Måling av havistykkelse og fotografering fra helikopter. Instrumentet med elektromagnetisk sensor og laser høydemåler henger under helikopteret. På en flytur kan mer enn 100 kilometer lange linjer måles for istykkelse og fotograferes (Foto: Angelika H.H. Renner, Norsk Polarinstitutt). Frontfoto: Kart med istykkelsesdata (total istykkelse, havis pluss snø) samlet inn nord for Svalbard. Til venstre data fra vår, til høyre fra sommer. (Kart: Angelika H.H. Renner, Norsk Polarinstitutt).
Av Sebastian Gerland, forsker og seksjonsleder, , Angelika H.H. Renner, forsker og Gunnar Spreen, forsker, Norsk Polarinstitutt, Framsenteret.
Se video på Framshorts: Hvordan måles istykkelse med helikopter
Havisen i Arktis representerer, sammenliknet med dybden av havet under, et nokså tynt lag med istykkelser på mellom noen centimeter og flere meter. Isutbredelsen har vært målt fra satellitt hver dag siden begynnelsen av 1970-tallet. Målingene viser at den arktiske havisen er i stor endring – spesielt har sommerisutbredelsen gått betydelig tilbake siden 1970-tallet. Imidlertid vet vi relativt lite om hvor mye isvolum det er i de ulike regionene i Polhavet. Å måle istykkelse fra satellitt er i utgangspunktet mulig, men slike målinger er ofte usikre og inneholder store feilmarginer. Nøyaktige observasjoner av istykkelse over større havisområder gjøres derfor fra luft, med helikopter eller fly. Disse observasjonene gir en unik mulighet å estimere havisvolumet – og dermed den virkelig avgjørende tilstanden til havisen med høy nøyaktighet.
Hvordan måles istykkelse?
Allerede på 1980-tallet begynte forskere i Nord-Amerika å bruke elektromagnetikk for å måle istykkelse fra helikopter. I dag brukes det av forskere blant annet i Norge, Canada og Tyskland. Instrumentet fungerer etter samme prinsippet som for eksempel metallsøkere. Det ser ut som en torpedo som henger under et helikopter eller fly, og inneholder spoler som sender og mottar elektromagnetiske felt. Elektromagnetisk induksjon i det nærmeste området rundt instrumentet er avhengig av den elektriske ledningsevnen av materiale i nærheten. Saltvann fra havet har en høy ledningsevne sammenliknet med havis eller luft, og dermed får man større signaler hvis man er nærmere saltvann. Med en egnet kalibrering kan slik avstand fra instrumentet til saltvann måles. I tillegg er det installert en laser-avstandsmåler som måler avstand fra instrumentet til snøoverflaten. Differansen mellom resultatene fra begge målingene er den totale istykkelse – is pluss snø. I løpet av en helikoptertur får man dekket et område med over 100 kilometer radius. Resultatet blir høyoppløst informasjon om regionale istykkelser.
Kart med istykkelsesdata (total istykkelse, havis pluss snø) samlet inn nord for Svalbard. Til venstre data fra vår, til høyre fra sommer. (Kart: Angelika H.H. Renner, Norsk Polarinstitutt).
Isen nord for Svalbard
I en ny studie fra Renner og medarbeidere har forskere fra Norsk Polarinstitutt i samarbeid med det tyske Alfred Wegener Institute samlet, prosessert, analysert og publisert istykkelsesmålinger nord for Svalbard fra 2007 til 2011. Resultatene dokumenterer at det har vært et førsteårsisregime i dette område siden 2007.
Førsteårsis er is som ikke har «overlevd» en sommersmelteperiode. For store områder i Arktis har førsteårsis blitt den dominerende istypen, på bekostning av flerårsis. Førsteårsis er tynnere og smelter fortere enn gammel, skrudd is.
Totalt fem tokt ved iskanten, og langt inn i isen mellom omtrent 80 og 85 grader nord, ble utført om våren og sommeren. Analysen viser at istykkelse målt i samme årstid over forskjellige år mellom 2007 og 2011 varierer lite. Om våren består isdekket av store, jevne isflak med mye snø. Om sommeren derimot, er isen dekket av smeltedammer og snøen er smeltet. Om våren er istykkelsen cirka én meter ved iskanten, og øker gradvis inn i pakkisen til cirka to meter tykkelse 100 kilometer fra iskanten. På sommeren er istykkelsen fortsatt cirka én meter ved iskanten, men øker til bare cirka 1,4 meter 100 kilometer inn i pakkisen.
