Anomalia del Volume del Ghiaccio Marino Artico
Il volume del ghiaccio marino è calcolato usando il Sistema di Modellazione e Assimilazione Ghiaccio-Oceano Pan-Artico (PIOMAS, Zhang e Rothrock, 2003) sviluppato presso APL/PSC. Le anomalie per ogni giorno sono calcolate rispetto alla media nel periodo 1979-2021 per quel giorno dell’anno, al fine di rimuovere il ciclo annuale. Il ciclo annuale medio del modello del volume di ghiaccio marino durante questo periodo 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 indicata nella figura. Le aree ombreggiate rappresentano una e due deviazioni standard dei residui dell’anomalia rispetto alla tendenza nella Figura 1 e le deviazioni standard rispetto alla media giornaliera 1979-2017 nella Figura 2.
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 del 1979 al 2022 per quel giorno dell’anno. Le tacche sull’asse temporale si riferiscono al primo giorno dell’anno. La tendenza per il periodo 1979-presente 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 rappresentata una volta all’anno.
Spiegazione:
Fig.1 – Questa figura mostra come il volume del ghiaccio marino artico si è discostato (anomalia) rispetto a una media storica (1979-2022) per ogni giorno dell’anno. La tendenza o “trend” (probabilmente una linea di regressione) dal 1979 ad oggi è mostrata in blu, che aiuta a visualizzare se il ghiaccio sta aumentando o diminuendo nel tempo. Le aree ombreggiate attorno a questa tendenza indicano la variabilità o l’incertezza di queste misurazioni – quanto le misurazioni effettive possono variare rispetto a questa tendenza. Le barre di errore, che vengono mostrate una volta all’anno, forniscono un’indicazione dell’incertezza associata alle misurazioni mensili dell’anomalia.
Fig.2 Volume totale del ghiaccio marino artico da PIOMAS che mostra il volume del ciclo annuale medio, e dal 2011 al 2022. Le aree ombreggiate indicano una e due deviazioni standard rispetto alla media.
Spiegazione:
Fig.2 – Questa figura mostra il volume totale effettivo del ghiaccio marino artico nel tempo. Parte di questa figura mostra il volume medio che ci si aspetterebbe di vedere ogni anno (il ciclo annuale medio). L’altra parte mostra il volume effettivo registrato dal 2011 al 2022. Ancora una volta, le aree ombreggiate mostrano la variabilità o l’incertezza delle misurazioni rispetto alla media.
Aggiornamento Annuale
Il 2022 si è concluso con un volume medio annuale di ghiaccio marino che è stato il 9° più basso mai registrato, con 14.300 km³, con gli anni recenti tutti raggruppati strettamente tra loro (vedi Figura 11). Il 2017 detiene ancora il record annuale di volume con 12.800 km³.
Fig.11
Aggiornamento Mensile di Luglio 2023
Il volume medio del ghiaccio marino artico in luglio 2023 è stato di 10.800 km³. Questo valore è il 12° più basso mai registrato per giugno, circa 1900 km^3 sopra il record minimo stabilito nel 2019. Il volume di ghiaccio mensile era il 62% inferiore rispetto al massimo del 1979 e il 45% sotto il valore medio per il periodo 1979-2022. Il volume di ghiaccio di luglio 2023 era 1,5 deviazioni standard sopra la linea di tendenza 1979-2022. La crescita (perdita) del ghiaccio per luglio 2023 è stata abbastanza normale per il decennio recente (Figura 4), dando uno spessore medio del ghiaccio (superiore a 15 cm di spessore) nel mezzo dei valori recenti. La mappa dell’anomalia dello spessore del ghiaccio per luglio 2023 rispetto al periodo 2011-2022 (Figura 6) mostra più anomalie positive che negative.
CS2 è entrato nella sua pausa estiva, sebbene lavori recenti (Landy et al 2023) mostrino promesse per i rilevamenti estivi. Esamineremo questi in un momento successivo. Le tendenze relativamente piatte sia per PIOMAS che per CS dal 2011 indicano l’importante variabilità su scale temporali di 10 anni e la necessità di serie temporali più lunghe.
Gli aggiornamenti verranno generati a intervalli di circa un mese.
