PIOMAS Arctic Sea Ice Volume Reanalysis (gennaio 2023)

Anomalia del volume del ghiaccio marino artico
Il volume del ghiaccio marino è calcolato utilizzando il Pan-Arctic Ice Ocean Modeling and Assimilation System (PIOMAS, Zhang e Rothrock, 2003) sviluppato presso l’APL/PSC. Le anomalie per ogni giorno sono calcolate rispetto alla media del periodo 1979-2021 per quel giorno dell’anno, per eliminare il ciclo annuale. Il ciclo annuale medio del modello del volume del ghiaccio marino in questo periodo va 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 indicata nella figura. Le aree ombreggiate rappresentano una e due deviazioni standard dei residui dell’anomalia rispetto al trend nella Fig. 1 e le deviazioni standard rispetto alla media giornaliera 1979-2017 nella Fig. 2.

Aggiornamento annuale

Il 2022 si è concluso con un volume medio annuo di ghiaccio marino che è stato il 9° più basso mai registrato, con 14.300 km³, e gli ultimi anni sono stati tutti strettamente raggruppati (vedi Fig. 11). Il 2017 detiene ancora il record di volume annuale con 12.800 km³

Aggiornamento mensile di gennaio 2023

Il volume medio del ghiaccio marino artico nel mese di gennaio 2023 è stato di 16.500 km^³. Questo valore è il 7° più basso registrato a gennaio, circa 1.900 km^³ al di sopra del record minimo stabilito nel 2017. Il volume di ghiaccio mensile è stato del 40% inferiore al massimo del 1979 e del 22% inferiore al valore medio per il periodo 1979-2022. Il volume medio di ghiaccio del gennaio 2023 era di 1,1 deviazioni standard sopra la linea di tendenza 1979-2022. Le anomalie di crescita del ghiaccio per il gennaio 2023 rimangono nella fascia media del decennio più recente (Fig. 4), con uno spessore medio del ghiaccio (superiore a 15 cm di spessore) anch’esso nella fascia media dei valori recenti. La mappa delle anomalie dello spessore del ghiaccio per il gennaio 2023 rispetto al periodo 2011-2022 (Fig 6) mostra anomalie positive a nord della Groenlandia e lungo l’arcipelago canadese. Le anomalie positive sono presenti anche nel settore eurasiatico dell’Artico, con ghiaccio particolarmente spesso vicino a Severnaya Zemlya. Le mappe dello spessore del ghiaccio derivate dal satellite CyroSat 2 mostrano un’anomalia più debole a nord della Groenlandia e lungo l’arcipelago canadese, ma sono limitate alla zona vicina alla costa (si noti che CS2 è un composito mensile piuttosto che una media).

Le serie temporali di gennaio (Fig. 8) per entrambe le serie di dati concordano all’interno dell’incertezza stimata e non presentano alcuna tendenza apparente negli ultimi 12 anni. Il confronto con la serie temporale di 43 anni 1979-2023 evidenzia l’importanza della variabilità naturale nelle serie temporali relativamente brevi come quelle attualmente disponibili da CS2 (see our recent paper). Entrambi i record mostrano un accordo stretto nella magnitudo e una variabilità temporale simile.

Finalità
Il volume del ghiaccio marino è un importante indicatore climatico. Dipende sia dallo spessore che dall’estensione del ghiaccio e quindi è più direttamente legato alle forzature climatiche rispetto alla sola estensione. Tuttavia, attualmente il volume del ghiaccio marino artico non può essere osservato in modo continuo. Le osservazioni dai satelliti, dai sottomarini della Marina, dai punti di ormeggio e dalle misurazioni sul campo sono tutte limitate nello spazio e nel tempo. L’assimilazione delle osservazioni nei modelli numerici fornisce attualmente un modo per stimare le variazioni 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 testare la nostra comprensione dei processi rappresentati nel modello che sono importanti per la formazione e lo scioglimento del ghiaccio marino.

Versioni
Versione 2.1
Abbiamo identificato un errore di programmazione in una routine che interpola i dati di concentrazione del ghiaccio prima dell’assimilazione. L’errore riguardava 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 nel mese di maggio. Le differenze nel volume del ghiaccio sono fino all’11% in più nella tarda primavera.

