La banquise avec des étangs de fonte dans l'océan Arctique au nord de l'île d'Ellesmere, Canada. Les floes sont consolidés et ont de grandes crêtes, indiquant que le vent et les courants océaniques les ont fait converger l'un vers l'autre. Cette photo a été prise lors d'un vol de l'opération IceBridge le 25 juillet, 2017. Crédit :NASA/Robbie Russell
La glace de mer dans l'océan Arctique est dans une spirale descendante, avec des étendues minimales estivales d'environ 40 pour cent inférieures à celles des années 1980. Mais prédire comment la banquise va se comporter au cours d'une année donnée est délicat :il existe encore de nombreuses inconnues sur les conditions de la couverture de glace de mer, sans parler des difficultés de prévision du temps et du comportement des océans sur des échelles de temps saisonnières.
Les chercheurs de la NASA s'efforcent d'améliorer leurs prévisions de la taille de la couverture de glace de mer arctique à la fin de la saison de fonte estivale, mais l'objectif n'est pas seulement d'avoir une meilleure prédiction de la couverture de glace de mer. Le défi de faire des prévisions estivales de glace de mer permet aux scientifiques de tester leur compréhension des processus qui contrôlent la croissance et le retrait saisonniers de la glace de mer, et pour affiner les modèles informatiques qui représentent les connexions entre la glace, atmosphère et océan.
Une initiative populaire lancée en 2008 compare les efforts de différentes équipes de recherche chaque année pour prédire la banquise arctique à la fin de l'été. Cette année, trois équipes de la NASA font partie de plus de trois douzaines de groupes qui ont soumis au moins une prédiction. Les groupes participants au Sea Ice Prediction Network (SIPN) utilisent différentes méthodes, allant de l'analyse statistique aux modèles dynamiques, intuition et combinaisons de techniques. Les équipes peuvent soumettre des prévisions en juin, juillet et août en fonction des conditions actuelles de glace de mer à ces moments-là. Chaque automne, le projet publie une analyse des candidatures de l'année, passer en revue les leçons apprises et fournir des orientations pour les efforts de recherche futurs.
La comparaison de différentes méthodes permet aux scientifiques d'aller au-delà de la simple collecte d'observations des caractéristiques de la glace de mer pour tester des hypothèses sur les moteurs du comportement de la mer au cours d'une année donnée. Par exemple, de telles méthodes permettront aux chercheurs d'examiner de plus près l'impact de l'épaisseur de la glace estivale ou de la présence d'étangs d'eau de fonte au début de la saison de fonte. Cela leur permettra également de déterminer si une caractéristique singulière de la glace est plus utile que l'analyse d'une combinaison de facteurs.
Entre autres données, les équipes participantes utilisent la concentration de glace de mer - quelle quantité d'une zone donnée est couverte de glace - et l'étendue, qui prend en considération toutes les zones de l'océan Arctique et des mers environnantes où la glace recouvre au moins 15 pour cent de la surface de l'océan. Des étendues de glace de mer plus élevées et, plus important, des concentrations plus élevées rendent la glace plus résistante à la fonte, parce que moins de l'océan est exposé et donc moins capable d'absorber la chaleur solaire. Les ensembles de données de concentration et d'étendue sont basés sur des méthodes développées dans les années 1970 et 1980 par des scientifiques du Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland, et actuellement organisée par les archives de données de la NASA au National Snow and Ice Data Center (NSIDC) à Boulder, Colorado.
En outre, une étude aérienne de longue date de la NASA sur les glaces polaires appelée Opération IceBridge fournit des mesures aux équipes du SIPN sur l'épaisseur de la banquise au printemps, les étangs de fonte et les conditions de neige, qui sont trois autres paramètres qui influencent la saison de fonte estivale.
Une collection de banquise brisée de différentes tailles, flottant au nord du Groenland. Des étangs de fonte sont visibles à la surface de la glace. Cette photo a été prise lors d'un vol de l'opération IceBridge le 24 juillet 2017. Crédit :NASA/Robbie Russell
Alek Petty, un chercheur de glace de mer à Goddard, a soumis au SIPN des prévisions pour les deux dernières années qui sont basées sur un modèle statistique qui analyse les mesures satellitaires de la concentration de glace de mer et du début de la fonte. Un aspect de la saison de fonte estivale que Petty teste avec son modèle est la question de savoir comment les étangs de fonte - les flaques d'eau de fonte bleu vif qui apparaissent sur la glace de mer au printemps et en été - peuvent également aider à prédire l'étendue de la glace de mer à la fin de l'été. Petty peut exécuter son modèle avec des données sur la couverture de l'étang de fonte printanière obtenues par un modèle climatique exécuté par des chercheurs du Royaume-Uni.
