Wstrząsające prognozy NOAA

Narodowa Służba Oceaniczna i Atmosferyczna (NOAA) poza samą analizą i raportowaniem regionalnego i globalnego stanu klimatu, przedstawia także prognozy sezonowe, w tym prognozy dotyczące zmian zasięgu lodu morskiego. Prognozy z drugiej połowy grudnia 2020 na okres letni 2021 są po prostu przerażające.

Zasięg arktycznego lodu morskiego w 2020 roku względem lat 2005-2019 i średnich dekadowych. JAXA

Rzućmy najpierw okiem na to, co ostatnio działo się w Arktyce. O ile w pierwszej połowie grudnia tempo zamarzania było szybkie, to po 20-tym zwolniło. Jeszcze przed Świętami warunki atmosferyczne sprzyjały generalnie zamarzaniu, ale granica lodu dotarła do miejsc, gdzie woda nie zdążyła się wychłodzić. Po 20-tym warunki atmosferyczne zaczęły się stopniowo zmieniać. Troposferyczny wir polarny rozpadł się, a znad Oceanu Atlantyckiego wlało się wilgotne i przede wszystkim ciepłe powietrze, które na Święta podniosło temperaturę do -1^oC w polskiej stacji polarnej na Svalbardzie. 

Odchylenia temperatur od średniej 1958-2002 powierzchni arktycznych wód dla 27 grudnia 2020 roku. DMI

Czynniki atmosferyczne związane z ruchami mas powietrza i wiatrem zaczęły hamować dalsze zamarzanie. Do tego jak wyżej wspomniano, doszły temperatury wód. Te, jak pokazuje powyższa mapa są wyraźnie wyższe od średniej wieloletniej. Woda morska musi się wychłodzić by mogła zamarznąć, średnio do -1,5^oC, ponieważ słona zamarza w niższej temperaturze. 

Wróćmy teraz do prognoz NOAA, które przewidują rekordowe topnienie lodu w okresie letnim 2021.

Prognozowane na okres styczeń-wrzesień 2021 odchylenia i zmiany zasięgu arktycznego lodu morskiego w mln km². NOAA: Seasonal climate forecast from CFSv2

Ze względu na działanie wiru polarnego w okresie październik-grudzień, odchylenie zasięgu lodu do kwietnia nie będzie duże. Średnie arktycznej kriosfery w marcu będą podobne do tych z 2019 roku, większe niż w latach 2016-2018. Może nawet osiągnięte zostaną wartości z roku 2012, ale raczej nie. Już teraz widać problemy z zamarzaniem, zaczyna słabnąć wir polarny, który prawdopodobnie rozpadnie się na początku stycznia. Prognozę należy traktować ostrożnie i zmiany zlodzenia w danym okresie na mniej więcej. W drugiej połowie wiosny topnienie znacznie przyspieszy. Będzie to spowodowane powstaniem potężnych wyżów barycznych i szybkim topnieniem śniegu na półkuli północnej. Być może też w grę będzie wchodzić dość rzadko widoczny w ostatnich latach dodatni dipol arktyczny i towarzyszący temu silny eksport lodu przez cieśninę Fram.

Prognozowane na okres czerwiec-wrzesień 2021 odchylenia koncentracji i zasięgu arktycznego lodu morskiego. NOAA: Seasonal climate forecast from CFSv2

Szybkie stopienie śniegu na Syberii i na Alasce spowoduje nagrzanie się powierzchni lądu. Nad rozgrzanym lądem znajdą się ciepłe masy powietrza, które bez problemu będą docierać nad Ocean Arktyczny, powodując tworzenie się stawów topnienia (woda na powierzchni lodu powstała na skutek topnienia śniegu i opadów atmosferycznych w tym obecności mgieł). W grę pewnie wejdą też dymy z pożarów lasów borealnych, gdzie opadająca sadza zmniejszy albedo powierzchniowe czapy polarnej. Lód będzie się szybko roztapiać. W tak szybkim tempie, że już w lipcu osiągnięte zostanie wrześniowe minimum z 2007 czy 2016 roku, a nawet 2012.  Według takich prognoz we wrześniu czapa polarna skurczy się nawet do 1 mln km², powierzchnia będzie jeszcze mniejsza. W praktyce oznacza to brak czapy polarnej. Biorąc pod uwagę kształt czapy polarnej dipol i eksport lodu przez cieśninę Fram nie będzie latem występować. W grę będą wchodzić trwałe wyże baryczne, a potem silne sztormy. Najprawdopodobniej dojdzie do pełnego wykorzystania możliwości energii cieplnej, która od lat jest gromadzona w wodach okołoarktycznych, a w ostatnich latach także arktycznych. 

Zmiany średniej letniej temperatury w latach 1948-2020 w ^oC. Climate Reanalyzer

Czy ta prognoza nie jest przesadzona? Przede wszystkim NOAA wcześniej takiego czegoś nie pokazywała. Najczęściej też było tak, że prognozy na drugą połowę lata nie sprawdzały się w tym sensie, że były niedoszacowane. A więc topiło się więcej. Na sezon 2020 prognoza była nawet trafna, zwłaszcza w kontekście tego, gdzie stopi się więcej a gdzie mniej. Musimy zdać sobie sprawę, że temperatury w Arktyce rosną. Od 2007 roku średnia temperatura latem niemal każdego roku przekracza 7^oC. Rosną też temperatury arktycznych wód, co stwierdza raport NOAA, rośnie ilość energii cieplnej w oceanach. To wszystko sprawia, że rośnie ryzyko megatopnienia. Z każdym kolejnym rokiem szansa na nowy rekord wrasta.

Ryzyko rekordowego topnienia w 2021 jest wyższe niż 50%. Ale realizacja prognozy o takiej skali raczej niewielka. Raczej mało prawdopodobne by doszło do tak dużego tąpnięcia na wykresie. Krzywa na wykresie musiałaby zejść poniżej 2000 km³. Choć z drugiej strony, gdyby tak się stało, to czerwona krzywa pokazująca wieloletni trend i ekstrapolację nie zmieni się. Wciąż zero będzie wyznaczone na początek lat 30. tego wieku, bo trend wytyczył kurs ciągnąc za sobą sezonowe zmiany. Po megatopnieniu z 2021 roku z pewnością nastąpi duże odbicie, tak jak w 2013 roku. W latach 2022-2028 wrześniowe minimum będzie oscylować w okolicy 3 mln km², potem znów dojdzie do tąpnięcia i spadku już poniżej 1 mln km². 

Taka sekwencja zdarzeń związana z czynnikami pogodowymi, jakie kształtowały sytuacje w Arktyce przez ostanie lata, jest możliwa. W każdym bądź razie czapa polarna i tak się roztopi, więc prognozę NOAA należy traktować poważnie. Temperatury wody i atmosfery wzrosną w końcu na tyle, że nawet w sytuacji braku wyżów barycznych i dodatniego dipola arktycznego lód morski w pewnym momencie po prostu się rozpuści. W ten sposób wzmocnieniu ulegnie globalne ocieplenie (metan, hydraty, zmarzlina) a  paryskie porozumienie klimatyczne i neutralność klimatyczna UE będzie nas ratować już tylko przed masowym wymieraniem.

Lądolód na Antarktydzie topnieje coraz szybciej

Co roku od antarktycznych lodowców odrywają się wielkie góry lodowe w naturalnym procesie cielenia się lodowca. Zjawisko to dzieje się jednak coraz częściej, a rozmiary odrywających się gór przytłaczają naszą wyobraźnię. To już przestaje być naturalnym procesem. Niedawno jedna z takich gór stała się obiektem zainteresowania mediów, choć raczej nie w kontekście problemu wzrostu poziomu oceanów. Te wielkie góry lodowe to wiąż jeszcze tylko ostrzeżenie przed tym, co może się zdarzyć w przyszłości, jeśli temperatury oceanów będą rosnąć dalej. 