Figura 4 Confronto delle Anomalie Giornaliere del Volume del Ghiaccio Marino rispetto al periodo 1979-2022.
Spiegazione: La “Figura 4” si riferisce a un grafico o diagramma che mostra come il volume del ghiaccio marino di ogni giorno si confronta con una media di riferimento stabilita nel periodo tra il 1979 e il 2022. In altre parole, per ogni giorno, si confronta il volume del ghiaccio marino con la media di quel particolare giorno nel periodo 1979-2022.
Ad esempio, se il 15 luglio 2023 il volume del ghiaccio marino è inferiore alla media del volume del ghiaccio marino il 15 luglio nel periodo 1979-2022, avremmo un valore anomalo negativo per quella data. Inversamente, se fosse superiore, avremmo un valore anomalo positivo.
Questo tipo di analisi è utile per comprendere se e quanto il ghiaccio marino si sta riducendo o aumentando rispetto a un periodo storico di riferimento.
Figura 6. Anomalia dello Spessore del Ghiaccio di PIOMAS per Maggio 2023 rispetto al periodo 2011-2022.
Spiegazione: La “Figura 6” si riferisce a un grafico che illustra come lo spessore del ghiaccio marino in maggio 2023 si confronta con una media di riferimento stabilita nel periodo tra il 2011 e il 2022, utilizzando i dati forniti da PIOMAS.
“Anomalia” in questo contesto significa una deviazione o differenza dalla norma o media stabilita. Se lo spessore del ghiaccio marino in maggio 2023 fosse, ad esempio, inferiore alla media dello spessore del ghiaccio marino di maggio nel periodo 2011-2022, avremmo un valore anomalo negativo. Se fosse superiore, avremmo un valore anomalo positivo.
Questo tipo di analisi è utilizzato per comprendere le variazioni nello spessore del ghiaccio marino e potenzialmente identificare tendenze o cambiamenti nel tempo rispetto a un periodo storico di riferimento.
Scopo
Il volume del ghiaccio marino è un importante indicatore climatico. Dipende sia dallo spessore che dall’estensione del ghiaccio e, pertanto, è legato più direttamente alle forzanti climatiche rispetto all’estensione da sola. Tuttavia, al momento non è possibile osservare continuamente il volume del ghiaccio marino artico. Osservazioni da satelliti, sottomarini della Marina, boe e misurazioni sul campo satellites, Navy submarines, moorings, sono tutte limitate nello spazio e nel tempo. L’assimilazione delle osservazioni nei modelli numerici attualmente offre un modo per stimare le variazioni del volume del ghiaccio marino su base continua per diversi decenni. Confronti delle stime del modello riguardo allo spessore del ghiaccio con le osservazioni aiutano 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 sulla concentrazione di ghiaccio prima dell’assimilazione. L’errore ha interessato solo i dati dal 2010 al 2013. Questi dati sono stati rielaborati e sono ora disponibili come versione 2.1. Lo spessore del ghiaccio è generalmente maggiore nell’area del Mare di Beaufort-Chukotka, con le maggiori differenze di spessore registrate a maggio. Le differenze nel volume del ghiaccio sono fino all’11% maggiori alla fine della primavera.
Figura 5. mostra le differenze di volume tra la Versione 2.0 e la Versione 2.1.
Spiegazione: La “Figura 5” si riferisce a un grafico che illustra le variazioni o le differenze nel volume del ghiaccio marino tra due versioni diverse di un dataset o di un modello: la Versione 2.0 e la Versione 2.1. Dato che è stato identificato un errore nella routine di programmazione della Versione 2.0, come menzionato precedentemente, la Versione 2.1 è stata rielaborata per correggere questo errore. Pertanto, questa figura visualizza le discrepanze o le correzioni apportate alla stima del volume del ghiaccio marino in seguito a tale correzione.