La Fig. 5. mostra le differenze di volume tra la Versione 2.0 e la Versione 2.1

Versione 2. 0
Questa serie temporale per il volume del ghiaccio è stata generata con una versione aggiornata di PIOMAS (15 giugno 2011). Questa versione aggiornata migliora le versioni precedenti assimilando le temperature della superficie del mare (SST) per le aree prive di ghiaccio e utilizzando una parametrizzazione diversa per la resistenza del ghiaccio. Il confronto delle stime di PIOMAS con le osservazioni dello spessore del ghiaccio mostra una riduzione degli errori rispetto alla versione precedente. La tendenza a lungo termine è ridotta a circa -2,8 10³ km³/decade da -3,6 km³ 10³/decade nell’ultima versione. I nostri confronti con i dati e con i modelli alternativi indicano che questa nuova tendenza è una stima conservativa della tendenza reale. La novità di questa versione è che forniamo statistiche sull’incertezza. Maggiori dettagli sono disponibili in Schweiger et al. 2011. Il miglioramento del modello è un’attività di ricerca continua presso il PSC e gli aggiornamenti del modello possono avvenire a intervalli irregolari. Quando si verificano aggiornamenti del modello, l’intera serie temporale sarà rielaborata e pubblicata.

Modello e procedura di assimilazione
PIOMAS è un modello numerico con 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 riportate, le informazioni sulla concentrazione di ghiaccio marino del prodotto NSIDC near-real time product sono assimilate nel modello per migliorare le stime dello spessore del ghiaccio e i dati SST della rianalisi NCEP/NCAR sono assimilati nelle aree libere dal ghiaccio. I dati SST della rianalisi NCEP/NCAR si basano sulle analisi giornaliere globali SST di Reynolds ad alta risoluzione, utilizzando le osservazioni satellitari e in situ (Reynolds e Marsico, 1993; Reynolds et al., 2007). Le informazioni atmosferiche per guidare il modello, in particolare il vento, la temperatura dell’aria superficiale e la copertura nuvolosa per calcolare la radiazione solare e a onde lunghe, sono specificate dalla rianalisi NCEP/NCAR reanalysis. . Il modello oceanico pan-artico è forzato con input da un modello oceanico globale ai suoi confini aperti situati a 45 gradi Nord.

Validazione del modello e incertezza
PIOMAS è stato ampiamente convalidato attraverso il confronto con le osservazioni dei sottomarini della Marina degli Stati Uniti, dei punti di ormeggio oceanografici e dei satelliti. Inoltre, sono stati eseguiti dei run del modello in cui sono stati modificati i parametri del modello e le procedure di assimilazione. Da questi studi di validazione arriviamo a stime conservative dell’incertezza del trend di ± 1,0 10³ km³/decennio. L’incertezza dell’anomalia del volume di ghiaccio mediato mensilmente è stimata in ±0,75 103 km³. Le incertezze del volume totale sono più grandi di quelle dell’anomalia, perché le distorsioni del modello vengono eliminate durante il calcolo delle anomalie. L’incertezza per il 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 tenere conto del fatto che il dominio PIOMAS attualmente non si estende abbastanza a sud per coprire tutte le aree che possono avere una copertura di ghiaccio invernale. Le aree nel Mare di Okhotsk e nel Golfo di San Lorenzo sono parzialmente escluse dal dominio. I dettagli sulla validazione del modello sono disponibili in Schweiger et al. 2011 e (qui) . Ulteriori informazioni su PIOMAS sono disponibili (qui).

Una libreria completa di dati sullo spessore del ghiaccio marino per la convalida del modello è stata compilata ed è disponibile ( qui ).

Fig.1 Anomalia del volume del ghiaccio marino artico da PIOMAS aggiornata una volta al mese. Le anomalie giornaliere del volume del ghiaccio marino per ogni giorno sono calcolate rispetto alla media 1979-2022 per quel giorno dell’anno. I segni di spunta sull’asse temporale si riferiscono al primo giorno dell’anno. Il trend per il periodo 1979-oggi è mostrato in blu. Le aree ombreggiate mostrano una e due deviazioni standard dalla tendenza. Le barre di errore indicano l’incertezza dell’anomalia mensile tracciata una volta all’anno.

Fig. 2 Volume totale del ghiaccio marino artico da PIOMAS che mostra il volume del ciclo annuale medio e dal 2011-2022. Le aree ombreggiate indicano una e due deviazioni standard dalla media.

Fig.3 Volume mensile del ghiaccio marino da PIOMAS per i mesi di aprile e settembre.

Fig. 4 Confronto delle anomalie giornaliere del volume del ghiaccio marino rispetto al periodo 1979-2022.

Figura 5. Spessore medio del ghiaccio marino artico sulle regioni coperte dal ghiaccio calcolate da PIOMAS per una selezione di anni. Lo spessore medio è calcolato per il dominio PIOMAS includendo solo le località in cui il ghiaccio ha uno spessore superiore a .15 m.