 

Góra lodowa A-68 pół roku po oderwaniu się od lodowca Larsena. Szara cienka linia pokazuje pierwotną granicę lodowca szelfowego Larsena. NASA Worldview

 

W lipcu 2017 roku od lodowca szelfowego Larsen C oderwała się bryła lodu wielkości dwukrotnie przewyższającej powierzchnię Luksemburga. To jedna z największych gór lodowych, jakie powstały w znanej nam historii. W ten sposób Larsen C stracił około 12% swojej powierzchni i jeśli temperatury wód głębinowych będą rosnąć dalej, to Larsen C wkrótce podzieli los dwóch swoich poprzedników, które rozpadły się na przełomie wieków. Mapa obok (kliknij, aby powiększyć) przedstawia trasę wędrówki góry A-68, która niedawno minęła Georgię Południową, i zaczęła się rozpadać.  Licząca blisko 6 tys. km² góra po oderwaniu się miała 190 metrów grubości, z czego 30 metrów wystawało ponad powierzchnię morza. 

 

Sam fakt zbliżenia się góry lodowej do leżącej w pobliżu Antarktydy Georgii Południowej  nie jest tutaj istotny. Choć niewątpliwie utknięcie blisko wybrzeży wyspy tak wielkiej masy lodu stanowiłoby problem natury ekologicznej. Góra roztapiając się, uwolniłaby ogromne ilości wody słodkiej, w ten sposób szkodząc przystosowanemu do słonej wody życiu morskiemu.  

Zmiany masy antarktycznego lądolodu w latach 2002-2020. Dane pomiarowe z GRACE 2002-2017 i GRACE-FO 2018-2020.

Problemem nie jest przyszłość lokalnej przyrody, lecz topnienie lodowców i samego lądolodu na Antarktydzie. Mimo siarczystych, sięgających -80^oC mrozów, kontynent ten traci lód. Dzieje się to w inny sposób niż na Grenlandii. Przede wszystkim roztapiają się lodowce szelfowe takie jak Larsen czy Pine Islad. To lodowce stykające się z wodami oceanu.  Działają one jak zatyczka uniemożliwiająca zsuwanie się pokrywającego ląd grubego na setki metrów lodu. Po drugie, część lądolodu antarktycznego spoczywa na dnie oceanicznym. Woda morska docierając pod taki lód, topi go od spodu. Po pewnym czasie spoczywający na dnie oceanicznym lądolód może się oderwać się od dna i rozsypać. Sam Larsen nie jest zbytnio istotny, gdyż znajduje się na wąskim, niewielkim w sumie Półwyspie Antarktycznym. Ale są inne. 

 

Jak pokazuje powyższy wykres, Antarktyda systematycznie traci lód. Na razie nie dzieje się to zbyt szybko. Wolniej niż w przypadku Grenlandii, bo w skali wielolecia średnio 149 Gt rocznie, ale proces przyspiesza. W latach 2017-2020 tempo to zwiększyło się do blisko 230 Gt rocznie. 

Zmiany poziomu światowego oceanu wyrażone w milimetrach w ciągu ostatnich lat. NASA/TOPEX,Poseidon, Jason

Topnienie lądolodu pociąga za sobą wzrost poziomu światowego oceanu. Ten od lat rośnie, średnio 3,3 milimetra rocznie. I tak samo, jak w przypadku topnienia, tempo wzrostu poziomu mórz przyspiesza. Na razie jest to niewielka wartość. Posługując się średnią 2-letnią ze względu na wahania tempa roztopów, zmianami w oceanach ze względu na takie czynniki jak stan globalnych opadów możemy dowiedzieć się, że w latach 2019-2020 poziom światowego oceanu wzrósł o 1,4 centymetra względem średniej 2016-2017. Rocznie więc w latach 2016-2020 poziom oceanów rósł w tempie 3,5 mm. Tempo to będzie systematycznie rosnąć.

Według raportów IPCC, które ze względu na niepewność co do przyszłego topnienia lądolodów biorą pod uwagę jedynie rozszerzalność cieplną oceanów, do końca tego wieku poziom morza wzrośnie do jednego metra. Ale jak wyjaśnia Anders Levermann z Potsdam Institute for Climate Change Research, jeden z głównych autorów rozdziału dotyczącego poziomu morza: [...] [5] raport wskazuje, że jeśli pokrywa lodowa Antarktydy zacznie się rozpadać, poziom morza może wzrosnąć o dodatkowe kilka dziesiątych metra w ciągu XXI wieku. Z tego powodu szukając prawdopodobnej górnej wartości, dostaniemy szacunki rzędu 1,2-1,5 m. 

Schemat pokazujący zasady topnienia antarktycznych lodowców na przykładzie lodowca Shirase na Antarktydzie Wschodniej. Ciepła woda pochodząca z antropogenicznej zmiany klimatu dociera dnem podwodnymi korytami oceanu pod lodowiec i tam topi go. Kolumna wody jest uwarstwiona ze względu na topnienie lodowca, gdzie zimna słodka woda utrzymuje się na powierzchni. 

Japońska ekspedycja badawcza w 2020 roku odkryła, że lodowce na Antarktydzie Wschodniej podlegają tak samo dramatycznym zmianom co wrażliwe lodowce Antarktydy Zachodniej. "Nasze dane wskazują, że lód znajdujący się bezpośrednio pod językiem lodowca Shirase topi się (cofa się) w tempie od 7 do 16 metrów rocznie", powiedział Daisuke Hirano, jeden z uczestników badania. To może znacznie pogorszyć sytuację w przyszłości, gdyż lądolód Antarktydy Wschodniej jest największą masą lodu na Ziemi. Jego całkowite stopienie podniosłoby poziom światowego oceanu o 60 metrów. Obecne prognozy szacują, że do 2500 roku poziom oceanów i mórz wzrośnie o 15 metrów. To bardzo odległa przyszłość, której nie dożyjemy. A przyszłym pokoleniom zostawi się w ten sposób dość przykry prezent. A już teraz wiele państw zaczyna mieść problem z podnoszącym się poziomem oceanu, jak np. Miami na Florydzie, czy włoska Wenecja.

 

Zobacz także:

• Antarktyczna zagłada, poniedziałek, 21 września 2020  "Te kanały nie były wcześniej tak dokładnie zbadane; odkryliśmy, że są one w rzeczywistości znacznie większe niż wcześniej sądzono - mają do 600 metrów głębokości.
• Gorąco na Antarktydzie - kolejna wielka góra lodowa oderwała się od lodowca , niedziela, 16 lutego 2020 
• Kolejne raporty pokazują, że Antarktyda traci coraz więcej lodu, piątek, 3 stycznia 2020

Zamarzanie wyszło na prostą, ale nie na długo

W tym miesiącu podobnie jak rok temu o tej porze warunki dla zamarzania arktycznych wód były dobre. Problem w tym, że niewiele to pomogło, gdyż  latem czapa polarna topiła się tak szybko, że omal nie doszło do pobicia rekordu z 2012 roku. Taka sytuacja może się powtórzyć. Co więcej, prognozowany jest rychły rozpad stratosferycznego wiru polarnego. 

 

Zasięg arktycznego lodu morskiego w 2020 roku względem wybranych lat oraz średniej 1981-2010. Wykres pokazuje zapis dziennych odczytów w 5-dniowej średniej. NSIDC

Warunki atmosferyczne podyktowane działaniem wiru polarnego dały możliwość szybkiego pokrycia lodem sporych połaci arktycznych wód. Dotychczasowe tempo zamarzania dla grudnia wynosi 108 tys. km²/dziennie, to ponad 20% szybciej niż średnia 1981-2010. Na dzień 22 grudnia zasięg lodu morskiego wyniósł 12,33 mln km², prawie tyle co w 2012 i 2019 roku, i oczywiście nie jest to rekordowa wartość. Spadły też różnice względem średniej wieloletniej, co ilustruje mapa obok (kliknij, aby powiększyć). Mimo to, wciąż te różnice są widoczne. Przede wszystkim na Morzu Barentsa, czy też Karskim, które powinno być już całkowicie zamarznięte.

