De siste tiårene har det foregått en jevn oppvarming av Arktis, og tilsvarende nedgang i sjøisens utstrekning. Samtidig har det vært ulike endringer i de store sirkulasjonsmønstrene i atmosfæren, som er med på å forme været i over Europa og Asia.

– Vi har studert et fenomen kalt blokkerende høytrykk over Uralfjellene. Slike situasjoner forbindes ofte med kalde vintre i Europa og Asia, siden et høytrykk sender kald luft innover kontinentet i flere dager eller uker av gangen, sier Camille Li, professor i meteorologi ved Geofysisk institutt ved Universitetet i Bergen, og Bjerknessenteret.

Sammen med en gruppe forskere koordinert av Stephen Outten, seniorforsker ved Nansensenteret og forskningsleder ved Bjerknessenteret, har hun nylig analysert den vitenskapelige debatten rundt dette fenomenet. Forskerne har analysert både observasjonsbaserte studier og modellstudier.

Årsak og virkning

­– Om vi ser på den siste hendelsen med avkjøling av Eurasia om vinteren: Var dette hovedsakelig drevet av tap av sjøis, eller var det en naturlig variasjon?, spør Camille Li.

– I det første tilfellet vil endring av sjøisen føre til en respons i atmosfæresirkulasjonen som igjen gir en effekt for vintertemperatur. I det andre tilfellet vil en naturlig variasjon i sirkulasjonen i atmosfæren føre til en respons i både i temperaturer over kontinentet og over Arktis i tillegg til en endring av sjøisen, sier Li.

Debatten handler om årsak-virkning. Mens noen studier ser en sterk kobling mellom tilbakegang av sjøis i Arktis og kalde vintre over Eurasia, mener andre studier at slike sammenfall er tilfeldige, naturlige variasjoner og at det ikke finnes noen årsak-virkning-sammenheng mellom disse fenomenene.

I disse artiklene kan du leser mer om hva diskusjonen handler om:

• Kobler et smeltende Arktis til iskalde vintre
• Surfer på supervinden
• Naturlig kulde i en varmere verden
• Klimaendringer alene forklarer ikke vårt ekstremvær
• Podkast om jetstrømmen

Polarisert debatt

Forfatterne mener debatten har blitt så forvirrende av to grunner. For det første fordi debatten har blitt satt opp som et ja-eller-nei-spørsmål, noe som har ført til svært polariserte synspunkter.

For det andre mener Outten og Li at noen av spørsmålene som er reist i de vitenskapelige publikasjonene har noen nyanser som ikke fullt ut er besvart. I noen av studiene samsvarer resultatene med hverandre, mens det kun er forskernes tolkning av dem som er motstridende.

Mens man i noen studier spør: «Var den siste avkjølingsepisoden mer sannsynlig sett opp mot tapet av sjøis?», spør andre «Er slike hendelser med avkjøling mer sannsynlige nå, altså i dagens tidsperiode med sjøistap, enn det det var «før», altså i den førindustrielle tiden da det var mer sjøis?

Camille Li påpeker at disse spørsmålene er ulike. Man kan fint svare ja på det første, og likevel svare nei på det neste.

Den gylne middelvei

I sin konklusjon lanserer Outten, Li og kollegaer et rammeverk som kan forene de to sidene av debatten.

I stedet for et enkelt ja eller nei, har forskerne utviklet et nytt perspektiv som tar hensyn til begge sider av argumentene.

– Etter vårt syn er det mer konstruktivt å vurdere om de kalde vintrene i Eurasia blir mer sannsynlige på grunn av mindre sjøis, sammen med andre faktorer som påvirker en slik variasjon i klima. På denne måten tar vi hensyn både til interne variasjoner i klima og nedgang i sjøis, sier Camille Li.

På spørsmål om sjøistap øker sannsynligheten for kalde vintre på det eurasiske kontinentet, svarer hun at det er mulig, men at effekten trolig er ganske liten sammenlignet med andre forhold.

Referanse

Outten, S., Li, C., King, M. P., Suo, L., Siew, P. Y. F., Cheung, H., Davy, R., Dunn-Sigouin, E., Furevik, T., He, S., Madonna, E., Sobolowski, S., Spengler, T., and Woollings, T.: Reconciling conflicting evidence for the cause of the observed early 21st century Eurasian cooling, Weather Clim. Dynam., 4, 95–114, https://doi.org/10.5194/wcd-4-95-2023, 2023.

I de store klimamodellene ligger sjøisen i nord som en hvit, seig honningklatt. Klimamodellenes sjøis beveger seg sakteflytende og mykt. Problemet er at isen i den virkelige verden ikke oppfører seg slik, den er snarere rigid og sprekker opp i lange linjer.

Så hvordan kan man få modellene til å representere isen litt mer realistisk?

Dette er noe Einar Ólason, forsker ved Nansensenteret og Bjerknessenteret for klimaforskning i Bergen, har jobbet med sammen med kollegaer helt siden 2014.

Sprekkene kan spores på satellittbilder, de er åpne i en dag eller to før de lukkes igjen. Selv om slike sprekker og åpninger i sjøisen er godt kjent, har ikke klimamodellene klart å gjenskape dem på en god måte. Gjennom arbeidet med ismodellen neXtSIM, har forskerne prøvd å løse problemet. Og i løpet av 2022, kom det tre publikasjoner fra Ólason et al, der modellene viser gode takter.

