Наши знания о морском льду в Северном Ледовитом океане поступают в основном со спутников, которые с 1979 года фотографируют таяние морского льда сверху. Панарктический ледяной океан и система моделирования Университета Вашингтона, или PIOMAS, является ведущим инструментом для измерения толщины этого льда. До сих пор эта система восходит лишь к 1979 году.
Новая статья теперь продлевает оценку объема арктического морского льда более чем на столетие назад, в 1901 год. Для этого использовались как современные компьютерные модели, так и исторические наблюдения, некоторые из которых были записаны от руки в начале 1900-х годов на борту судна. предшественники сегодняшних кораблей Береговой охраны США.
«Это расширяет данные об изменчивости толщины морского льда с 40 до 110 лет, что позволяет нам рассматривать более недавнюю изменчивость и потерю льда в перспективе», - сказал Аксель Швайгер, ученый по морскому льду из UW’s Applied Physics. Лаборатория и первый автор исследования, опубликованного в августовском номере Journal of Climate.
«Объем морского льда в Северном Ледовитом океане сегодня и текущая скорость потери беспрецедентны за 110 лет», - добавил он.
PIOMAS обеспечивает ежедневную реконструкцию того, что происходит с общим объемом морского льда в Северном Ледовитом океане. Он объединяет записи погоды и спутниковые изображения ледового покрова для расчета объема льда. Затем он сверяет свои результаты с любыми существующими наблюдениями за толщиной. В течение многих лет после 1950 года это могли быть стационарные приборы, прямые измерения или подводные лодки, курсирующие подо льдом.
В начале 20 века редкие прямые наблюдения морского льда были сделаны У. S. Катера, предшественники береговой охраны, и корабли ВМФ, которые ежегодно совершают круизы по Арктике с 1879 года. В рамках проекта Old Weather UW, Национальное управление океанических и атмосферных исследований и Национальный архив ученые расшифровывают записи о погоде в оцифрованных исторических бортовых журналах американских кораблей, чтобы восстановить уникальные климатические данные для науки. В новом исследовании впервые используются бортовые журналы наблюдений за морским льдом.
«В бортовых журналах офицеры всегда описывают условия эксплуатации, в которых они находились, предоставляя ежечасные наблюдения за морским льдом в то время и в том месте», - сказал соавтор Кевин Вуд, исследователь из Объединенного института Изучение атмосферы и океана. Если судно находилось в открытой воде, в бортовом журнале могло быть написано «идет полным ходом» или «на ходу». Когда корабль встречал лед, офицеры могли написать «управление разными курсами и скоростями», имея в виду, что корабль плывет через поле льдин. Когда они оказывались запертыми в пакете со льдом, в журнале могло быть написано «осажденные».
Эти бортовые журналы до недавнего времени можно было просмотреть только в Национальном архиве в Вашингтоне, округ Колумбия, но с помощью цифровых изображений и транскрипции гражданами-учеными Old Weather эти редкие наблюдения за погодой и состоянием морского льда в Арктике в конце 1800-х годов и начала 1900-х годов были доступны для ученых и общественности.
«Это уникальные исторические наблюдения, которые могут помочь нам понять быстрые изменения, происходящие сегодня в Арктике», - сказал Вуд.
Вуд возглавляет американскую часть проекта Old Weather, который зародился в 2010 году в Великобритании. Наблюдения за погодой из исторических журналов, расшифрованных гражданскими учеными Old Weather, уже были добавлены в международные базы данных климатических данных и использовались в модель атмосферы, которая дала новые результаты.
Офицеры записывали положение корабля в полдень каждый день с помощью секстанта. Они также отмечали, когда проходили мимо узнаваемых объектов, что позволяло сегодня исследователям полностью реконструировать маршрут корабля, чтобы определить его местонахождение в пространстве и времени.
Хотя исторические наблюдения за морским льдом еще не были включены непосредственно в модель льда, выборочные проверки между моделью и ранними наблюдениями подтверждают достоверность инструмента.
«Это независимая проверка того, что модель работает правильно», - сказал Швайгер.
Новая, более длинная запись дает больше контекста для сильных штормов или других необычных явлений, а также новый способ изучения системы морского льда Северного Ледовитого океана.
«Наблюдения за толщиной и изменчивостью морского льда очень ограничены, - сказал Швайгер. «Я думаю, что люди начнут анализировать эту запись. Есть множество вопросов, которые люди могут задать, чтобы помочь понять арктический морской лед и предсказать будущее».
Инструмент PIOMAS широко используется учеными для наблюдения за текущим состоянием арктического морского льда. Площадь арктического морского льда за июнь 2019 года и объем, рассчитанный PIOMAS, были вторыми по величине для этого времени года с момента начала спутниковых наблюдений.
Самые низкие из когда-либо зарегистрированных площади и объема арктического морского льда были зарегистрированы в сентябре 2012 года. И хотя Швайгер считает, что долгосрочная тенденция будет нисходящей, он не делает ставку на то, что в этом году будет установлен новый рекорд.
«Состояние морского льда сейчас настроено на новые минимумы, но произойдет это или нет, зависит от погоды в ближайшие два месяца», - сказал Швайгер.
Другой соавтор - Цзиньлунь Чжан из Лаборатории прикладной физики Университета Вашингтона. Исследование финансировалось Национальным научным фондом, НАСА и Северо-Тихоокеанским исследовательским советом.