Prognozowane warunki pogodowe w Arktyce i regionach leżących wokół niej na 24-25 grudnia 2020 roku. Tropical Tidbits

Ta sytuacja długo nie potrwa. Jest bardzo możliwe, że styczeń, a także już najbliższe dni nie będą przypominać typowej arktycznej zimy. Wir polarny w troposferze podzielił się, i tak sytuacja nie ulegnie zmianie w ciągu kolejnych dni. Dojdzie do pierwszej poważnej adwekcji ciepła, i niestety jej źródłem będzie Ocean Atlantycki. Lodowate powietrze zostało wypchnięte poza Ocean Arktyczny. Stąd tak silne mrozy na Dalekim Wschodzie, gdzie temperatury spadają średnio do -60^oC, miejscami nawet więcej. Kolejne dni niewiele zmienią, poza tym, że mroźne masy powietrza przeniosą się bardziej na zachód Syberii. Nad Obem temperatury nawet w ciągu dnia będą wynosić około -40^oC, miejscami nawet mniej (w zależności od miejsca). Nie jest to przejaw braku globalnego ocieplenia, po prostu gdzieś zimniej musi być, a lądy szybko się wychładzają o tej porze roku. Ciepło zrobi się na biegunie północnym. Niewykluczone, że temperatura zbliży się do zera. 

 

Prognozowane na 25 i 28 grudnia 2020 roku temperatury w stratosferze (wys. 19 hPa). Wtterzentrale

 

Fala ciepła, która nawiedzi Arktykę, nie będzie tej zimy ostatnią. Prognozy wskazują, że jeszcze w tym roku rozpocznie się rozpad wiru polarnego w stratosferze. Dojdzie na ocieplenia powietrza w stratosferze, w wyniku czego jeszcze bardziej Arktyka będzie narażona na silne napływy ciepła z południa. Ta fala ciepła, która jest prognozowana na Święta, będzie zdarzeniem krótkotrwałym. Jednak po rozpadzie stratosferycznego wiru polarnego, pogoda w Arktyce i wokół niej stanie się jeszcze bardziej ekstremalna. Będzie dochodziło do zdarzeń zakłócających dalsze zamarznie. Silne adwekcje ciepła i towarzyszące temu wiatry będą prowadzić do wycofywania się lodu morskiego. Takie zdarzenia wielokrotnie miały miejsce zimą w latach 2016-2018. 

 

Jak będzie to wyglądać dokładnie, i czy my przy okazji otrzymamy zimę (może ze śniegiem)? Przekonamy się za 3-4 tygodnie. 

 

Zobacz także:

• Zamarzanie powoli wychodzi na prostą, piątek, 11 grudnia 2020  W październiku i w listopadzie bieżącego roku tempo zamarzania nie zawsze było szybkie, wiele akwenów pokrywało się lodem bardzo powoli ze względu na wysokie temperatury wód.

 

NOAA Arctic Report Card 2020 cz. 7

Roślinność w Arktyce

Najważniejsze dane:

• Ogólnie wieloletni trend pokazuje postępujące zazielenianie się arktycznej tundry (okres obserwacji 1982-2019). W ciągu ostatnich lat sytuacja generalnie się nie zmienia. Zmiany są szczególnie widoczne na północy Alaski w okręgu North Slope. Występują także obszary, gdzie obserwuje się zjawisko "brązowienia" tundry, między innymi wyspy Archipelagu Kanadyjskiego.
  
• Istotną różnicą w wegetatywności tundry i procesie obserwowanego od lat zielenienia są widoczne od 2016 roku kontrasty. W Ameryce Północnej miał miejsce spadek obszarów zielonych, a w Eurazji nastąpił niewielki wzrost zieleni w tundrze.
  
• Z drugiej strony rok 2019 (nowe dane obejmują właśnie tenże rok) przyniósł wahnięcie w przypadku amerykańskiej Arktyki. W wyniku działania dość ciepłych warunków latem 2019, analiza pokazuje spory wzrost zieleni na obszarach tundrowych.

Roślinność, oraz wegetacja tundry dynamicznie reagują w ostatnich latach na zmiany środowiskowe, podyktowane ocieplającym się klimatem. Zmiany te nie są stałe rok do roku i różnią się w każdym regionie, co sugeruje, że istnieją złożone interakcje pomiędzy atmosferą, głąbami, a roślinnością. Zmiany w roślinności tundry mogą mieć wpływ na globalny budżet węgla. Część CO₂ jest pochłaniana przez obszary, gdzie tundra zielenieje. Ale większe ilości tego gazu trafiają w wyniku działania pożarów tajgi i emisji metanu. Zmiany w tundrze mają wpływ na wieczną zmarzlinę, która w ostatnich latach z powodu ocieplającego się klimatu rozmarza.  

Za pomocą satelitów jesteśmy w stanie rejestrować zmiany w roślinności arktycznej. Dla mierzenia zmian w roślinności, poziomie wegetacji służą indeksy NDVI (Znormalizowany Różnicowy Wskaźnik Wegetacji).  MaxNDVI to szczytowy poziom wskaźnika NDVI związany z maksymalnym w roku rozwoju arktycznej szaty roślinnej tundry. TI-NDIV to  zintegrowany czas - suma dwutygodniowych wartości NDVI, które odnoszą się do całkowitej wydajności wegetacji tundry. 

Okołoarktyczne trendy (% zmian, 1982-2019) w skali MaxNDVI dla 1982-2019 (po lewej), oraz  TI-NDVI (po prawej).

NDVI to wskaźnik stosowany w pomiarach teledetekcyjnych, pozwalający określić stan rozwojowy oraz kondycję roślinności. NDVI bazuje na kontraście między największym odbiciem w paśmie bliskiej podczerwieni a absorpcją w paśmie czerwonym. 

 

W ciągu ostatnich blisko 40 lat (1982-2018) pomiary satelitarne wskazują, że zarówno MaxNDVI, jak i TI-NDVI wzrosły w większości arktycznej tundry, co jest odpowiedzią na ocieplający się klimat. W przypadku północnej części Alaski obserwuje się wieloletni trend silnego zielenienia. Podobnie jest w innych obszarach, jak w południowej części kanadyjskiej tundry, czy centralnej Syberii. Największe efekty zmian są widoczne w okresie szczytowej wegetacji, przypadającym na środek lata. Pokazuje to MaxNDVI  (lewa mapa) - szczytowy poziom wskaźnika NDVI związany z maksymalnym w roku rozwoju arktycznej szaty roślinnej tundry. Nie wszystkie jednak obszary podlegają temu samemu procesowi. Od lat obserwuję się "brązowienie" tundry, a więc zanik zazielenienia tundry. Tak jak np. na południowo-zachodniej Alasce, Archipelagu Arktycznym i północno-zachodniej Syberii. 

 

 Po lewej) MaxNDVI, po prawej) TI-NDVI dla Ameryki Północnej, Eurazji i Arktyki jako całości podczas wieloletniego monitoringu satelitarnego (1982-2019).

W 2019 roku średnia wartość MaxNDVI dla regionów tundrowych zilustrowanych na mapach powyżej obniżyła się o 2% w stosunku do roku poprzedniego, co oznacza spadek trzeci rok z rzędu. Zmiany ilustruje powyższe zestawienie wykresów. MaxNDVI po rekordowo wysokiej wartości z 2016 roku Podobnie jak w poprzednich latach, także w 2019 roku występowały regionalne kontrasty w zazielenianiu się tundry, czy też cofaniu się tego procesu. Na Syberii wartość w 2019 roku była podobna do tej sprzed 4 lat, i była o 3% wyższa od średniej z lat 1982-2019. W amerykańskiej Arktyce wartość MaxNDVI w 2019 roku była najmniejsza od 1996 roku, o 2% niższa od średniej. 

W przeciwieństwie do MaxNDVI w 2019 roku odnotowano 5% wzrost TI-NDVI w stosunku do roku wcześniejszego. Wzrost ten był szczególnie silny w Ameryce Północnej, gdzie nastąpił duży wzrost wegetatywności po słabym okresie wegetacyjnym w 2018 roku. W 2019 roku TI-NDVI odnotował trzeci największy jednoroczny wzrost (9%) w całym zapisie pomiarów dla Ameryki Północnej. Niemniej jednak TI-NDVI w 2019 roku dla regionu okołobiegunowego był o 4% niższy od średniej z lat 1982-2019, co oznacza drugą najniższą wartość od 1993 roku.

