Från hav till moln – vad händer i den arktiska atmosfären?

Sonja Murto utför mätningar på utbytet av gaser mellan ytan på havsisen och atmosfären. Foto: Anna Stiby.

För att förklara orsakerna till den snabba uppvärmningen i Arktis behövs mätningar av atmosfären. På isbrytaren Oden har forskare inom projektet ACAS utvecklat ett atmosfärsobservatorium för att kunna studera faktorer som förändringar i moln och samspelet mellan ytan och atmosfären.

– Den snabba uppvärmningen i Norra ishavet gör att havsisen minskar dramatiskt, särskilt på sommaren. Problemet är att vi inte fullt ut förstår varför det arktiska klimatet förändras så snabbt. Observationer är viktiga för att förbättra datormodellerna som används för klimat och väderprognoser i Arktis. Vi har utvecklat ett atmosfärsobservatorium på isbrytaren Oden, så att vi kan göra detaljerade observationer på varje expedition som Oden gör, säger John Prytherch, forskare vid Meteorologiska institutionen (MISU) vid Stockholms universitet.

Förbättrade mätningar av gränsskiktet

Med data från den senaste expeditionen Synoptic Arctic Survey 2021 studerade mastersstudenten Ellen Carneheim det atmosfäriska gränsskiktet, vilket är den del av atmosfären som är direkt påverkad av ytan (vanligtvis upp till 1 000 meters höjd). Hon fann att gränsskiktet var tjockare jämfört med tidigare expeditioner och att molnskiktet var oftare frikopplad från ytans påverkan. Det är svårt att säga om detta är en långsiktig förändring av gränsskiktets egenskaper eftersom forskarnas data är begränsade till sommarens "ögonblicksbilder" som erhållits från de isbrytarbaserade expeditionerna.

Med hjälp av data från väderballonger kunde Ellen Carneheim förbättra mätningar av det arktiska gränsskiktet från ett annat system, vars mätningar kan göras utan personal och med högre frekvens. Förbättringarna är viktiga för att förstå atmosfärens struktur och dynamik. Det innebär också att det är möjligt att göra mätningar på expeditioner där det inte är möjligt att skicka upp väderballonger.

– Det är utmanande att göra väder- och klimatförutsägelser i Arktis med dess snabba uppvärmning. Kopplingen mellan ytan och molnskiktet är nyckeln till egenskaperna och beständigheten hos arktiska moln. Moln och samspelet mellan ytan och atmosfären kan förändra energiutbytet vid ytan och därför havets smältning och frysning till is, säger John Prytherch.

Utsläpp av metangaser

Forskarna undersöker också utbytet av klimatrelevanta gaser mellan havet och atmosfären i närvaro av havsis för att förbättra modeller av denna process. Havsisen fungerar vanligtvis som ett lock på Norra ishavet, men gasutbyte är möjligt genom öppningar i isen, även på vintern.

– Vi kunde upptäcka metanutsläpp från vatten i centrala Arktis, en process som är dåligt förstådd, och använder dessa mätningar för att titta på hur förekomsten av havsis påverkar utsläppen av gaser. Detta är viktigt för att göra korrekta uppskattningar av polarhavens roll i kolcykeln och klimatförändringarna och hur det kan förändras i framtidens Arktis med mycket mindre havsis.

Observationer på otillgängliga platser

Möjligheten att göra polarexpeditioner med en forskningsplattform av isbrytaren Odens kaliber är avgörande för den typ av forskning som John Prytherch och hans kollegor arbetar med.

– Vår forskning är helt beroende av tillgången till centrala Arktis. Att vara där personligen gör att vi kan utföra observationer som inte är möjliga med satellitbaserade instrument. Oden är en fantastisk plattform för att nå de mest otillgängliga delarna av Norra ishavet, och jag känner mig lyckligt lottad som har fått delta på expeditioner där. Polarforskningssekretariatet gör ett fantastiskt jobb med att hålla alla säkra och gör det möjligt för oss att genomföra vår forskning, säger John Prytherch.

Expedition under 2023

Nästa steg för John Prytherch och hans kollegor är att fortsätta analysen av data som de erhöll på Expeditionen Synoptic Arctic Survey 2021. De förbereder också för en annan expedition med Oden 2023.

– Expeditionen ARTofMELT 2023 fokuserar på när den årliga smältprocessen av havsisen startar och den roll som relativt varm och fuktig luft som transporteras från söder har för att initiera smältprocessen. Det kommer att göras omfattande mätningar av atmosfären och havsisen, och ACAS kommer att vara en viktig del av det.

Projektet ACAS

Namn: Arctic Climate Across Scales (ACAS)

Forskare i projektet, samtliga vid Stockholms universitet

  • Michael Tjernström (projektledare)
  • John Prytherch
  • Sonja Murto

Finansiär: Knut och Alice Wallenbergs stiftelse

Webbplats för ACAS

Om atmosfärsobservatoriet

Observatoriet kombinerar fjärranalys och in situ meteorologiska instrument, inklusive en molnradar, radiometer, lidar, turbulens och strålningssensorer för att möjliggöra karakterisering av atmosfärens struktur, molnförhållandena och ytenergibudgeten.

Viktiga delar av ACAS-atmosfärsobservatoriet utplacerat på Oden under SAS 2021
Viktiga delar av ACAS-atmosfärsobservatoriet utplacerat på Oden under SAS 2021. Till höger i bild: Doppler W-bands mikrovågsmolnradar i en kardanupphängningsram och mikrovågsradiometern. Till vänster om ramen, längst upp på förmasten, är det turbulenta flödessystemet installerat som mäter utbytet av momentum, värme och gaser mellan ytan och atmosfären. Foto: John Prytherch.
John Prytherch arbetar på havsisen under Synoptic Arctic Survey 2021
John Prytherch arbetar på havsisen under Synoptic Arctic Survey 2021. Foto: John Prytherch.
ACAS doktorand Sonja Murto skickar iväg en radiosond (väderballong) från Odens helikopterplatta under SAS 2021
ACAS doktorand Sonja Murto skickar iväg en radiosond (väderballong) från Odens helikopterplatta under SAS 2021. Ön Svalbard syns i bakgrunden.

Publiceringsdatum: 13 Sep 2022