ARTofMELT2023 studerar övergång till sommar i Arktis

Michael Tjernström Foto: Stella Papadopoulou

Medan sommaren kommer gradvis på land sker övergången mellan årstiderna i Arktiska oceanen mera plötsligt. Men vad är det egentligen som styr den plötsliga övergången till sommar? Forskarnas hypotes är att det är inflöden av varm och fuktig luft söderifrån, så kallade atmosfäriska floder, som styr övergången.

Tidigare studier tyder på att atmosfäriska floder har blivit både vanligare, kraftigare och varar längre i ett varmare klimat. Och för att kunna förutspå den framtida klimatutvecklingen med större säkerhet, både i Arktis och globalt, måste forskare nu kunna ta med både atmosfäriska floder och hur de påverkar is- och snötäcket i våra klimatmodeller, de datormodeller som används för att förutse klimatet i framtiden.

Idag vet vi väldigt lite om hur dessa atmosfäriska floder ser ut. Under den här expeditionen vill vi studera dem i detalj och hur de påverkar istäcket, säger Michael Tjernström.

Det gäller både hur de påverkar havsisen och snön, men också hur isytan i Arktis i sin tur påverkar den varma luften och ombildar den till ’arktisk luft’.

– Framför allt kyls luften underifrån och då bildas ofta moln eller dimma. Men molnen, i kombination med den varma luften, bidrar också till uppvärmningen av istäcket, säger Michael Tjernström.

Paul Zieger Foto: Stella Papadopoulou

Moln består av miljontals små molndroppar eller iskristaller. I kärnan av varje molndroppe finns en aerosolpartikel, ett frö på vilket vattenånga kondenseras. Molnen påverkar vilken mängd solljus och värmestrålning som når havsisen, men aerosolpartiklarna påverkar hur stor den påverkan är. Aerosolpartiklarna kan också fastna på snö och is, vilket gör att ytan mörknar. Det påskyndar då issmältningen genom att en mörk yta absorberar mer solljus än en ljus yta.

Aerosolpartiklar kommer från både från naturliga källor, som havssalt, pollen och bakteriesporer, och från resultatet av mänskliga aktiviteter, som sot som bildas vid ofullständig förbränning av fossila bränslen, trä och annan biomassa.

Enligt den senaste klimatrapporten från IPCC är en av källorna till osäkerheten om framtidens temperaturhöjning stor just på grund av bristande kunskap om hur aerosolpartiklar påverkar klimatsystemet.

– Atmosfäriska floder kan förutom värme och vattenånga även föra med sig stora mängder aerosolpartiklar in till centrala Arktiska oceanen. Om vi ändrar koncentrationen av aerosoler i Arktis kan det leda till att molnens egenskaper förändras, säger Paul Zieger.

Under ARTofMELT2023 hoppas forskarna att lära sig mer om aerosolpartiklarna, vilken typ de är, vilka egenskaper de har och storleken på de olika aerosolpartiklar som följer med atmosfäriska floderna till Arktis. Man vill också veta mer om de moln som bildas då.

Våra observationer kommer förhoppningsvis att bidra till en bättre förståelse för hur aerosolpartiklar och moln påverkar det arktiska klimatet. Det hjälper oss att förbättra våra klimatmodeller så att vi blir bättre på att göra klimatförutsägelser, både för Arktis och globalt, säger Paul Zieger.

Isbrytaren Oden Foto: Michael Tjernström

Att dokumentera övergången mellan vinter och sommar i Norra Arktis kräver flexibel planering och snabbhet i vändningarna, men också tålamod.

Det kan bli utmanande att hålla entusiasmen vid liv om det inte händer något och vi blir kvar på samma plats under flera veckor. Men det är ju atmosfären som styr över om det bildas några atmosfäriska floder, så det måste vi vara beredda på, säger Michael Tjernström.

Forskningsfartyget Oden måste på kort varsel kunna flyttas till den plats där varm luft kommer in. Men att vara på en plats som nordligaste Arktis innebär stora utmaningar logistiskt. Bland annat för att få tillgång till de avancerade väderprognoser forskningsteamet är beroende av.

– För tillgång till väderprognoserna är vi beroende av våra landbaserade samarbetspartners och det är en utmaning i sig. Vi har inte tillgång till internet så långt norrut utan måste förlita oss på satellitkommunikation.

Under expeditionen har ARTofMELT2023 därför en särskild prognosfunktion på plats vid Stockholms universitet, under ledning av Gunilla Svensson, professor i meteorologi.

– Hon kommer vara som en spindel i vårt vädernät och hålla koll på vad vi gör och vart vi åker.

En annan utmaning är behovet av snabb förflyttning i svårforcerad havsis.

– Eftersom vi förflyttar oss långsamt behöver vi också ha välfungerade beslutsvägar för att undvika att förlora tid. Det är viktigt att vi kan flytta Oden dit vi vill på kort varsel, trots att den svåraste tiden att navigera i Arktis är innan isen börjar smälta, säger Michael Tjernström.

Mätningar på isytan innebär en utmaning i sig för ett rörligt forskarteam som måste vara flexibelt.

Det är bara möjligt att arbeta på isen med utrustning som kan tas ombord igen på mindre än en dag, för vi kanske måste flytta oss till en ny position och det kan ta ett tag, säger Michael Tjernström.

Foto: Michael Tjernström

När Oden väl befinner sig i ett område med en atmosfärisk flod sker många synkroniserade mätningar samtidigt, vertikalt från havet, genom isen och upp i atmosfären.

Vi kommer också att använda både helikoptrar och drönare för att se hur atmosfären och ytan beter sig horisontellt över ett större område. I havet används även en mini-ubåt för att studera hur atmosfären påverkar isen, säger Michael Tjernström.

Den nedre delen av atmosfären studeras med hjälp av en ballong, som med en lina fäst vid en vinsch kan hissas upp och ned, med drönare och ett instrumentsystem som hänger under en helikopter, men också med hjälp av fjärranalystekniker som radar, laser och mikrovågor. Forskarna kompletterar sedan de schemalagda mätningarna med andra typer av mätningar, vilket ger detaljerad information om atmosfärens sammansättning nära ytan.

– Vi kommer bland annat att studera atmosfärsgasernas egenskaper, partiklar och moln och energiutbytet vid ytan. Här är det viktigt att inte förorena våra observationer med utsläpp från Oden. Därför vänder vi Oden upp mot vinden, säger Paul Zieger.

Var sjätte timme släpps väderballonger upp och liknande instrument sänks ner i havet.

Resultaten från väderballongerna skickas sedan till vädertjänster världen över, för att hjälpa till att förbättra väderprognoserna som vi sedan är så beroende av, säger Michael Tjernström.