Sea ice and snow characteristics from year-long transects at the MOSAiC Central Observatory

Abstract

Repeated transects have become the backbone of spatially distributed ice and snow thickness measurements crucial for understanding of ice mass balance. Here we detail the transects at the Multidisciplinary drifting Observatory for the Study of Arctic Climate (MOSAiC) 2019–2020, which represent the first such measurements collected across an entire season. Compared with similar historical transects, the snow at MOSAiC was thin (mean depths of approximately 0.1–0.3 m), while the sea ice was relatively thick first-year ice (FYI) and second-year ice (SYI). SYI was of two distinct types: relatively thin level ice formed from surfaces with extensive melt pond cover, and relatively thick deformed ice. On level SYI, spatial signatures of refrozen melt ponds remained detectable in January. At the beginning of winter the thinnest ice also had the thinnest snow, with winter growth rates of thin ice (0.33 m month−1 for FYI, 0.24 m month−1 for previously ponded SYI) exceeding that of thick ice (0.2 m month−1). By January, FYI already had a greater modal ice thickness (1.1 m) than previously ponded SYI (0.9 m). By February, modal thickness of all SYI and FYI became indistinguishable at about 1.4 m. The largest modal thicknesses were measured in May at 1.7 m. Transects included deformed ice, where largest volumes of snow accumulated by April. The remaining snow on level ice exhibited typical spatial heterogeneity in the form of snow dunes. Spatial correlation length scales for snow and sea ice ranged from 20 to 40 m or 60 to 90 m, depending on the sampling direction, which suggests that the known anisotropy of snow dunes also manifests in spatial patterns in sea ice thickness. The diverse snow and ice thickness data obtained from the MOSAiC transects represent an invaluable resource for model and remote sensing product development.

Gjentatte havismålinger langs linjetransekter er en metode som blir benyttet for å få kunnskap om massebalansen av havis og sesongmessige variasjoner. Grunnet logistiske utfordringer, finnes det fortsatt få datasett av denne typen fra Polhavet, et område som gjennomgår store endringer i klima og havisdekket. Denne studien er basert på et datasett som ble samlet inn det sentrale Polhavet under MOSAiC (Multidisciplinary drifting Observatory for the Study of Arctic Climate). I løpet av driften med det tyske forskningsfartøyet «Polarstern» fra høst 2019 til sommer 2020 studerte vi ukentlig snø- og havisdekket langs flere hundre meter lange linjetransekter med instrumenter som målte både is- og snøtykkelsen, samt is- og snøegenskaper som er viktige for fjernmåling. En viktig del av studiet var å undersøke havisen gjentatte ganger langs de samme linjene. Med denne metoden kunne vi overvåke sesongendringer i både havisen og snødekket, og hvordan fysiske egenskaper varierte mellom ulike havistyper. Linjetransektene ble gjennomført på ulike istyper i undersøkelsesområdet: nyis, som senere ble til førsteårsis, og andreårshavis som ikke hadde smeltet i løpet av sommeren. I tillegg var deformert havis inkludert i linjetransektene. Snødekke på havisen i det sentrale Polhavet i undersøkelsesperioden var i gjennomsnitt bare 20 cm tykk. Dette førte til rask vekst i den tynne havisen som forekom da studiet ble satt i gang, men som etter hvert utviklet en tykkelse lignende førsteårsis og andreårsis. Det gjennomsnittlige sesongmaksimum i istykkelsen ble målt til 1.7 meter i slutten av mai. Snødekket økte fram til april særlig i områder med deformert is med skrugarder. På jevn is økte snødybde forholdsvis saktere, og snødekke var ofte ujevnt fordelt. Resultater fra studiet tyder på at den romlige fordelingen av snø hadde signifikant betydning for veksten og tykkelsen av havis. Datasettet fra dette studiet representerer verdifulle data for modellering av snø og havis, og for utvikling av fjernmålingsprodukter. Dette fordi den har en høy tidsoppløsning, og at den omfatter alle vesentlige istyper som forekommer i den undersøkte delen av Polhavet.