Jedną przyczyn tzw. brązowienia tundry jest grubość i czas występowania pokrywy śnieżnej. University of Sheffield

Długoterminowy trend pokazuje zmiany w tundrze, gdzie pojawia się coraz więcej krzewów, są jednak miejsca, gdzie występuje inne zjawisko. To tzw. brązowienie tundry, czyli redukcja biomasy roślinnej. Zaobserwowano, że dzieje się tak po wystąpieniu ekstremalnych warunków pogodowych, takich jak nagła zimowa odwilż, a następnie ponowne ochłodzenie i oblodzenie. Jest to też związane z długością występowania pokrywy śnieżnej. Naukowcy z Norwegii sugerują, że takie wydarzenia zmniejszają zdolność roślinności do sekwestracji węgla.  Na brązowienie wpływ może mieć też pożar tundry. Podsumowując, wszystkie te zjawiska rozgrywające się w czasie globalnej zmiany klimatycznej wywierają ogromny wpływ na tamtejszy ekosystem.

Produktywność Oceanu Arktycznego

Najważniejsze dane: 

• Dane satelitarne wskazują, że produktywność pierwotna arktycznych wód wykazała wyższe wartości w 2020 roku w porównaniu ze średnią z lat 2003-2019 w większości akwenów morskich.
• Wszystkie badane akweny morskie nadal wykazują wieloletni trend wzrostowy. Przy czym najsilniejsze tendencje odnotowano w euroazjatyckiej Arktyce, Morzu Barentsa i Morzu Grenlandzkim.
• W lipcu i sierpniu 2020 roku w obszarze o długości 600 km na Morzu Łaptiewów stwierdzono znacznie wyższe stężenia chlorofilu-a niż wynosi średnia wieloletnia. Przyczyną była bardzo wczesna utrata lodu morskiego.

Żyjące w wodach Oceanu Arktycznego glony i fitoplankton są podstawowym źródłem produktywności oceanu. W wyniku działania fotosyntezy przekształcają rozpuszczony w oceanie dwutlenek węgla w materiał organiczny. Stanowi to podstawę istnienia łańcucha pokarmowego. Zmiany zachodzące w Arktyce mają wpływ na produktywność oceanu.

Na podstawie obserwacji satelitarnych, pokazujących zmiany w barwie oceanu, można określić, jak wygląda nagromadzenie chlorofilu A, a także mikroorganizmów żyjących w wodzie morskiej takich jak plankton.

Występowanie chlorofilu w Oceanie Arktycznym
Poniższe zestawienie map pokazuje rozkład odchyleń stężenia chlorofilu A (organiczny związek chemiczny z grupy chlorofili) w 2020 roku dla poszczególnych miesięcy.

Średnie w skali danego miesiąca stężenie chlorofilu A w 2020 roku dla maja, czerwca, lipca i sierpnia. Stężenie wyrażone jest jako procent od średniej z lat 2003-2019. MODIS-Aqua Reprocessing 2018.0, OCx algorithm

Największe wartości produktywności pierwotnej w 2020 roku zostały odnotowane w lipcu i w sierpniu. Stężenie chlorofilu-a jest zależne od tego, kiedy dojdzie do wycofania się lodu morskiego. Największe jego stężenia miały miejsce na Morzu Łaptiewów.

 

Odchylenia koncentracji lodu morskiego (%) w 2020 roku względem okresu 2003-2019 dla maja, czerwca, lipca i sierpnia. SSM/I, SSMIS, Goddard Bootstrap (SB2)

 

Obszar zwiększonej produktywności osiągnął rozmiary na obszarze o długości około 600 km. Stężenie chlorofilu-a było na Morzu Łaptiewów około 2 razy większe od średniej z lat 2003-2019 w lipcu, a sierpniu około 6 razy większe. Dodatkowo produktywność pierwotna była duża wzdłuż kry lodowej Morza Grenlandzkiego, a także na Morzu Barentsa. Najmniejsze wartości stężenia chlorofilu-a notowano w północnej części Morzu Beringa, a także na Morzu Barentsa w okresie od czerwca do sierpnia.  

Produktywność w oceanie
Stężenie chlorofilu-a pozwala oszacować wielkość biomasy glonów morskich. Wskaźnik produkcji pierwotnej (produkcja węgla za pomocą fotosyntezy w oceanie) jest obliczana przez połączenie stężenia chlorofilu-a z temperaturą wody, katem padania promieni słonecznych i stopniem mieszania wód.

Produktywność pierwotna w latach 2003-2020 od marca do września w dziewięciu rożnych regionach Arktyki i jej okolic, oraz średnia dla wszystkich regionów.

Oszacowania produktywności pierwotnej arktycznych wód dla dziewięciu regionów w odniesieniu do okresu 2003-2019 wskazują na ponadprzeciętną produktywność dla 2020 roku. Statystycznie istotne zmiany w trendzie wzrostowym wystąpiły w euroazjatyckiej Arktyce, w wodach Morza Barentsa i Grenlandzkiego. W wodach u wybrzeży Syberii w latach 2003 wzrost produktywności pierwotnej wzrósł o 37,7%, na Morzu Barentsa o 21%, a Grenlandzkiego o 18,7%. Tabela obok (kliknij, aby powiększyć) pokazuje rozpisane wartości. Należy oczekiwać, że w kolejnych latach coraz więcej wód arktycznych będzie podlegać biologicznym zmianom wraz z zanikiem lodu morskiego. 

Na podstawie: Arctic Report Card 2020: Tundra Greenness, Arctic Ocean Primary Productivity

NOAA Arctic Report Card 2020 cz. 6

Pokrywa śnieżna

Najważniejsze dane:

• Ekstremalnie wysokie temperatury wiosną 2020 roku na Syberii spowodowały szybkie topnienie śniegu. W wyniku tego czerwcowa powierzchnia śniegu w Eurazji była rekordowo mała.
  
• Większe niż zwykle nagromadzenie się pokrywy śnieżnej na Syberii nie wpłynęło na tempo topnienia śniegu i pobicia rekordu.
  
• Wieloletnie zmiany w ilości śniegu wokół Oceanu Arktycznego wykazują spadki zarówno w Ameryce Północnej jak i w Eurazji, w różnej jednak skali. 

Arktyczne obszary lądowe (na północ od 60°N) przez cały rok pokrywa śnieg. Okres letni trwa bardzo krótko. Większość śniegu wtedy znika do lipca. Tak było w XX wieku. W ostatnich latach z powodu ocieplającego się klimatu lato w Arktyce staje się coraz wyraźniej widoczną porą roku, która nie jest już krótkim okresem przejściowym między wiosną a jesienią. Moment, kiedy topnieje śnieg w Arktyce jest ważny. Im wcześniej on topnieje, tym szybciej odsłaniana jest ciemna, absorbująca promieniowanie słoneczne powierzchnia ziemi. Ciepłe masy powietrza mogą więc szybciej dotrzeć nad Ocean Arktyczny i spowodować przedwczesne topnienie lodu. 

Zbierane co roku dane pokazują, że w ostatnich 15 latach śnieg zaczynał się topić coraz wcześniej. Oczywiście, w każdym roku sytuacja jest zawsze inna ze względu na zmiany w pogodzie. Ostatnie kilka lat charakteryzuje się zwiększoną ilością śniegu, przez co na danym kontynencie potrzeba więcej czasu na jego stopienie. Z drugiej strony coraz wyższe temperatury wiosną sprawiają, że śnieg i tak topi się szybko, czego przykładem jest Syberia. 

Obszar zajmowany przez śnieg
Poniższe dane ilustrują zmiany powierzchni śniegu oddzielnie: dla Ameryki Północnej i Eurazji dla maja i czerwca. 

