Der Einfluss von gegensätzlichen Schnee-Charakteristika auf die Entwicklung des Meereises
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Schnee auf Meereis ist eine wichtige Komponente im Klimasystem der Polarregionen und modifiziert die Wechselwirkungen zwischen Atmosphäre, Meereis und Ozean signifikant. Auf antarktischem Meereis befindet sich eine ganzjährige Schneeauflage, wobei über ihre internen saisonalen Prozesse, wie zum Beispiel interne Schmelzvorgänge, und verknüpften Austauschprozesse an der Schnee/Eis-Grenzfläche nicht viel bekannt ist. Mithilfe von satelliten-gestützten Messungen kann man diese Eigenschaften großräumig um den antarktischen Kontinent beschreiben. Dabei war es uns möglich Satellitendaten unterschiedlicher Frequenzen so zu kombinieren, dass wir Eigenschaften in der vertikalen Schneesäule in unterschiedlichen Tiefen beschreiben können. Die Ergebnisse haben dabei gezeigt, dass sich der Zeitpunkt des Einsetzens interner Schneeschmelzprozesse über die letzten Dekaden nicht verändert hat. Wenn dieser interne Schneeschmelzprozess einsetzt, perkoliert das entstehende Schmelzwasser durch die Schneesäule nach unten und sammelt sich an der Schnee/Eis-Grenzfläche. Wenn die Temperaturen dann wieder sinken, gefriert dieses Schmelzwasser und bildet sogenanntes Aufeis. Dieses lässt auf diese Art und Weise das antarktische Meereis von oben wachsen. Wir suggerieren daher, dass der Anteil von Aufeis ein sensibler Indikator für den Klimawandel in den Polarregionen ist, da man bei einer zunehmenden Erwärmung verstärkte interne Schmelzprozesse erwarten würde. Die Auswertung von in-situ Beobachtungen der Schnee- und Meereiseigenschaften im Weddellmeer haben jedoch keinen Hinweis auf signifikante Veränderungen gegeben, was darauf hindeutet, dass sich die sommerliche Oberflächenenergiebilanz und die damit verbundene saisonale Entwicklung der Schneeeigenschaften in den vergangenen Dekaden wenig verändert haben. Es stellt sich dennoch die Frage, wann die gegenwärtige Klimaerwärmung auch das antarktische Meereis dahingehend verändert, dass ein verstärktes Oberflächenschmelzen einsetzt und auch die Meereisausdehnung im Südozean rückläufig ist, so wie wir es in der Arktis beobachten. Modellvorhersagen variieren jedoch für das antarktische Meereis noch sehr stark und sind, genau wie Satellitendaten-Produkte, momentan nicht in der Lage auch den ist-Zustand adäquat zu beschreiben. Grund dafür sind unzureichende Beschreibungen der Ozeansäule unter dem Meereis, vereinfachte Annahmen für die Schneeauflage und fehlerhafte atmosphärische Randbedingungen. So werden zum Beispiel regionale Unterschiede in den Schneeeigenschaften für Austauschprozesse mit dem darunterliegenden Meereis nicht berücksichtigt, was enorme Unsicherheiten in der Bestimmung der Schnee- und Eisdicke nach sich zieht. Die Arbeiten im Rahmen des SnowCast Projektes haben damit die enorme Relevanz der Schneeauflage für die Beschreibung und Analyse des antarktischen Meereises einmal mehr unterstrichen. Es hat sich außerdem gezeigt, dass noch weitere umfangreiche Studien mit dem Fokus auf einem verbesserten Verständnis saisonaler Schneeprozesse nötig ist um die vorhandenen Unsicherheiten in der Beschreibung des ist-Zustandes und der Vorhersage antarktischer Meereisparameter zu reduzieren. Dies wird uns dann erlauben den Schnee auf antarktischem Meereis als sensiblen Indikator für zukünftige Erwärmungsszenarien in den Polargebieten zu nutzen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Seasonal Evolution of Light Transmission Distributions Through Arctic Sea Ice. Journal of Geophysical Research: Oceans, 124(8), 5418-5435.
Katlein, Christian; Arndt, Stefanie; Belter, H. Jakob; Castellani, Giulia & Nicolaus, Marcel
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Sensitivity of Phytoplankton Primary Production Estimates to Available Irradiance Under Heterogeneous Sea Ice Conditions. Journal of Geophysical Research: Oceans, 124(8), 5436-5450.
Massicotte, Philippe; Peeken, Ilka; Katlein, Christian; Flores, Hauke; Huot, Yannick; Castellani, Giulia; Arndt, Stefanie; Lange, Benjamin A.; Tremblay, Jean‐Éric & Babin, Marcel
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Spatiotemporal variability and decadal trends of snowmelt processes on Antarctic sea ice observed by satellite scatterometers. The Cryosphere, 13(7), 1943-1958.
Arndt, Stefanie & Haas, Christian
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Large-Scale Variability of Physical and Biological Sea-Ice Properties in Polar Oceans. Frontiers in Marine Science, 7(c(2020, 8, 12)).
Castellani, Giulia; Schaafsma, Fokje L.; Arndt, Stefanie; Lange, Benjamin A.; Peeken, Ilka; Ehrlich, Julia; David, Carmen; Ricker, Robert; Krumpen, Thomas; Hendricks, Stefan; Schwegmann, Sandra; Massicotte, Philippe & Flores, Hauke
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Platelet Ice Under Arctic Pack Ice in Winter. Geophysical Research Letters, 47(16).
