativa della tendenza reale. La novità di questa versione è la fornitura di statistiche sull’incertezza. Maggiori dettagli possono essere trovati in Schweiger et al. 2011 http://psc.apl.uw.edu/wordpress/wp-content/uploads/schweiger/pubs/Schweiger-2011-Uncertainty%20in%20model.pdf . Il miglioramento del modello è un’attività di ricerca continua al PSC e gli aggiornamenti del modello possono avvenire a intervalli irregolari. Quando si verificano aggiornamenti del modello, l’intera serie temporale viene rielaborata e pubblicata.

Modello e procedura di assimilazione

PIOMAS è un modello numerico che include componenti per il ghiaccio marino e l’oceano e la capacità di assimilare alcuni tipi di osservazioni. Per le simulazioni del volume di ghiaccio qui mostrate, le informazioni sulla concentrazione del ghiaccio marino provenienti dal prodotto NSIDC in tempo quasi reale sono assimilate nel modello per migliorare le stime dello spessore del ghiaccio e i dati SST dalla rianalisi NCEP/NCAR NSIDC near-real time product sono assimilati nelle aree non ricoperte dal ghiaccio. I dati SST della rianalisi NCEP/NCAR sono basati sulle analisi SST globali giornaliere ad alta risoluzione di Reynolds utilizzando osservazioni satellitari e in situ (Reynolds e Marsico, 1993; Reynolds et al., 2007). Le informazioni atmosferiche necessarie per guidare il modello, in particolare il vento, la temperatura dell’aria superficiale e la copertura nuvolosa per calcolare la radiazione solare e le onde lunghe sono specificate dalla rianalisi NCEP/NCAR  NCEP/NCAR reanalysis. . Il modello oceanico pan-artico viene forzato con input da un modello oceanico globale ai suoi confini aperti situati a 45 gradi nord.

Convalida del modello e incertezza

Il modello PIOMAS è stato ampiamente convalidato attraverso comparazioni con le osservazioni  observations  ricevute dai sottomarini US-Navy, dagli ormeggi oceanografici e dai satelliti. Inoltre sono state eseguite delle corse del modello in cui i parametri del modello e le procedure di assimilazione sono stati alterati. Da questi studi di convalida si giunge a stime conservative dell’incertezza nella tendenza di ± 1,0 103 km3/decennio. L’incertezza dell’anomalia media mensile del volume di ghiaccio è stimata come ±0,75 103 km3. Le incertezze del volume totale sono più grandi di quelle dell’anomalia perché le distorsioni del modello vengono rimosse quando si calcolano le anomalie. L’incertezza relativa al volume totale di ghiaccio di ottobre è stimata a ±1.35 103 km3 . Il confronto dei volumi totali invernali con altre stime di volume deve tener conto del fatto che il settore PIOMAS attualmente non si estende abbastanza a sud per coprire tutte le aree che possono avere una copertura di ghiaccio nel periodo invernale. Le aree nel Mare di Okhotsk e nel Golfo di San Lorenzo sono parzialmente escluse dal dominio. Dettagli sulla convalida del modello possono essere trovati in Schweiger et al. 2011 Schweiger et al. 2011  e (qui  (here) ). Ulteriori informazioni su PIOMAS possono essere trovate (qui  (here) )

Una libreria completa dei dati sullo spessore del ghiaccio marino ai fini della validazione dei modelli è stata compilata ed è disponibile qui (here)

Dati
I dati rielaborati del volume PIOMAS (versione 2.1) sono disponibili qui  (here)

Come citare le serie temporali del volume di ghiaccio PIOMAS

Volume time series and uncertainties:

Schweiger, A., R. Lindsay, J. Zhang, M. Steele, H. Stern, Uncertainty in modeled arctic sea ice volume, J. Geophys. Res., doi:10.1029/2011JC007084, 2011

Model details:

Zhang, J.L. and D.A. Rothrock, “Modeling global sea ice with a thickness and enthalpy distribution model in generalized curvilinear coordinates“, Mon. Weather Rev., 131, 845-861, 2003

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