 Odchylenia powierzchni pokrywy śnieżnej dla maja i czerwca w latach 1967-2020 względem średniej 1981-2010. Wykres przedstawia dane dla Ameryki Północnej – czarny kolor oraz Eurazji – kolor czerwony. Krzywe pokazują 5-letnią średnią, zaś kółka średnie wartości miesięczne. NOAA, Climate Data Record (CDR)

O ile w okresie zimowym śnieg wciąż zajmuje ogromne powierzchnie i nie widać trendu spadkowego, to zupełnie inaczej jest wiosną. Wysokie temperatury powodują, że śnieg bardzo szybko się topi, więc jego powierzchni szybko znika. Wiosną 2020 roku powierzchnia pokrywy śnieżnej na północy Eurazji była znacznie mniejsza niż zwykle. Był to jeden z istotnych czynników, który wpłynął na szybkie topnienie lodu morskiego na Oceanie Arktycznym.  W maju powierzchnia pokrywy śnieżnej w Eurazji była czwartą najmniejszą w historii pomiarów, w czerwcu według NOAA padł rekord. Dane Global Snow Lab pokazują, że było to miejsce drugie, a rekord należy się dla 2012 roku - 1,07 mln km², w 2020 roku śnieg zajmował 1,12 mln km². W Ameryce Północnej powierzchnia pokrywy śnieżnej w maju była ósmą najmniejszą, a w lipcu dziesiątą najmniejszą w historii pomiarów. 

Globalna powierzchnia pokrywy śnieżnej w maju 2020 roku wyniosła 16,66 mln km², i była piątą najmniejszą w historii pomiarów. Podobna sytuacja miała miejsce w czerwcu - piąta najmniejsza w historii pomiarów wartość, ale niemal tyle samo co w 2019 roku. Z kolei w lipcu powierzchnia śniegu zajmowała drugą najmniejszą w historii pomiarów wartość - 2,41 mln km². To śnieg, który występował na Grenlandii i niektórych wyspach Arktyki.

Czas występowania oraz ilość śniegu
O ile jesienią, a potem zimą w związku ze wzrostem ilości wilgoci w atmosferze (pary wodnej) śnieg może obejmować większe obszary i leżeć dłużej, to wiosną, szczególnie pod jej koniec wygląda to inaczej. 

Czas występowania pokrywy śnieżnej w dniach, w odniesieniu do okresu 1998-2010. Pe lewej –  sierpień-styczeń 2019/20, po prawej – luty-lipiec 2020.

W okresie liczonym od sierpnia 2019 do stycznia 2020 roku czas pokrycia śniegiem obszarów lądowych był zbliżony do średniej lub nieznacznie ją przekraczał na znacznej części półkuli północnej. To, co rzuca się nam w oczy, to Europa, w której śniegu prawie w ogóle nie było. Wyjątek stanowiła północna cześć Skandynawii. Wpływ na to miało nie tylko samo globalne ocieplenie, a silna cyrkulacja zachodnia, z której powodu do Europy docierały ciepłe masy powietrza. Sytuacja ta nie zmieniła się w drugiej połowie zimy. Wysokie temperatury wczesną wiosną spowodowały, że śnieg szybko topił się w Rosji. W środkowej Syberii śnieg topił się miesiąc wcześniej niż zwykle. 

 

Odchylenia głębokości pokrywy śnieżnej w procentach względem średniej 1999-2018, dla a) marca, b) kwietnia, c) maja, d) czerwca 2020 roku.

 

Dane z Kanadyjskiego Centrum Meteorologicznego (CMC), pokazują procentowe anomalie grubości pokrywy śnieżnej od marca do czerwca 2020. Akumulacja śniegu w sezonie 2019/20 spowodowała, że w marcu jego grubość była znacznie większa niż zwykle. Było to szczególnie widoczne w Ameryce Północnej, co wiązało się z warunkami pogodowymi. Inaczej sytuacja wyglądała na Syberii, choć w marcu także ten region cechował się ponadprzeciętną głębokością śniegu. Dopiero w kwietniu, a  szczególnie w maju widoczne były negatywne zmiany, związane z bardzo szybkimi roztopami. Spora grubość pokrywy śnieżnej wczesną wiosną związana jest nie tylko niską temperaturą, która nie pozwala na topnienie śniegu, a z większą ilością wilgoci w atmosferze, co powoduje wzrost opadów.

Średnie odchylenia (1981-2010) ilości ekwiwalentu wody zawartej w pokrywie śnieżnej dla kwietnia w latach 1980-2020. Czarnym kolorem oznaczona jest Ameryka Północna, czerwonym Eurazja. Wyróżnione punkty oznaczają rok 2020.

Ilość zawartej wody w pokrywie śnieżnej przekłada się jej grubość i powierzchnię. Podobnie jak w przypadku lodu morskiego Arktyki. Widzimy więc na wykresie długofalowy spadek. Od 2000 roku obserwuje się występujące w większości przypadków ujemne anomalie ilości wody w śniegu. To oznacza, że z dekady na dekadę wiosną śniegu wokół Arktyki jest coraz mniej. Ale nie w każdym roku tak musi być ze względu na zmiany wzorców pogodowych. W 2020 roku ilość wody w śniegu była większa niż w ostatnich latach, co wiązało się z jego dużą akumulacją w czasie zimy. Widoczne to było zarówno w Ameryce Północnej jak w Eurazji. 

Długofalowe trendy zmian zasięgu występowania śniegu są spadkowe. Dla maja trend spadkowy wynosi 3,7% na dekadę, a dla czerwca aż 15,5%. Z kolei w trend spadkowy ilość śniegu wyrażony w ekwiwalencie wody dla kwietnia całościowo jest bardzo łagodny, wynosi jedynie 2,6%. Tak jak wyżej wspominano, ze względu na akumulację śniegu, a także anormalne zachowanie się prądu strumieniowego zmiany na początku wiosny są ledwie widoczne. Uwydatniają się w maju i czerwcu.

Na podstawie: Arctic Report Card 2020: Terrestrial Snow Cover

NOAA Arctic Report Card 2020 cz.5

Grenlandzki lądolód

Najważniejsze dane:

• W okresie od września 2019 do sierpnia 2020 bilans zysków i strat w grenlandzkim lądolodzie nadal był ujemny. Topnienie lądolodu latem 2020 roku było większe od średniej 1981-2010, ale znacznie niższe niż rekordowe straty latem 2019 roku.
• Cyrkulacja mas powietrza w 2020 roku przyczyniła się do występowania przeciętnych, a nawet niższych niż zwykle temperatur w centrum i na wschodzie Grenlandii. Cieplejsze warunki panowały na północy i południowym zachodzie wyspy.
• Albedo powierzchniowe w lecie 2020 roku było wyższe od średniej w skali całej powierzchni lądolodu.  

Topnienie powierzchni lądolodu
Podobnie jak w przypadku arktycznego lodu, tak samo w przypadku lądolodu Grenlandii wpływ ma temperatura, oraz ilość docierającej do powierzchni energii, co przekłada się na bilans strat/zysków lądolodu. Od skali topnienia zależy, ile wyspa straci lodu, który ostatecznie trafi do oceanu, podnosząc jego poziom. Gdyby stopił się cały lądolód, to poziom oceanów podniósłby się o 7,4 metra. Przy obecnym tempie topnienia, Grenlandia straci lód za niecałe 10 tys. lat.

Animacja pokazująca zmianę grubości pokrywy lodowej na Grenlandii w latach 1992-2018, oraz udział topniejących lodowców w podnoszeniu się światowego poziomu oceanów. Dalej film przedstawia prognozy wzrostu poziomu morza w oparciu o dane z piątego raportu IPCC. Źródło: University of Leeds/Planetary Visions/Technical University of Denmark

Po okresie względnej stabilności od lat 70. do początku lat 90. XX wieku lądolód zaczął tracić lód w coraz szybszym tempie i od 1998 roku odnotowuje się rokrocznie straty netto lodu. 

Zasięg powierzchniowego topnienia lądolodu w procentach w 2020 roku względem średniej 1981-2010. Szare odcienie oznaczają odchylenia standardowe. Mapa pokazuje odchylenia (1981-2010) ilości dni, kiedy miało miejsce topnienie.