"L'une des difficultés avec le modèle d'étang de fonte est que nous n'avons pas beaucoup de bonnes observations des étangs de fonte dans l'Arctique pour validation, " a déclaré Petty. "C'est ce que l'opération IceBridge essaie maintenant de fournir avec leurs récentes campagnes estivales sur la glace de mer."
Richard Cullather, un modélisateur climatique chez Goddard, utilise un modèle dynamique du système climatique qui prend en compte les interactions entre la banquise arctique, l'océan et l'atmosphère. Cette année, sa quatrième participation au SIPN, il a appliqué des mesures d'épaisseur de glace de mer à partir de données satellitaires pour définir les conditions de la banquise avant le début de la saison de fonte. Cullather s'attend à ce que cet ajout améliore les prévisions.
"Il semble que la glace qui reste à la fin de l'été soit fonction de l'épaisseur de la glace au départ, ", a déclaré Cullather. "Nous avons exécuté nos prévisions en juin sans l'épaisseur de la glace de mer et elles sont venues avec une prédiction beaucoup plus élevée que lorsque nous avons réellement introduit les mesures d'épaisseur. Cela suggère que l'ajout des observations d'épaisseur modifie nos valeurs. »
les données IceBridge de la NASA, ainsi que des mesures du satellite CryoSat-2 de l'ESA (Agence spatiale européenne), fournir des informations clés sur l'épaisseur. Avec Ice de la NASA, Nuage, et le satellite d'élévation terrestre-2 (ICESat-2), une mission dont le lancement est prévu en 2018 qui mesurera la hauteur de la banquise au-dessus de la surface de l'océan, des informations améliorées sur l'épaisseur deviendront disponibles pour éclairer les prévisions de fusion.
Finalement, Walt Meier, un scientifique de la glace de mer qui a travaillé à Goddard jusqu'en juillet et est actuellement avec NSIDC, utilise une méthode statistique simple qui examine l'étendue totale de la glace de mer de 2005 à 2016 et fait la moyenne des changements quotidiens de l'étendue jour après jour jusqu'à la fin septembre.
De nombreux étangs de fonte sur la banquise au nord du Groenland, comme vu lors d'un vol de l'opération IceBridge le 24 juillet, 2017. Crédit :NASA/Nathan Kurtz
"Je n'utilise que les données des 12 dernières années car avant 2006, la lisière de la banquise au début de la saison de fonte était située beaucoup plus au sud, il fondrait donc plus rapidement en juillet et août qu'aujourd'hui, " dit Meier, qui participe au SIPN depuis ses débuts et est membre de l'équipe de direction.
Malgré le pack de glace de mer commençant la saison de fonte à partir d'une étendue annuelle maximale record en mars, aucune des prédictions de Petty, Cullather et Meier demandent que l'étendue de septembre de cette année soit inférieure à celle de 2012, qui est le plus bas jamais observé lors de l'enregistrement satellite des mesures de la banquise arctique qui a commencé en 1979. Pourtant, leurs prévisions suggèrent une étendue conforme à la tendance à la baisse à long terme de la banquise arctique.
Un défi commun aux prévisions existantes est que, comme la glace de mer s'est considérablement amincie au cours des dernières décennies, l'impact des phénomènes météorologiques tels que les grands cyclones d'été sur la couverture de glace s'est accru. Aussi, La météo ne peut généralement pas être prédite plus de 10 jours à l'avance.
"Les tempêtes d'été peuvent avoir des effets différents, " dit Cullather. " Si la glace est assez épaisse, la tempête peut répartir la banquise de sorte qu'elle couvre alors une plus grande étendue. Si la glace est très fine et que vous l'étalez, cela lui permettra de fondre plus rapidement car il y a plus d'eau libre réchauffée par le soleil."
« Il y a de plus en plus d'intérêt pour les prévisions saisonnières de la banquise arctique, mais en même temps, les choses sont difficiles en raison des conditions changeantes de la banquise et de la façon dont elle réagit aux conditions météorologiques, " a déclaré Meier. Mais des améliorations dans les modèles et les statistiques, avec un record croissant de mesures de glace de mer, rendre les prévisionnistes optimistes quant à l'avenir. "L'espoir est que les modèles puissent dépasser les changements dans l'Arctique, que nous pourrons rattraper notre retard et produire des prévisions plus fiables."
