Vertikal utveksling

Både i atmosfæren og havet er utveksling av eksempelvis varme og karbondioksid begrenset av store tetthetsgradienter. I Arktis påvirker havisens egenskaper, særlig strukturen på overflaten og undersiden av isen, prosessene som bestemmer denne utvekslingen. ICE-havis har som mål å bygge opp et datasett av observasjoner som kan bidra til bedre forståelse av disse prosessene, og en forbedring av disse prosessene i modeller.

Målinger av turbulens utføres fra skip med fritthengende instrumenter

Målinger av turbulens utføres fra skip med fritthengende instrumenter. Isen – som stadig beveger seg – gir ofte store utfordringer. Foto: Angelika Renner / Norsk Polarinstitutt

EM-bird-instrumentet henger over et isflak som består av én stor skrugard

EM-bird-instrumentet henger over et isflak som består av én stor skrugard. Strukturer som skrugarder finnes både på oversiden og undersiden av isen, og de bidrar til å endre vind- og havstrømmer rundt isen, og skaper dermed turbulens og vertikal utveksling. Foto: Norsk Polarinstitutt

I Polhavet skaper store forskjeller i saltholdighet og temperatur, og de tetthetsforskjellene et fysisk skille mellom kaldt, ferskt arktisk vann (med havis) øverst, og varmt, salt atlanterhavsvann under. Gradienten skaper en barriere som hindrer varmetransport mot isen. Det varme atlanterhavsvannet flyter rundt havet i Arktis langs den bratte og ujevne kontinentalsokkelen rundt Polbassenget, og gjør det vanskelig å beregne den vertikale utvekslingen mellom vannmassene. Vi studerer hvilke roller vindskapt bevegelse i is og vann, strømmer, tidevann, indre bølger, effekten av havis og andre fysiske prosesser i det øvre vannlaget har som drivere av vertikal utveksling, i tillegg til hvilke effekter disse prosessene har på lagdelingen i havet. Den nye kunnskapen vil bli benyttet til å forbedre representasjonen av disse prosessene i hav- og klimamodeller.

Den nedre delen av atmosfæren i Arktis har ofte en vertikal struktur som er svært forskjellig fra den på lavere breddegrader. På høye breddegrader fører begrenset solinnstråling til jordoverflaten til lange perioder med nedkjøling, noe som gjør luften nært overflaten kaldere, og luften lengre opp varmere. Denne temperaturfordelingen betyr at luften nærmest jorda er mye tyngre enn lufta høyere opp, og dette begrenser vertikal utveksling. Det fører til at prosesser som kontrollerer varme, fordamping, karbondioksid og andre utvekslinger med overflaten er veldig forskjellige fra de på lavere breddegrader – og de sistnevnte er mer studert og bedre forstått. Våre målinger av vertikal utveksling vil forbedre bidraget fra disse prosessene i atmosfæriske modeller og klimamodeller.

Undersiden av havisen har egenskaper som forandrer seg mye avhengig av alderen på isen, og om den er i ferd med å smelte eller fryse. Fysiske karakteristikker som skrugarder som innebærer dype iskjøler, gjenfrosne råker som produserer tynne lag med glatt is, og åpne smeltedammer. Denne ujevnheten i isen skaper variasjoner i hastigheten til vannet nær grenseflaten mellom is og hav, og dette bidrar til vertikal utveksling. Tilsvarende effekter finner sted i overgangen mellom havis og atmosfæren. Vårt mål er å samle et omfattende datasett av observasjoner som vil bli brukt til å beskrive disse prosessenes effekter på vertikale utvekslinger av blant annet varme, på forskjellige horisontale skala.