Największe straty jak dotąd miały miejsce w 2012 roku - 464 gigaton (Gt) i w 2019 - 532 Gt. Rekordowa utrata pokrywy lodowej w 2019 była równa  w przybliżeniu 1,5 mm globalnego wzrostu poziomu morza. Pomiary wskazują, że latem 2020 roku temperatury pozwalały na ponadprzeciętne roztopy. Szczyt zakresu topnienia powierzchni lądolodu przypadł na 10 lipca, ale zasięg był znacznie mniejszy niż w 2019 czy 2012 roku. Topnienie odbywało się bowiem na 33,8% powierzchni lądolodu. Mimo dość niewielkiej skali roztopów, ciekawe zmiany przyniósł sierpień, kiedy to zasięg topnienia znacznie przekroczył średnią. 

Albedo powierzchni lodu
Od albedo powierzchni, a więc to ile promieniowania zostało pochłoniętego, a ile odbitego, zależy tempo topnienia lodowców i pokrywy śnieżnej. Im niższe albedo, tym więcej promieni zostaje pochłoniętych, a mniej odbitych.

Mapa anomalii albedo względem okresu odniesienia 2000-2009 latem (czerwiec-sierpień) 2020 roku i wykres przedstawiający zmiany albedo powierzchni w latach 2000-2020.

Im wyższe albedo tym więcej promieni słonecznych jest odbitych od powierzchni. W sezonie letnim pochłaniane światło słoneczne jest dominującym źródłem energii dla topnienia śniegu i lodu. W 2020 roku albedo było wysokie - 80,8%, nieznacznie przekraczając średnią, która wynosi 79,1%.

Ablacja lodowców.
Ogólnie rzecz biorąc ablacja netto lodowców na Grenlandii nieznacznie przekroczyła średnią wieloletnią.

Anomalie ablacji lądolodu względem okresu 1981-2010 na podstawie danych z różnych stacji w ramach programu PROMICE. Czerwona kółka oznaczają ablację znacznie przekraczającą średnią z lat 1981-2010.

Ablacja netto, czyli proces ubywania lodu w lądolodzie w 2020 roku w 5 z 8 miejsc pomiarowych PROMICE była bliska średniej wieloletniej. Największe topnienie miało miejsce na północnym wschodzie wyspy. Stopień ablacji był o 66% większy od średniej wieloletniej.

Utrata masy lodu
Do oszacowania strat w grenlandzkim lądolodzie wykorzystuje się technologię grawimetrii. W tym celu w 2002 roku umieszczone zostały przez NASA satelity GRACE. Misje te były prowadzone w latach 2020-2017. Potem zostały przerwane, ale obecnie program jest kontynuowany. 

 Zmiany masy grenlandzkiego lądolodu w gigatonach od kwietnia 2002 do sierpnia 2020 roku. Dane pomiarowe z GRACE 2002-2017 i GRACE-FO 2018-2020.

Na podstawie pomiarów GRACE wiemy, że w latach 2002-2020 rocznie wyspa bezpowrotnie traciła w przybliżeniu 268 mld ton lodu (ablacja netto). W sezonie 2018/19 zaobserwowano nowy rekord utraty lodu wynoszący 532 Gt. W następnym sezonie tj. wrzesień 2019 - sierpień 2020 Grenlandia straciła 293 Gt lodu. To wciąż powyżej średniej, ale mniej niż w poprzednim sezonie.

Topnienie lodowców na wybrzeżu   
Wraz z utratą masy poprzez topnienie powierzchni lądolodu Grenlandia traci także określoną ilość lodu poprzez jego bezpośrednią utratę lub ocielenie się stałego lodu (tj. gór lodowych) do oceanu. Zrzut lodu stałego następuje tam, gdzie lodowce uchodzą do morza, spotykają się z nim. Natomiast powierzchnia lądolodu się kurczy, widoczne jest to oczywiście na wybrzeżu, gdzie spływające do oceanu lodowce się wycofują. 

Skumulowana zmiana powierzchni netto (km²) 47 głównych grenlandzkich lodowców.

Szacunki PROMICE w oparciu o dane z satelity Sentinel pokazują, że w 2020 roku Grenlandia straciła 506 Gt lodu (z granicą niepewności +/-50 Gt). Jest to ablacja brutto, czyli całkowita strata nie uwzględniająca odzysku. W latach 1981-2020 średnia roczna wynosiła 460 Gt lodu, z kolei w latach 2010-2019 wartość ta liczyła 487 Gt. 

W ciągu ostatnich lat tempo spadku powierzchni lodowców na Grenlandii zmalało. Mierząc 47 głównych lodowców wyspy, w sezonie 2019/20 zanotowano spadek o wartości 55,4 km².  Na podstawie pomiarów satelitarnych Sentinel-2, LANDSAT i ASTER możemy się dowiedzieć, że spośród 47 lodowców 20 cofnęło się, 12 zwiększyło swoją powierzchnię a 15 pozostało bez zmian. Była więc to inna sytuacja niż w poprzednim sezonie, gdzie powierzchnia lodowców spadła o 71,2 km². Wtedy tylko 6 lodowców powiększyło się, 29 skurczyło się, a 12 było stabilnych. 

 

Lodowce Arktyki poza Grenlandią

Najważniejsze dane:

• Obserwacje lodowców arktycznych poza Grenlandią wykazują takie same zmiany jak w przypadku największej wyspy świata. W ich przypadku utrzymuje się tendencja znacznej utraty lodu.
• Straty w lodowcach poza Grenlandią w 2018 i 2019 roku zaobserwowano na Alasce, Archipelagu Arktycznym i na Svalbardzie.
• Szacowana na podstawie dotychczasowych pomiarów GRACE utrata lodu przez te lodowce wynosi średnio 164 Gt rocznie.

Poza samą Grenlandią w Arktyce znajduje się wiele różnych lodowców. Ich istnienie warunkuje polarny i subpolarny klimat, gdzie przez większość roku panują ujemne temperatury.. Lodowce te topią się z powodu zmian klimatycznych, ale ze względu na ich objętość, wkład w podnoszenie się poziomu oceanów jest niewielki, bo wynosi 0,4 mm rocznie.

Mapa przedstawiająca miejsca występowania arktycznych lodowców. Czarne kropki wskazują miejsce regularnie dokonywanych pomiarów lodowców.

Pomiary zmian masy lodowca pozwalają ocenić stan lub zdrowie lodowca i jego wpływ na zmiany średniego światowego poziomu morza.

Bilans topnienia lodowców
Analizując 25 lodowców w Arktyce poza Grenlandią stwierdzono, że w ostatnich latach lodowce te tracą masę i kurczą się. Lodowce zyskują na masie i powierzchni poprzez akumulację śniegu i tracą ją poprzez topnienie. Roczny bilans zmian w lodowcu jest mierzony od września do sierpnia następnego roku, tak samo jak na Grenlandii.

Łączny bilans klimatyczny zmian masy lodowców arktycznych wyrażony w metrach ekwiwalentu wody w pięciu regionach Arktyki.

Straty odnotowano w 16 z 25 lodowców w sezonie 2017/18. To lodowce znajdujące się na Alasce, Svalbardzie i w północnej Skandynawii. 9 lodowców powiększyło się, to lodowce w kanadyjskiej Arktyce i na Islandii. Nie wpłynęło to jednak na ogólny trend, gdzie każdego roku obserwuje się całościowy spadek masy/powierzchni arktycznych lodowców. W sezonie 2018/19 straty w lodowcach na Alasce, Svalbardzie, Norwegii i na Archipelagu Arktycznym były były wyraźnie większe na tle średniej wieloletniej. Wyjątkowo mocno topiły się lodowce na Alasce, co dobitnie pokazuje to powyższy wykres.

Utrata masy lodowców
Tak jak w przypadku Grenlandii czy Antarktydy do pomiaru strat w lodowcach wykorzystuje się satelitarne pomiary grawitacyjne. Dzięki temu jesteśmy w stanie się dowiedzieć, ile dany lodowiec stracił w konkretnym sezonie. Według danych GRACE arktyczne lodowce leżące poza Grenlandią nie są wyjątkiem. Też tracą swoją masę, a tym samym wielkość.

