An assessment of an Arctic sea ice thickness reanalysis using ESA Climate Change Initiative product

Show full item record



Permalink

http://urn.fi/URN:NBN:fi-fe201902286675
Title: An assessment of an Arctic sea ice thickness reanalysis using ESA Climate Change Initiative product
Author: Siponen, Joula
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Science
Publisher: Helsingin yliopisto
Date: 2019
Language: eng
URI: http://urn.fi/URN:NBN:fi-fe201902286675
http://hdl.handle.net/10138/299776
Thesis level: master's thesis
Discipline: Geofysiikka
Abstract: Muutokset merijään paksuudessa ovat yksi selvimmistä ilmastonmuutoksen merkeistä. Klimatologisten muutosten tutkimiseen tarvitaan pitkiä havaintoaikasarjoja merijään paksuudesta. Lisäksi tieto merijään paksuudesta on tärkeää kaikelle ihmistoiminnalle Arktisella alueella. Parempien merijääennusteiden tarve on kasvussa muun muasssa Arktisen alueen laivareittien operatiivisen kauden pidentyessä merijään vähenemisen seurauksena. Ennusteiden kehittäminen vaatii laadukkaita havaintoja, mutta merijään paksuuden mittaaminen riittävän hyvällä resoluutiolla, tarkkuudella ja kattavuudella on merkittävä haaste. Tässä tutkielmassa uutta aineistoa merijään paksuudesta, ESA-CCI (Climate Change Initiative), joka perustuu satelliittialtimetriaan, on käytetty merten uusanalyysin, ORAS5, arviointiin. CCI-aineisto yhdistää kaksi satelliittihanketta, Cryosat-2:n ja ENVISAT:in, minkä ansiosta käytössä on 15 vuoden aikasarja merijään paksuudesta Arktisella alueella. Uusi aineisto toimii hyvin uusanalyysin validointiin. Kaiken kaikkiaan keskimääräinen ero (RMSE) merijään paksuudessa aineistojen välillä on alle 1 m, mutta kausittain sekä vuosien välillä ero vaihtelee 0,5 metristä 1,3 metriin. Alueelliset erot ovat suuria. Tämän tutkielman tulokset tulevat aikaisempia tutkimustuloksia. Erot ovat uusanalyysin vikojen, kuten virheellisen fysiikan tai pakotteiden, ja satelliittialtimetrian epävarmuustekijöiden, kuten jään paksuuden johtamisessa käytetyn lumiklimatologian, summa. Kuukausittaiset merijään tilavuuden aikasarjat havaintojen kattavuudella paljastavat vuodet, jolloin tilavuus oli äärimmäisen alhainen, sekä vuoden sisällä tapahtuvan jääpeitteen palautumisen. Aikasarjan pohjalta lasketut tilavuuden trendit ovat selvästi negatiivisia ja CCI-satelliittiaineiston trendit tilastollisesti merkittäviä. Havaitut negatiiviset trendit ovat yhteydessä muutoksiin sekä ilmakehän että meren pakotteissa.Changes in sea ice cover are one of the most visible signs of climate change. Long time series of thickness observations are needed to study climatological changes. The knowledge of sea ice thickness is also important for human activities in the Arctic. Need for better predictions of sea ice conditions is increasing due to opening of the Arctic sea routes for longer operational season among other things. Improving predictions requires high-quality observations. However, measuring sea ice thickness with adequate resolution, accuracy and coverage over the Arctic is a major challenge. In this thesis a new product of sea ice thickness, ESA-CCI (Climate Change Initiative), based on satellite radar altimetry is used for assessment of sea ice thickness from ocean reanalysis ORAS5. The CCI product combines two satellite missions, CryoSat-2 and ENVISAT, which leads to 15-year time series of sea ice thickness over the Arctic. The new CCI product performs well in validation of the reanalysis. Overall average difference (RMSE) between sea ice thickness in the CCI product and reanalysis is below 1 m but seasonal and interannual variation during the time series is from 0.5 m to 1.3 m. There are strong regional differences. The results of this thesis support previous research. Differences are a sum of reanalysis biases, such as incorrect physics or forcing, as well as uncertainties in satellite altimetry, such as the snow product used in thickness retrieval. Monthly separated time series of sea ice volume for the CCI coverage reveal years of extremely low volume and recovery during the season. The trends in sea ice volume are clearly negative. Monthly CCI trends are statistically significant. ORAS5 trends have larger interannual variability and therefore show no significance. The observed negative trends are connected to changes in both, atmospheric and oceanic forcing.


Files in this item

Total number of downloads: Loading...

Files Size Format View
Siponen_Joula_Pro_gradu_2019.pdf 10.09Mb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record