Морской лёд и снежный покров в Арктике - измерения

Арктический морской лёд участвует в регуляции температуры на Земле, отражая излучение Солнца обратно в космос.
Чтобы отслеживать площадь ледового покрова в Северном Ледовитом океане, учёные ежегодно используют данные от нескольких спутников, однако толщину этого льда измерить труднее.
Первоначальные результаты работы нового спутника ICESat-2 свидетельствуют о том, что морской лёд истончился на 20% с момента окончания службы первого спутника ICESat (2003-2009), вопреки другим исследованиям, которые показывают, что толщина морского льда оставалась относительно постоянной в течение последнего десятилетия.

ICESat-2 имеет лазерный высотомер, который использует световые импульсы для измерения высот рельефа поверхности с точностью примерно до дюйма.
Каждую секунду прибор посылает 10000 импульсов, которые отражаются от поверхности Земли и возвращаются на спутник, при этом фиксируется время, за которое свет проделал этот двойной путь.
Свет отражается от любого вещества, на которое он падает, будь то открытая вода, голый морской лёд или снег, скопившийся на поверхности льда, поэтому учёные используют комплексное сочетание измерений ICESat-2 и других данных для расчёта толщины морского льда.

Кроме того, сравнив данные ICESat-2 с измерениями другого спутника, исследователи создали первые спутниковые карты, показывающие количества снега, накопившегося на поверхности арктического морского льда, который выполняет роль изолирующего материала.

"Арктический ледовый покров резко изменился с тех пор, как начался его спутниковый мониторинг более четырех десятилетий назад, - говорит Натан Курц, заместитель научного руководителя проекта ICESat-2 из Центра космических полетов имени Годдарда. - Исключительная точность и круглогодичная измерительная способность ICESat-2 позволяет нам лучше понять механизмы, ведущие к этим изменениям, а также то, что это означает для будущего".

Согласно измерениям, произведённым в 2003-2009 годах с помощью первого спутника ICESat и других методов, за первое десятилетие XXI века толщина арктического морского льда резко сократилась.
По наблюдениям же спутника CryoSat-2, запущенного на орбиту в 2010 году, толщина арктического морского льда оставалась относительно постоянной.
Но после запуска ICESat-2 в 2018 году исследователи обратились к новому способу измерения толщины морского льда.

"Мы не можем получить точные измерения толщины от ICESat-2, но мы можем использовать комплексные данные, чтобы получить её оценку, - объясняет Алек Петти, специалист по морскому льду. Например, исследователи измеряют высоту снежного покрова на поверхности морского льда, используя компьютерные модели с учётом данных о снегопаде.

В исследовании, недавно опубликованном в журнале "Геофизические исследования: океаны" (Geophysical Research: Oceans), Петти и его коллеги представили карту толщины арктического морского льда с октября 2018 года по апрель 2019 года, на которой можно увидеть увеличение толщины льда в течение зимы, как и ожидалось.

Однако в целом расчёты с использованием данных ICESat-2 выявили, что в этот период времени лёд на самом деле был тоньше, чем показали данные спутника CryoSat-2.
Петти и коллеги также обнаружили уменьшение толщины морского льда на 20% путём сравнения измерений ICESat-2 в феврале-марте 2019 года с данными ICESat за февраль-март 2008 года. Это снижение невозможно увидеть по данным со спутника CryoSat-2.

По словам Петти, это два совершенно разных подхода к измерению толщины морского льда, каждый из которых имеет свои ограничения и преимущества.
CryoSat-2 имеет радар для измерения высоты; в отличие от лидара на ICESat-2, радар "видит" сквозь снег, измеряя высоту поверхности льда. Однако на радиолокационные измерения может влиять морская вода, заливающая лёд.
Кроме того, ICESat-2 является молодой миссией, а компьютерные алгоритмы ещё совершенствуются, что в конечном итоге может изменить результаты измерений.

"Эти два подхода к измерениям могут дать нам верхнюю и нижнюю границу толщины морского льда, и правильный ответ, скорее всего, находится где-то посередине, - сообщил Петти. - Есть причины, по которым оценки ICESat-2 могут быть низкими, а оценки CryoSat-2 наоборот высокими, и нам нужно привести эти измерения в соответствие друг с другом".

Таким образом, данные от спутников ICESat-2 и CryoSat-2 используются для двух различных методов измерения толщины льда – один спутник исследует поверхность снежного покрова, другой – границу между снежным слоем и льдом, но исследователи могут объединить эти два метода, чтобы рассчитать глубину снега.

"Теперь мы можем получить глубину снега на всей площади ледового покрова Северного Ледовитого океана, - сообщает Рон Квок, специалист по морскому льду из Лаборатории реактивного движения. - Арктический регион - это пустыня, но снег очень важен для него с точки зрения климата и изоляции морского льда".

Исследование показало, что снег начинает медленно накапливаться в октябре, при этом новообразованный лёд в среднем покрыт 5-сантиметровым слоем снега, а многолетний лёд имеет снежный покров высотой 14 см. Время основных снегопадов наступает в декабре и январе, а снежный покров достигает своей максимальной глубины в апреле - на относительно новом льду - 17 см, а на более старом - около 27 см.

Одним из воздействий снега на лёд является то, что весной мокрый снег иногда скапливается на морском льду, образуются целые талые озёра, которые поглощают тепло от Солнца и нагревают лёд, вызывая его таяние.




Источник: https:// www.nasa.gov/ feature/ goddard/ 2020/ icesat-2-measures-arctic -sea-ice-thickness -snow-cover