Skumulowane zmiany masy arktycznych lodowców w Gt w latach 2002-2019.

Trend dla poszczególnych lodowców wygada następująco: 66 Gt strat rocznie na Alasce, 63 Gt w kanadyjskiej Arktyce, 9 Gt na Islandii, 14 Gt na rosyjskich wyspach arktycznych i 12 Gt na Svalbardzie. Jest to ilość dająca średnio rocznie wzrost poziomu oceanów o 0,4 mm. Dla porównania Grenlandia daje 0,7 mm rocznie.

Na podstawie: Arctic Report Card 2020: Greenland Ice Sheet, Glaciers and Ice Caps Outside Greenland

NOAA Arctic Report Card 2020 cz.4

Arktyczny lód

Najważniejsze dane:

• Arktyczna czapa polarna w dalszym ciągu wykazuje trend spadkowy zarówno w czasie wrześniowego minimum jak i marcowego maksimum. Marcowe maksimum zasięgu lodu morskiego w 2020 roku było jedenastym najmniejszym w historii pomiarów, a wrześniowe drugim.
  
• Maksymalna objętość lodu morskiego w 2020 roku wyniosła 18 785 km³, czyli około 1000 km³ poniżej średniej z lat 2010-2019. Natomiast minimalna objętość na 2020 rok to 4 627 km³. Według danych CryoSat  minimum 2020 jest najmniejszym w historii pomiarów, czyli inaczej niż pokazują to dane PIOMAS. W sezonie topnienia czapa polarna straciła 15 215 km³.
• Bardzo wcześnie rozpoczęło się w 2020 roku topnienie lodu w syberyjskim sektorze przybrzeżnym, co było związane z ponadprzeciętnymi temperaturami na Syberii wiosną, a potem latem, oraz kierunkiem wiejącego wiatru.

Mierzony przy pomocy satelitów obszar lodu w Arktyce jest znacząco mniejszy niż miało to miejsce jeszcze kilkanaście lat temu.  Widoczne jest to szczególnie latem, kiedy trwa wzmożone topnienie. Ale zmiany od kilku lat stają się też wyraźne w okresie zimowym. W swoim raporcie naukowcy zwracają uwagę na rolę jaką odgrywa czapa polarna Arktyki - to klimatyzator planety, warunkujący taki, a nie inny klimat na Ziemi. Zmiany zachodzące w Arktyce są wskaźnikiem zmian klimatycznych. Poniżej przedstawione są mapy zasięgu lodu: marcowe maksimum i wrześniowe minimum.

Lewa mapa – średni zasięg lodu morskiego w marcu 2020. Prawa mapa – średni zasięg we wrześniu 2020. Fioletowa linia oznacza średni zasięg lodu w okresie 1981-2010. Dane NSIDC

Obserwowany od lat spadek zasięgu lodu morskiego dla poszczególnych miesięcy w roku w tym maksymalnych i minimalnych wartości w roku jest jednym z najbardziej charakterystycznych wskaźników zmiany klimatu. We wrześniu 2020 roku średni miesięczny zasięg pokrywy lodowej wyniósł 3,92 mln km², co stanowi drugą najmniejszą w historii pomiarów wartość. Pomiary satelitarne są prowadzone od 1979 roku. Uzupełniając trend o wartość z września 2020 roku otrzymujemy wynik, że trend liniowy wykazuje spadek liczący 82,7 tys. km² rocznie lub 13,1% na dekadę w stosunku do średniej z lat 1981-2010.

15 września osiągnięta została minimalna wartość zasięgu lodu morskiego, która wyniosła 3,74 mln km² - druga najmniejsza w historii pomiarów wartość, i druga obok 2012 roku, kiedy zlodzenie arktycznych wód spadło poniżej 4 mln km².

Procentowe zmiany zasięgu występowania lodu morskiego w Arktyce w latach 1979-2020 dla marcowego maksimum i wrześniowego minimum. Czarna krzywa oznacza marzec, czerwona wrzesień, wartości zasięgu wyznaczające wieloletni trend są oznaczone czarnymi i czerwonymi przerywanymi liniami.

W marcu zwykle osiągana jest maksymalna w roku wartość zasięgu pokrywy lodowej w Arktyce. Średnia wartość dla marca 2020 roku to 14,79 mln km². Miesiąc ten wykazuje mniejszy spadek w liniowym trendzie niż wrzesień. 40,4 tys. km² rocznie, czyli 2,6% na dekadę w stosunku do średniej 1981-2010. % marca zostało osiągnięte maksimum dla 2020 roku wynoszące 15,05 mln km² - jedenasta mniejsza w historii pomiarów wartości.

Ostatnie 14 lat (2007-2020), to 14 najmniejszych wartości zasięgu lodu morskiego w trakcie wrześniowego minimum. 14 lat to jedna trzecia czasu prowadzenia pomiarów satelitarnych. Każdy z tych trzech szeregów czasowych był inny. Pierwszy okres 1979-1992 charakteryzował się powolnym spadkiem - 6,9% na dekadę w stosunku do 1981-2020. Kolejny okres 1993-2006 to szybsze tempo zmian - 13,3% na dekadę. Ostatni okres 2007-2020 to ponownie wolniejsze zmiany - 4% na dekadę. Mimo spowolnienia obserwuje się wyraźne zmiany - średnia wartość wrześniowego minimum była niższa w drugim i jeszcze niższa w trzecim okresie. W pierwszym - 6,85 mln km², w drugim - 6,13 mln km² i w trzecim - 4,44 mln km².

Wiek lodu
To ile ma lat dany fragment czapy polarnej i jak ma się to do ogółu powierzchni lodu jest jednym z wyznaczników zmian, jakie zachodzą w Arktyce. Wiek lodu i jego udział w całości pokazuje to, w jakiej kondycji jest czapa polarna. Obserwacje pokazują, że powierzchnia wieloletniego, a tym samym na ogół grubego lodu kurczy się, choć proces ten, jak w przypadku zasięgu nie przebiega systematycznie rok po roku. Są lata chłodniejsze wśród cieplejszych, kiedy to lód w Arktyce przyrasta.  Warto tu zwrócić uwagę na to, że pokrywa lodowa nie jest w sensie wieku stała, czy bardziej mówiąc jednolita. Część lodu zawsze była i jest sezonowa, reszta ma 2 i więcej lat. Ponadto lód dryfuje i jest eksportowany przez cieśninę Fram, gdzie ulega stopieniu w wodach Oceanu Atlantyckiego.  

 

Zmiany obszaru, jaki zajmuje lód wieloletni i jednoroczny od 1985 roku do dziś. Powyżej mapy przedstawiające rozmieszczenie lodu wieloletniego i jednorocznego w marcu 1985 i 2020 roku. 

 

Lód mający więcej niż 4 lata był niegdyś głównym składnikiem pokrywy lodowej w Arktyce. Dziś stanowi jedynie ułamek tego, co było jeszcze 40 lat temu. W marcu 1985 roku taki lód zajmował 33% pokrywy lodowej, w 2020 tylko 4,4%. Nastąpił więc spadek powierzchni z 2,7 mln km² do 0,34 mln km² w marcu 2020 roku. Odnotować należy, że nastąpił wzrost powierzchni starego lodu względem 2019 roku z 1,2% do 4,4%. Zmiana ta wynika z tego, że 3-4-letni lód starzeje się i przetrwał letnie topnienia w 2019 roku. Jednak 3-4 letni lód zmniejszył swój udział z 6,4% w 2019 roku do 3,7% w 2020. 

Grubość i objętość lodu morskiego
Poza danymi PIOMAS z Polar Science Center, przedstawiane są dane z pomiarów satelitarnych Cryosat-2 od końca 2010 roku. Poniżej przedstawione są dane dotyczące zmian objętości lodu w trakcie sezonu zamarzania (od połowy października do połowy kwietnia).