Katlein, Christian; Mohrholz, Volker; Sheikin, Igor; Itkin, Polona; Divine, Dmitry V.; Stroeve, Julienne; Jutila, Arttu; Krampe, Daniela; Shimanchuk, Egor; Raphael, Ian; Rabe, Benjamin; Kuznetsov, Ivan; Mallet, Maria; Liu, Hailong; Hoppmann, Mario; Fang, Ying‐Chih; Dumitrascu, Adela; Arndt, Stefanie; Anhaus, Philipp; ... & Haas, Christian
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Seasonal and interannual variability of landfast sea ice in Atka Bay, Weddell Sea, Antarctica. The Cryosphere, 14(9), 2775-2793.
Arndt, Stefanie; Hoppmann, Mario; Schmithüsen, Holger; Fraser, Alexander D. & Nicolaus, Marcel
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The Year of Polar Prediction in the Southern Hemisphere (YOPP-SH). Bulletin of the American Meteorological Society, 101(10), E1653-E1676.
Bromwich, David H.; Werner, Kirstin; Casati, Barbara; Powers, Jordan G.; Gorodetskaya, Irina V.; Massonnet, François; Vitale, Vito; Heinrich, Victoria J.; Liggett, Daniela; Arndt, Stefanie; Barja, Boris; Bazile, Eric; Carpentier, Scott; Carrasco, Jorge F.; Choi, Taejin; Choi, Yonghan; Colwell, Steven R.; Cordero, Raul R.; Gervasi, Massimo; ... & Zou, Xun
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Recent observations of superimposed ice and snow ice on sea ice in the northwestern Weddell Sea. The Cryosphere, 15(9), 4165-4178.
Arndt, Stefanie; Haas, Christian; Meyer, Hanno; Peeken, Ilka & Krumpen, Thomas
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Snow Depth and Air Temperature Seasonality on Sea Ice Derived From Snow Buoy Measurements. Frontiers in Marine Science, 8(c(2021, 4, 15)).
Nicolaus, Marcel; Hoppmann, Mario; Arndt, Stefanie; Hendricks, Stefan; Katlein, Christian; Nicolaus, Anja; Rossmann, Leonard; Schiller, Martin & Schwegmann, Sandra
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Snow Depth Retrieval on Arctic Sea Ice Using Under-Ice Hyperspectral Radiation Measurements. Frontiers in Earth Science, 9(c(2021, 12, 17)).
Anhaus, Philipp; Katlein, Christian; Nicolaus, Marcel; Arndt, Stefanie; Jutila, Arttu & Haas, Christian
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Overview of the MOSAiC expedition: Snow and sea ice. Elem Sci Anth, 10(1).
Nicolaus, Marcel; Perovich, Donald K.; Spreen, Gunnar; Granskog, Mats A.; von Albedyll, Luisa; Angelopoulos, Michael; Anhaus, Philipp; Arndt, Stefanie; Belter, H. Jakob; Bessonov, Vladimir; Birnbaum, Gerit; Brauchle, Jörg; Calmer, Radiance; Cardellach, Estel; Cheng, Bin; Clemens-Sewall, David; Dadic, Ruzica; Damm, Ellen; de Boer, Gijs; ... & Wendisch, Manfred
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Sensitivity of Sea Ice Growth to Snow Properties in Opposing Regions of the Weddell Sea in Late Summer. Geophysical Research Letters, 49(19).
Arndt, Stefanie
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Snowfall and snow accumulation during the MOSAiC winter and spring seasons. The Cryosphere, 16(6), 2373-2402.
Wagner, David N.; Shupe, Matthew D.; Cox, Christopher; Persson, Ola G.; Uttal, Taneil; Frey, Markus M.; Kirchgaessner, Amélie; Schneebeli, Martin; Jaggi, Matthias; Macfarlane, Amy R.; Itkin, Polona; Arndt, Stefanie; Hendricks, Stefan; Krampe, Daniela; Nicolaus, Marcel; Ricker, Robert; Regnery, Julia; Kolabutin, Nikolai; Shimanshuck, Egor; ... & Lehning, Michael
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The Performance of the ERA‐Interim and ERA5 Atmospheric Reanalyses Over Weddell Sea Pack Ice. Journal of Geophysical Research: Oceans, 127(9).
King, John C.; Marshall, Gareth J.; Colwell, Steve; Arndt, Stefanie; Allen‐Sader, Clare & Phillips, Tony
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Thermodynamic and dynamic contributions to seasonal Arctic sea ice thickness distributions from airborne observations. Elementa: Science of the Anthropocene, 10(1).
von Albedyll, Luisa; Hendricks, Stefan; Grodofzig, Raphael; Krumpen, Thomas; Arndt, Stefanie; Belter, H. Jakob; Birnbaum, Gerit; Cheng, Bin; Hoppmann, Mario; Hutchings, Jennifer; Itkin, Polona; Lei, Ruibo; Nicolaus, Marcel; Ricker, Robert; Rohde, Jan; Suhrhoff, Mira; Timofeeva, Anna; Watkins, Daniel; Webster, Melinda & Haas, Christian