Versione 2.0 Questa serie temporale del volume del ghiaccio è 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 diversa parametrizzazione per la resistenza del ghiaccio. I confronti delle stime di PIOMAS con le osservazioni dello spessore del ghiaccio mostrano errori ridotti rispetto alla versione precedente. La tendenza a lungo termine è ridotta a circa -2,8 x 10^3 km^3/decennio da -3,6 x 10^3 km^3/decennio nella versione precedente. I nostri confronti con i dati e le simulazioni di modelli alternativi indicano che questa nuova tendenza è una stima prudente della tendenza effettiva. Nuovo in questa versione forniamo statistiche di incertezza. Maggiori dettagli possono essere trovati in Schweiger et al. 2011 Schweiger et al. 2011. . Il miglioramento del modello è una continua attività di ricerca presso il PSC e gli aggiornamenti del modello possono verificarsi ad intervalli irregolari. Quando si verificano aggiornamenti del modello, l’intera serie temporale verrà 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 del ghiaccio mostrate qui, le informazioni sulla concentrazione del ghiaccio marino dal prodotto in tempo quasi reale del NSIDC NSIDC near-real time product vengono assimilate nel modello per migliorare le stime dello spessore del ghiaccio e i dati SST dal NCEP/NCAR Reanalysis vengono assimilati nelle aree prive di ghiaccio. I dati SST del rianalisi NCEP/NCAR si basano sulle analisi SST quotidiane ad alta risoluzione di Reynolds utilizzando 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 di superficie e la copertura nuvolosa per calcolare la radiazione solare e a lunga onda, sono specificate dal rianalisi NCEP/NCAR 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 validato attraverso confronti con osservazioni observations provenienti da sottomarini della Marina degli Stati Uniti, ormeggi oceanografici e satelliti. Inoltre, sono state effettuate simulazioni del modello in cui sono stati modificati i parametri del modello e le procedure di assimilazione. Da questi studi di validazione, giungiamo a stime prudenti dell’incertezza nella tendenza di ± 1,0 x 10^3 km^3/decennio. L’incertezza dell’anomalia del volume medio mensile del ghiaccio è stimata come ±0,75 x 10^3 km^3. Le incertezze sul volume totale sono maggiori rispetto a quelle per l’anomalia poiché i bias del modello vengono rimossi nel calcolo delle anomalie. L’incertezza per il volume totale di ghiaccio di ottobre è stimata essere ±1,35 x 10^3 km^3. Il confronto dei volumi totali invernali con altre stime del 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 copertura di ghiaccio in inverno. Le aree nel Mare di Okhotsk e nel Golfo di San Lorenzo sono parzialmente escluse dal dominio. I dettagli sulla validazione del modello possono essere trovati in Schweiger et al. 2011 e (qui) Schweiger et al. 2011 and (here) . Ulteriori informazioni su PIOMAS possono essere trovate (qui (here) ).
Una completa biblioteca di dati sullo spessore del ghiaccio marino per la validazione del modello è stata compilata ed è disponibile (here).
Prospettiva: Perdita di Ghiaccio ed Energia
Ci vuole energia per sciogliere il ghiaccio marino. Quanta energia? L’energia necessaria per sciogliere i 16.400 km^3 di ghiaccio che si perdono ogni anno (media 1979-2010) da aprile a settembre come parte del ciclo annuale naturale è di circa 5 x 10^21 Joule. Per confronto, il consumo energetico degli Stati Uniti nel 2009 (www.eia.gov/totalenergy) era di circa 1 x 10^20 J. Quindi, ci vogliono circa 50 volte il consumo energetico annuale degli Stati Uniti per sciogliere questa quantità di ghiaccio ogni anno. Questa energia proviene dal cambiamento nella distribuzione della radiazione solare mentre la terra ruota attorno al sole.
Per sciogliere gli ulteriori 280 km^3 di ghiaccio marino, la quantità che abbiamo perso annualmente sulla base dei calcoli PIOMAS, ci vogliono all’incirca 8,6 x 10^19 J o l’86% del consumo energetico degli Stati Uniti.
Tuttavia, quando diffusa sull’area coperta dal ghiaccio marino artico, l’energia supplementare richiesta per sciogliere questa quantità di ghiaccio marino è effettivamente molto piccola. Corrisponde a circa 0,4 Wm^-2. È come lasciare una piccola e tenue lampadina di una torcia accesa continuamente su ogni metro quadrato di ghiaccio. Individuare una piccola differenza energetica è molto difficile, e ciò sottolinea il motivo per cui dobbiamo guardare a serie storiche più lunghe e considerare le incertezze nelle nostre misurazioni e calcoli
http://psc.apl.uw.edu/research/projects/arctic-sea-ice-volume-anomaly/