Grubość i objętość lodu morskiego w sezonach 2018/19 i 2019/20: a)  zmiany objętości lodu morskiego obejmujące okres od 15 października 2019 do 15 kwietnia (czarna krzywa). Szary obszar przedstawia 10-letni przedział zmian od zimy 2010/11 do 2019/20 ograniczony dzienną najniższa (niebieska krzywa) i najwyższą (czerwona krzywa) wartością ilości lodu morskiego. b) miesięczna grubość lodu pokrywy lodowej w okresie od listopada do kwietnia 2018/19 (niebieska krzywa) i 2019/20 (brązowa krzywa). Obszary zacieniowane stanowią przedział niepewności. c) rozkład grubości lodu dla kwietnia 2020 (dane z dwóch satelitów) w zestawieniu z 2019 rokiem (szare kolumny). Dane: Cryosat2/SMOS i CESat-2

Na podstawie danych z satelity CryoSat-2 wiemy, że w półroczu zimowym 2019/20 zilustrowanym na wykresie ilość lodu morskiego wzrosła o 14 185 km³. Z 5 657 km³ w październiku 2019 roku do 19 842 km³ w kwietniu 2020. Objętość lodu przez cały ten okres była niższa od średniej z lat 2010-2019. W kwietniu 2020 roku objętość ta była o około 1000 km³ (-5%) mniejsza od średniej 2010-2019. Zmiany te pokazują, że choć liniowy trend spadku wrześniowego zlodzenia był wolniejszy w latach 2010-2019, to jego niewielka objętość w latach 2019-2020 prawdopodobnie przyczyniła się do większych strat w czasie lata 2020.

 

Grubość lodu wykazuje się niewielkimi rozmiarami. W kwietniu 2020 roku średnia miąższość czapy polarnej wyniosła 2,2 metra, mniej niż w kwietniu 2019 roku. Niższa od przeciętnej objętość lodu w kwietniu 2020 była spowodowana jego niską grubością w Basenie Arktycznym i na rosyjskich akwenach przybrzeżnych. Świadczy o tym, że nie tylko zbyt szybkie zwiększanie się powierzchni zimą 2019/20 przyczyniło się do powstania niewielkiej grubości, a sam ruch lodu. Zwiększona grubość lodu na północy Morza Barentsa i w regionie Svalbardu była spowodowana dryfem, co zostało zaobserwowane przez ekspedycję MOSAiC.

 

Po lewej: grubość arktycznego lodu morskiego w połowie kwietnia 2020 roku w metrach. Po prawej: odchylenia grubości lodu w stosunku do średniej z połowy kwietnia 2011-2019. Dane: CryoSat-2/SMOS

Te zmiany od 2019 roku są szczególnie widoczne w rejonie cieśniny Fram, która jest miejscem przez które lód morski wypływa na wody Atlantyku. Ten lód jest tam monitorowany przez Norweski Instytut Polarny od początku lat 90-tych, a trendy w latach 1990-2014 wykazują spadek zarówno grubości lodu jak i jego objętości. Pod koniec lata 2020 lód w cieśninie Fram składał się głównie z lodu jednorocznego, sporadycznie występował tam lód wieloletni. Na płytkich obszarach szelfu na wschód od północno-wschodniej Grenlandii uziemione góry lodowe zapewniały wcześniej warunki odpowiednie do tworzenia lub utrzymywania wieloletniego szybkiego lodu, ale we wrześniu 2020 roku zaobserwowano tam cienkie, szybko dryfujące kry lodowe. Grubość lodu w zachodniej części cieśniny Fram pod koniec lata 2020 wynosiła od 1,06 do 3,43 metrów. 

 

W sezonie roztopów 2020 czapa polarna straciła według danych CryoSat 15 215 km³ lodu. Tym samym minimalna objętość wyniosła 4 627 km³, to najmniej w ciągu 10-letnich pomiarów CryoSat-2/SMOS, co oznacza w ogóle rekord. Utrata ilości lodu morskiego w sezonie 2020 była drugą co do wielkości po 2011 roku. Ze względu na niską objętość na początku sezonu topnienia doprowadziło to do rekordu. Z jednej strony wrześniowe minimum 2020 było drugim najmniejszym w historii pomiarów, a z drugiej objętość minimalna była rekordowa - to czyni 2020 rok jednym z najbardziej ekstremalnych w historii pomiarów.

 

 

Erozja nadbrzeżnej wiecznej zmarzliny 

Najważniejsze dane:

• Od początku lat 2000 erozja wiecznej zmarzliny na wybrzeżu Oceanu Arktycznego znacznie się zwiększyła. Wzrost został odnotowany w 13 z 14 lokalizacji. Zmiany te zbiegły się z trendami ocieplającego się klimatu i redukcji lodu morskiego oraz topnieniem wiecznej zmarzliny na Dalekiej Północy
• Największy wzrost erozji wybrzeża odnotowano nad Morzem Beauforta. Porównując ostatnie dwie dekady XX wieku z dwiema pierwszymi tego wieku, wskaźnik erozji wyniósł tam od 80 do 160%.
• W ostatnich latach w ramach ścisłej współpracy i rozwoju prac badawczych wiedza na temat zmian w wiecznej zmarzlinie będzie się poszerzać.

Wybrzeża, na których znajduje się wieczna zmarzlina w Arktyce, stanowią 30% linii brzegowej Ziemi. Zmarzlina ta, w której uwięziony jest węgiel organiczny jest wrażliwa na zmiany klimatyczne. Brak lodu stykającego się z wybrzeżem, wzrost temperatur atmosfery i oceanu, wzrost poziomu morza, to czynniki, które wpływają na erozję zlodowaciałego wciąż jeszcze wybrzeża. Zmiany powodują nie tylko emisję dodatkowych gazów cieplarnianych, wpływają na także na życie lokalnych społeczności.  

Zmiany w erozji wiecznej zmarzliny na wybrzeżu Oceanu Arktycznego. Obserwacje prowadzone są od lat 50. XX wieku. Zaznaczone na mapie 14 miejsc, to obszary pomiarów prowadzonych w tym wieku. Arctic Coastal Dynamics

W okresie od 1950 do 2000 roku średnia stopa erozji wybrzeża w całej Arktyce wyniosła 0,5 metra rocznie. Największe zmiany miały miejsce wzdłuż wybrzeży Morza Beauforta (1,1 metra rocznie), Wschodniosyberyjskiego (0,9 metra rocznie), Łaptiewów (0,7 metra rocznie) i Karskiego (0,7 metra rocznie). Mniejsze zmiany miały miejsce w atlantyckim sektorze, w przypadku Morza Barentsa 0,4 metra rocznie, na Svalbardzie 0,02 metra rocznie.

Historyczne i współczesne wskaźniki zmian w przybrzeżnej zmarzlinie w skali dekadowej z danych pochodzących z 14 punktów oznaczanych na mapie.

Od początku lat 2000 obserwacje z 14 przybrzeżnych obszarów wiecznej zmarzliny zostało zaktualizowane, co stanowi podsumowanie tego, jak zmiany w systemie arktycznym intensyfikują dynamikę wybrzeży wiecznej zmarzliny w XXI wieku. Tylko w jednym z 14 miejsc nie zaobserwowano negatywnych zmian w erozji wybrzeża. Na wybrzeżu Morza Beauforta odnotowano w XXI wieku największy wzrost erozji, bo od 80 do nawet 160%. W sześciu miejscach nad Morzem Barentsa, Karskiego i Łaptiewów tempo erozji w latach 2000-2019 wzrosło od 33 do 97%. Jedynym miejscem, w którym zaobserwowano spadek tempa erozji, było wybrzeże na samym południu Morza Czukockiego na Alasce. 

Mimo tego wyjątku w całej Arktyce obserwuje się niepokojąco szybki wzrost erozji wiecznej zmarzliny, który w przyszłości ulegnie nasileniu. Te zmiany nie tylko przełożą się na dalszy wzrost temperatur, wpłyną także na lokalne społeczności utrzymujące się z rybołówstwa. Erozja wybrzeży będzie stanowiła także wyzwanie dla rozwijającego się przemysłu w Arktyce, oraz aktywności wojskowej. Problematyczne stanie się przede wszystkim budowanie na wybrzeżu portów i stałych baz wszelkiego rodzaju.

 

Na podstawie: Arctic Report Card 2020: Sea Ice, Coastal Permafrost Erosion