Turbulentie meten op de Groenlandse ijskap

Het noordpoolgebied warmt nog sneller op dan de rest van de wereld en de Groenlandse ijskap komt steeds vaker in contact met een warmere atmosfeer. Om zo nauwkeurig mogelijk de evolutie van de Groenlandse ijskap te bepalen hebben we een globaal en gedetailleerd beeld nodig van alle belangrijke fysische fenomenen. Onderzoekers van het IMAU deden afgelopen april metingen op Groenland.

Het smelten van het ijs op de poolkappen is allereerst een fundamenteel natuurkundig vraagstuk. De staat van een sneeuw of ijsoppervlak bepaalt hoeveel smelt er kan ontstaan. Zo weten we bijvoorbeeld dat verse sneeuw meer zonlicht weerkaatst dan smeltende sneeuw, vervuilde sneeuw of ijs. Als het smeltseizoen eenmaal begint, zoals in mei in het westen van Groenland, dan absorbeert het sneeuwoppervlak een steeds grotere fractie van het zonlicht. En zo ontstaat er nog meer smelt.

We weten ook dat er meer smelt kan ontstaan op een ruig oppervlak. De wind die over de ijskap waait wordt gehinderd door de lage sneeuwbanken, door de brede ijsheuvels of door de diepe gletsjerspleten. Zodra de wind over-en-om deze obstakels moet waaien dan ontstaan er snelle wervelingen in de lucht, ook wel bekend als turbulentie. Het zijn deze wervelingen die meer smelt veroorzaken door de warmere lucht in contact te brengen met het smeltend ijs.

Dit zijn twee fenomenen die wij ook in ons dagelijks leven tegenkomen, namelijk wanneer we turbulentie en absorptie van zonlicht gebruiken om onze was buiten te drogen. Op een ijskap is het nog iets gecompliceerder, omdat zowel de oneffenheid van het ijsoppervlak als de hoeveelheid zonlicht die het oppervlak kan absorberen veel kan veranderen in de tijd en in de ruimte. Dicht bij een van onze weerstations in het westen van Groenland is het ijsoppervlak erg ruig maar heeft toch een normale lichte kleur. In de omgeving van een ander weerstation, in het zuiden van Groenland, zie je het tegenovergestelde; daar is het ijs vlak maar erg donker door vervuiling en stof.

We weten nog niet hoe het ijs- en sneeuwoppervlak er precies uit ziet op de rest van de ijskap, en vooral wat dit betekent voor de hoeveelheid smelt die er in de toekomst kan ontstaan. Met satellieten kunnen we veel in kaart brengen, zoals de kleur en de grootschalige topografie - oftewel oneffenheid - van de Groenlandse ijskap. Helaas kunnen we niet alles in kaart brengen, zoals de kleinschalige heuveltjes en het mengen van warmere lucht die deze obstakels veroorzaken dicht bij het oppervlak. Om die reden zijn onderzoekers van het IMAU naar Groenland gereisd in april. Samen met wetenschappers uit Denemarken hebben ze een turbulentieweerstation geplaatst op de ijskap, nabij het dorpje van Narsarsuaq.

Dit speciale weerstation meet de snelheid van de turbulente wervelingen in de lucht. Hiermee kan rechtstreeks worden gemeten hoeveel smelt er werkelijk wordt veroorzaakt door de veranderingen in luchttemperatuur.

Het klimaat boven dit zuidelijkste stukje van de Groenlandse ijskap staat onder invloed van de warme Noord-Atlantische oceaan. Dat betekent relatief veel sneeuw in de winter, maar nog veel meer smelt in de zomer. In de recordzomer van 2012 smolt daar in totaal zelfs negen meter ijs, waarvan een meter binnen een paar dagen. Dit jaar kwamen we net voor het smeltseizoen, dus toen lag er nog 1 meter sneeuw. Op satellietbeelden is te zien dat deze sneeuwlaag al binnen een paar weken na ons vertrek helemaal is gesmolten, wat de donkere onderliggende ijslaag al vroeg in het smeltseizoen blootlegt aan de warme atmosfeer. Dit heeft gevolgen voor de hoeveelheid smelt die in de rest van de zomer kan ontstaan.

In klimaatmodellen worden belangrijke fysische fenomenen, zoals zonlicht absorptie en turbulentie, altijd vereenvoudigt om ze over grote gebieden uit te kunnen rekenen met supercomputers. Deze klimaatmodellen gebruikt het IMAU dan ook om de totale massabalans van de poolkappen te kwantificeren en als gevolg hun bijdrage aan de totale zeespiegel. Met dit onderzoek kijken de onderzoekers of simplificaties in klimaatmodellen wel kloppen en proberen ze die te verbeteren mocht de werkelijkheid er toch anders uit zien.

Maurice van Tiggelen werkt bij de Universiteit Utrecht op het Institute for Marine and Atmospheric research Utrecht (IMAU) en doet onderzoek naar het weer en klimaat van de poolgebieden. De metingen van meerdere weerstations op de Groenlandse ijskap kunnen live bekeken worden.

INTERESSANTE LINKS

• Live metingen van weerstations op de Groenlandse ijskap:
  www.projects.science.uu.nl/iceclimate/aws/oper_data.php
  www.promice.dk/CurrentWeatherMap.html
• Visualisatie van Sentinel2 satellietfoto’s van de Europese ruimtevaartorganisatie
  apps.sentinel-hub.com/sentinel-playground/
• Visualisatie van Icesat2 satelliet laser metingen van de NASA
  openaltimetry.org/data/icesat2/
• Dagelijks uitgerekend massaverlies van de Groenlandse ijskap door het Deense meteorologisch instituut
  polarportal.dk/en/greenland/surface-conditions/