Undersøkelser fra før 2007 viste at istykkelsen økte kontinuerlig mot høyere breddegrader i den europeiske sektoren av Arktis. Våre nyere målinger viser derimot større tykkelsesforskjell innenfor kort avstand til iskanten, mens lenger nord er istykkelsen relativt konstant. Dette bekrefter økt andel førsteårsis på bekostning av flerårsis.
Tilleggsinformasjon om istyper
Mens tykkelsen av isen gir oss et godt bilde om massebalansen, kan det være vanskelig å bestemme riktige istyper, og dermed best mulige forstå hvordan isen i en region ble dannet, og hvordan den kan utvikle seg videre. Mens det kjøres istykkelsesmålinger fra luft, er det relativt enkelt å samtidig kjøre automatisk og kontinuerlig fotografering av havisoverflaten som gir mulighet til å kartlegge både massebalansen og is- og overflatetyper.
I en ny publikasjon beskrives en halvautomatisk metode for å trekke ut mest mulig klimarelevant informasjon fra automatisk helikopterbasert bildetaking av havisoverflaten, kombinert med istykkelsesmålinger. Bildene som er tatt med et digitalt kamera blir analysert ut fra spektral og strukturell informasjon, hvor man deler inn overflater på bildene i fem forskjellige typer, for eksempel smeltedammer eller tynn is. Kombinasjon av bildeinformasjon og istykkelse gir et nokså tydelig bilde om både istypen og ismasse. Metoden ble testet med data samlet inn nord for Svalbard og i Framstredet. Mens istykkelsesfordelingen var relativt lik i begge områdene, var sammensetning av overflatetypene nokså forskjellig. For eksempel kunne det observeres tydelige forskjell i andel smeltedammer. Smeltedammer spiller en viktig rolle for isens energibalanse.
Studien understreker at havis kan være nokså forskjellig, med en god del eldre is i Framstredet, og ettårsis nord for Svalbard, selv om tykkelsen er lik. Ulike istyper har ulike egenskaper, og det er viktig å kjenne til hvilke istyper som finnes i de ulike arktiske regioner, for å estimere den videre utviklingen av isen.
Veien videre
Mer avanserte kamerasystemer er under utvikling. Bruk av to kameraer i synkronisert modus (stereokamera) gir muligheter for å få informasjon om høydeforskjell i arealet under flytransekter. Koordinert bruk av flere like systemer med elektromagnetiske systemer og kameraer vil bringe stor nytte for iskartlegging for store områder i Arktis, og for målinger til ulike årstider, for å forstå bedre prosessene som fører til isreduksjon i Arktis. Kombinasjon med målinger fra satellitter, som for eksempel ESAs CryoSat-2 radar altimeter, vil gi mer nøyaktige istykkelsesdata for hele Arktis. Det nye norske isgående forskningsfartøyet «Kronpris Haakon» vil gi betydelig større muligheter for norske og internasjonale partnerinstitusjoner for å studere havisens utvikling og status også lengre inn i isen.
FAKTA:
Arbeidet er støttet av prosjektet «ICE-havis» ved ICE-senteret, Norsk Polarinstitutt, Framsenterets forskningsprogram «Havisen i Polhavet, teknologi og avtaleverk», prosjektet PRODEX «CryoSat Sea Ice» (finansiert av Norsk Romsenter og European Space Agency), og Norsk Polarinstitutts langtidsovervåking av havis i Arktis.
Referanser:
IPCC (2013): Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Stocker, T.F., D. Qin, G.-K. Plattner, M. Tignor, S.K. Allen, J. Boschung, A. Nauels, Y. Xia, V. Bex and P.M. Midgley (eds.)]. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA, 1535 pp.
Renner, A.H.H., S. Hendricks, S. Gerland, J. Beckers, C. Haas, og T. Krumpen (2013a): Large-scale ice thickness distribution of first-year sea ice in spring and summer north of Svalbard. Annals of Glaciology 54 (62) 2013
Renner, A.H.H., M. Dumont, J. Beckers, S. Gerland, og C. Haas (2013b): Improved characterisation of sea ice using simultaneous aerial photography and sea ice thickness measurements. Cold Regions Science and Technology.
Denne artikkelen er første gang publisert i CICEROs magasin "Klima"