В результате открытия, которое может помочь ученым лучше предсказать повышение уровня моря в условиях потепления, исследователи Университета Брауна обнаружили недооцененный фактор, контролирующий скорость таяния ледяного щита Гренландии.
Исследование, опубликованное в журнале Science Advances, использовало спутниковые снимки для отслеживания движения снежной линии ледяного щита - высоты, над которой поверхность покрыта снегом, а ниже - голый лед. Исследование показало, что высота снежной линии значительно менялась от года к году и что ее колебания оказывали огромное влияние на количество солнечной радиации, поглощаемой ледяным щитом. Исследование показало, что изменения высоты линии снега от года к году объясняют более половины годовой изменчивости радиации на ледяном щите.
В конечном счете, количество радиации, которую поглощает ледяной щит, определяет степень его таяния.
"Люди, которые изучают альпийские ледники, признавали важность снежных линий в течение многих лет, но никто прежде не изучал их в Гренландии", - сказал Лоуренс С. Смит, приглашенный научный сотрудник Института окружающей среды и общества в Брауне. (IBES) и соавтор исследования. «Это исследование впервые показывает, что это простое разделение между голым льдом и снегом имеет большее значение, когда речь идет о таянии, чем целый ряд других процессов, которым уделяется больше внимания».
Результаты имеют важное значение для прогнозирования будущего повышения уровня моря, говорят исследователи. Талая вода с ледникового щита Гренландии вносит большой вклад в глобальный уровень моря, и это исследование показывает, что региональные климатические модели, используемые для прогнозирования будущего стока, часто неточно предсказывают снежные линии.
«Мы обнаружили, что модели не очень хорошо воспроизводят снежные линии, что добавляет неопределенности прогнозам на будущее», - сказал Джонатан С. Райан, научный сотрудник Брауна и ведущий автор исследования. «Но теперь, когда мы показали, насколько важен эффект снежной линии, и получили некоторые непосредственные наблюдения за положением снежной линии, мы надеемся, что сможем улучшить эти модели в будущем».
Причина, по которой снеговая линия так важна, связана с разницей в отражательной способности снежного покрова и голого льда. Снег очень яркий и отражает обратно в атмосферу львиную долю солнечного света, который он получает. Голый лед намного темнее и поэтому отражает меньше радиации. Вместо этого поглощается больше радиации, которая нагревает лед и приводит к его таянию. Эти процессы были хорошо изучены учеными в течение многих лет. Что было неизвестно, так это то, в какой степени они влияют на ледяной щит Гренландии и в какой степени миграция снежной линии может регулировать таяние из года в год.
Райан говорит, что впервые понял, насколько важным может быть движение снежной линии, когда проводил полевые работы на ледяном щите. Он и его коллеги пытались зафиксировать положение снежной линии с помощью воздушных дронов. Каждый день они запускали свои дроны вглубь суши по голому льду. Когда они достигли снежной линии, они зафиксировали позицию, развернули свои дроны и полетели обратно. В какой-то момент во время полевого сезона им пришлось прекратить полеты на несколько дней из-за сильного ветра. Когда они вернулись к полетам, то обнаружили нечто удивительное.
"Внезапно линия снега просто исчезла", сказал Райан. «За пару дней он продвинулся примерно на 30 километров вверх по ледяному щиту и теперь был вне досягаемости наших дронов. Это был первый момент, когда мы подумали, что должны исследовать влияние движения снежной линии на таяние».
Для исследования Райан и его коллеги использовали изображения с прибора MODIS, спектрорадиометра, работающего на борту спутника NASA Terra. Им удалось получить временные ряды положений снежной линии с 2001 по 2017 год. Они также смогли измерить отражательную способность как снежного покрова, так и голого льда.
Изображения подтвердили существенное движение линии снега от сезона к сезону и от года к году, достигнув максимальной высоты в 2012 году, когда был рекордным годом таяния ледяных щитов. Существовала также существенная разница в отражательной способности снега и льда. Снег отражал в среднем около 79 процентов попавшего на него излучения. Между тем лед отражал только от 45 до 57 процентов. Движение линии снега в сочетании с различиями в отражательной способности означает, что положение линии снега играет доминирующую роль в контроле поглощения энергии ледяным щитом. В целом, исследователи обнаружили, что 53 процента изменчивости радиации от года к году можно объяснить положением линии снега.
Эта цифра в 53 процента затмевает другие факторы, изученные исследователями. Например, исследователи думали, что процессы, которые со временем делают уже темный голый лед еще темнее, будут играть большую роль в контроле поглощения энергии. Скопление воды, слои грязи и рост водорослей могут затемнить голый лед, делая его еще менее отражающим. Исследование показало, что эти факторы действительно влияют на поглощение энергии, но не так сильно, как предполагалось в предыдущих исследованиях. Оказалось, что положение снеговой линии в пять раз сильнее влияет на поглощение энергии, чем потемнение самого голого льда.
«Это неожиданно, потому что в последнее время было много работы над этими процессами потемнения льда», - сказал Смит. «Оказывается, в данном случае мы пропустили слона в комнате, то есть линию снега».
Установив важность снежной линии для поглощения энергии и, в конечном счете, для таяния и стока, исследователи хотели проверить, правильно ли модели регионального климата отражают влияние снежной линии. Это важно, потому что эти модели используются для прогнозирования будущего стока с ледяного щита Гренландии.
Исследователи обнаружили, что обе ведущие модели не могут точно определить высоту снежной линии. Одна модель, известная как MAR, устанавливает слишком высокие границы снега и поэтому, вероятно, переоценивает сток в годы с высоким таянием. Другая модель, известная как RACMO, задает слишком низкую линию снега, что означает, что она, вероятно, недооценивает будущий сток в более теплом климате..
Учитывая важность положения линии снега, как показано в этом исследовании, исследователи говорят, что модели должны правильно определять линию снега.
«Сейчас мы сотрудничаем с модельерами, предоставляя им наблюдаемые нами снежные линии», - сказал Райан. «Это дает им некую истину, которую они могут использовать для корректировки своих моделей. Теперь есть к чему стремиться».
Результатом этих улучшений в моделировании снежной линии, по словам исследователей, станут более точные прогнозы будущего вклада Гренландии в повышение уровня моря.
Исследование финансировалось Программой НАСА по криосфере (NNX14AH93G). Другими соавторами были Дирк ван Ас, Сара Кули, Мэтью Купер, Линкольн Питчер и Алан Хаббард.