I videoen under forklarer Ólason hva som skjer når sjøisen sprekker opp. 

Det er i sprekkene ting skjer

Først litt om hva som skjer i samspillet mellom luften, det relativt varme havet og isen midt i mellom.

­– I det iskalde Arktis fungerer isen som et godt isolasjonsmateriale mot sjøvannet. Isen ligger som en barriere mellom luft som lett har en temperatur på -40, og havet under, som normalt har en temperatur på -2 grader. Temperaturkontrasten er nærmere førti grader, og der isen sprekker opp, begynner ting å skje, forklarer Ólason.

Sammenlignet med polarluften, er havoverflaten relativt varm. Når vannet møter luften, begynner vann å fordampe. Sjøvannet i overflaten er ganske ferskt, men når vannet gir fra seg vanndamp, blir det saltere. Saltere vann er tyngre og synker nedover i vannlagene. Slik forstyrres stabiliteten i vannsøylen, der man hadde et lag øverst med lett og ferskt vann like under isen. Også i den stabile, kalde luften over vannet forstyrres balansen. Stigende vanndamp skaper lokale værendringer.

Fransk reologi

Nå, i løpet av 2022, kunne Ólason og kollegaene endelig si at de har en modell som klarer å gjenskape virkelighetens is. Våren 2022 publiserte de en studie der de behandler isen ved hjelp av læren om hvordan faste materialer sprekker opp.

– Ideen kom fra Frankrike. I Grenoble finnes forskere som kan mye om reologi, som er læren om hvordan materialer beveger seg og sprekker opp. Berggrunnen er et eksempel. Den sprekker opp i lange linjer slik man kan se ved jordskjelv, sier han.

Ved å behandle sjøisen med teknikker fra bergmekanikk, har sjøismodellørene i Bergen nå klart å modellere sprekker som oppstår og lukker seg igjen på samme måte og ved samme hyppighet som observert via satellitter.

I denne videoen forteller Einar Ólason mer om hva som skjer når sjøis sprekker opp.

Vind er viktig

I en annen studie, ledet av Jonathan Rheinlænder ved Bjerknessenteret og Nansensenteret, ble den samme ismodellen brukt til å gjenskape en hendelse fra senvinteren i 2013. Fra midten av februar til midten av mars sprakk en stor isflate i Beauforthavet, nord for Alaska, opp.

Et sterkt høytrykk forårsaket vind som rev i isen og drev løs is ut gjennom Beringstredet. Fordi denne isen var dannet samme år, var den tynnere og derfor kunne lettere sprekke opp, enn eldre og tykkere is. I filmen under kan du se hvordan sprekkene spredte seg fra lengst vest i Beauforthavet og gjennom hele havområdet på noen uker.

Nå, når den tykke, flerårige sjøisen i Arktis i stor grad blir erstattet av tynnere ettårsis, blir den også svakere og mer utsatt for påvirkning av vind, slik man kan se i hendelsen fra Beauforthavet fra 2013 som vist i videoen under.

Kjenner man disse mekanismene i isen og også klarer å beskrive dem i modellen, kan man også klare å varsle slike hendelser. Målet er at modellen neXtSIM også kan brukes til å varsle sjøisens bevegelser for bedrifter som opererer i Barentshavet og i Arktis.

Den lange konteksten

Den tredje publikasjonen i rekken, handler om en videreutvikling av reologi i ismodellen, slik at den kan brukes på lange tidsskalaer, i en klimakontekst.

­– Vi så at om vi kjører den opprinnelige modellen på mer enn ett år, da oppstod det nye problemer. Etter noen år var isen i modellen gradvis blitt bygd opp til å bli urealistisk tykk, sier Ólason.

I tillegg var modellen blitt for tung å kjøre på supercomputerne. I artikkelen «A New Brittle Rheology and Numerical Framework for Large-Scale Sea-Ice Models» lanserer Ólason og kollegaene en ny versjon av ismodellen, som løser begge disse problemene.

Hvordan isen oppfører seg i virkelighetens verden, har en del å si for skrugarder og råker, og ikke minst for hvordan den påvirker livet i og rundt isen. Dette er noe Ólason og kollegaene jobber sammen med forskere over hele landet, i det store forskningsprosjektet Arven etter Nansen. Neste skritt for videreutvikling av kunnskapen rundt isens bevegelser, blir å jobbe med med konsekvensene for biologien som er avhengige av råker og skrugarder i isen.

Referanser

Ólason, E., Rampal, P., & Dansereau, V. (2021). On the statistical properties of sea-ice lead fraction and heat fluxes in the Arctic. The Cryosphere, 15, 1053–1064. https://doi.org/10.5194/tc-15-1053-2021

Rheinlænder, J. W., Davy, R., Ólason, E., Rampal, P., Spensberger, C., Williams, T. D., et al. (2022). Driving mechanisms of an extreme winter sea ice breakup event in the Beaufort Sea. Geophysical Research Letters, 49, e2022GL099024. https://doi.org/10.1029/2022GL099024

Ólason, E., Boutin, G., Korosov, A., Rampal, P., Williams, T., Kimmritz, M., Dansereau. V., Samaké, A. (2022). A new brittle rheology and numerical framework for large-scale sea-ice models. Journal of Advances in Modeling Earth Systems, 14, e2021MS002685. https://doi.org/10.1029/2021MS002685