Onze kennis van zee-ijs in de Noordelijke IJszee komt voornamelijk via satellieten, die sinds 1979 de afnemende omvang van het zee-ijs van bovenaf in beeld hebben gebracht. Het pan-arctische ijsoceaan- en modelleringssysteem van de Universiteit van Washington, of PIOMAS, is een toonaangevend hulpmiddel voor het meten van de dikte van dat ijs. Tot nu toe gaat dat systeem maar terug tot 1979.

Een nieuw artikel breidt de schatting van het Arctische zee-ijsvolume nu meer dan een eeuw terug, tot 1901. Om dit te doen, gebruikte het zowel moderne computersimulaties als historische observaties, sommige met de hand geschreven in de vroege jaren 1900 aan boord van voorlopers van de huidige schepen van de Amerikaanse kustwacht.

"Dit verlengt het record van de variabiliteit van de dikte van het zee-ijs van 40 jaar tot 110 jaar, waarmee we recentere variabiliteit en ijsverlies in perspectief kunnen plaatsen, " zei Axel Schweiger, een zee-ijswetenschapper aan het Applied Physics Laboratory van de UW en eerste auteur van de studie gepubliceerd in het augustusnummer van de Tijdschrift voor Klimaat .

"Het volume van het zee-ijs in de Noordelijke IJszee van vandaag en de huidige snelheid van verlies zijn ongekend in het 110-jarige record, " hij voegde toe.

PIOMAS geeft een dagelijkse reconstructie van wat er gebeurt met de totale hoeveelheid zee-ijs over de Noordelijke IJszee. Het combineert weerrecords en satellietbeelden van ijsbedekking om het ijsvolume te berekenen. Vervolgens verifieert het zijn resultaten aan de hand van bestaande diktewaarnemingen. Jaren na 1950, dat kunnen vaste instrumenten zijn, directe metingen of onderzeeërs die onder het ijs varen.

Tijdens het begin van de 20e eeuw, de zeldzame directe waarnemingen van zee-ijs werden gedaan door Amerikaanse belastingsnijders, de voorloper van de kustwacht, en marineschepen die sinds 1879 elk jaar door het noordpoolgebied hebben gevaren. In het Old Weather-project, de UW, de National Oceanic and Atmospheric Administration en de National Archives hebben samengewerkt met burgerwetenschappers om de weerberichten in gedigitaliseerde historische logboeken van Amerikaanse schepen te transcriberen om unieke klimaatrecords voor de wetenschap te herstellen. De nieuwe studie is de eerste die de waarnemingen van zee-ijs uit de logboeken gebruikt.

"In de logboeken officieren beschrijven altijd de bedrijfsomstandigheden waarin ze zich bevonden, het verstrekken van uurlijkse waarnemingen van het zee-ijs op dat moment en op die plaats, " zei co-auteur Kevin Wood, een onderzoeker aan het Joint Institute for the Study of the Atmosphere and Ocean. Als het schip in open water was, in het logboek staat mogelijk 'vol stoom vooruit' of 'onderweg'. Toen het schip ijs tegenkwam, officieren zouden kunnen schrijven "verschillende koersen en snelheden sturen", wat betekent dat het schip door een veld met ijsschotsen voer. Toen ze merkten dat ze vastzaten in het pakijs, het logboek kan "bezet" lezen.

Deze logboeken waren tot voor kort alleen in te zien bij het Nationaal Archief in Washington, gelijkstroom, maar door digitale beeldvorming en transcriptie door Old Weather-burgerwetenschappers zijn deze zeldzame waarnemingen van het weer en de zee-ijscondities in het noordpoolgebied aan het eind van de 19e en het begin van de 20e eeuw beschikbaar gesteld aan wetenschappers en het publiek.

"Dit zijn unieke historische waarnemingen die ons kunnen helpen de snelle veranderingen te begrijpen die vandaag in het noordpoolgebied plaatsvinden, ' zei Hout.

Wood leidt het Amerikaanse deel van het Old Weather-project, die in 2010 in het VK ontstond. De weerobservaties uit historische logboeken die zijn getranscribeerd door burgerwetenschappers van Old Weather zijn al toegevoegd aan internationale databases met klimaatgegevens en werden gebruikt in het model van de atmosfeer dat de nieuwe resultaten produceerde.

Officieren namen elke dag om 12.00 uur de positie van het schip op met behulp van een sextant. Ze merkten ook op wanneer ze herkenbare kenmerken passeerden, waardoor onderzoekers vandaag de dag de route van het schip volledig kunnen reconstrueren om het in ruimte en tijd te lokaliseren.

Hoewel de historische zee-ijswaarnemingen nog niet direct in het ijsmodel zijn verwerkt, steekproeven tussen het model en de vroege waarnemingen bevestigen de validiteit van de tool.

"Dit is een onafhankelijke verificatie dat het model het juiste doet, ' zei Schweiger.

De nieuwe, langer record biedt meer context voor grote stormen of andere ongewone gebeurtenissen en een nieuwe manier om het zee-ijssysteem van de Noordelijke IJszee te bestuderen.

"De waarnemingen die we hebben voor de dikte en variabiliteit van zee-ijs zijn zo beperkt, " zei Schweiger. "Ik denk dat mensen dit record zullen gaan analyseren. Er is een groot aantal vragen die mensen kunnen stellen om het Arctische zee-ijs te begrijpen en de toekomst te voorspellen."

De PIOMAS-tool wordt veel gebruikt door wetenschappers om de huidige toestand van het Arctische zee-ijs te volgen. Het gebied van Arctisch zee-ijs over de maand juni 2019, en het door PIOMAS berekende volume, waren de op één na laagste voor die tijd van het jaar sinds het begin van het satellietrecord.

Het laagste ooit geregistreerde zee-ijsoppervlak en volume vond plaats in september 2012. En hoewel Schweiger gelooft dat de langetermijntrend neerwaarts zal zijn, hij gaat er niet op wedden dat dit jaar een nieuw record wordt neergezet.

"De toestand van het zee-ijs op dit moment is ingesteld op nieuwe dieptepunten, maar of het zal gebeuren of niet hangt af van het weer in de komende twee maanden, ' zei Schweiger.