Integrated Framework to Identify, Track, and Communicate Sea-Ice Hazards

United States Department of Homeland Security University of Alaska Anchorag

Wind-driven summer surface hydrography of the eastern Siberian shelf

High interannual variability of summer surface salinity over the Laptev and East Siberian Sea shelves derived from historical records of the 1950s–2000s is attributed to atmospheric vorticity variations. In the cyclonic regime (positive vorticity) the eastward diversion of the Laptev Sea riverine water results in a negative salinity anomaly to the east of the Lena Delta and farther to the East Siberian Sea, and a positive anomaly to the north of the Lena Delta. Anticyclonic (negative) vorticity results in negative salinity anomalies northward from the Lena Delta due to freshwater advection toward the north, and a corresponding salinity increase eastward

Sea-Ice System Services: A Framework to Help Identify and Meet Information Needs Relevant for Arctic Observing Networks

The need for data from an Arctic observing network to help stakeholders with planning and action is generally recognized. Two key research concerns arise: (1) potential contrasts between fundamental and applied science in the design of an observing system, and (2) development of best practices to ensure that stakeholder needs both inform and can be met from such an observing system. We propose a framework based on the concept of sea-ice system services (SISS) to meet these challenges and categorize the ways in which stakeholders perceive, measure, and use sea ice. Principal service categories are (1) climate regulator, marine hazard, and coastal buffer; (2) transportation and use as a platform; (3) cultural services obtained from the “icescape”; and (4) support of food webs and biological diversity. Our research focuses on cases of ice as platform and marine hazard in Arctic Alaska. We identify the information for each SISS category that users need to track, forecast, and adapt to changes. The resulting framework can address multiple information needs and priorities, integrate information over the relevant spatio-temporal scales, and provide an interface with local knowledge. To plan for an integrated Arctic Observing Network, we recommend a consortium-based approach with the academic community as an impartial intermediary that uses the SISS concept to identify common priorities across the range of sea-ice users.Il est généralement reconnu qu’il faudrait avoir accès à des données prélevées à partir d’un réseau d’observation de l’Arctique pour aider les parties prenantes à planifier et à prendre les mesures qui s’imposent. Il existe deux grandes sources de préoccupations à ce sujet : 1) les contrastes potentiels entre la science fondamentale et la science appliquée en matière de conception d’un système d’observation; et 2) la mise au point des meilleures pratiques pour s’assurer qu’un tel système d’observation informe les parties prenantes et réponde à leurs besoins. Nous proposons un cadre de référence fondé sur le concept des services d’un système de glace de mer (SISS) pour relever ces défis et catégoriser les manières dont les parties prenantes perçoivent, mesurent et utilisent la glace de mer. Les principales catégories de service sont les suivantes : 1) régulateur climatique, obstacle marin et tampon côtier; 2) moyen de transport et plateforme; (3) services culturels obtenus à partir du « paysage glaciaire »; et 4) soutien du réseau trophique et de la diversité biologique. Notre recherche porte plus précisément sur les cas où la glace sert de plateforme et présente un obstacle marin dans l’Arctique alaskien. Nous identifions l’information que les utilisateurs doivent repérer, prévoir et adapter aux changements dans le cas de chaque catégorie du SISS. Le cadre de référence qui en résulte peut répondre à de multiples besoins et priorités en matière d’information, intégrer l’information sur des échelles spatiotemporelles pertinentes et fournir une interface avec les connaissances locales. Afin de planifier en vue de l’établissement d’un réseau intégré d’observation de l’Arctique, nous recommandons la formation d’un genre de consortium composé de chercheurs, consortium servant d’intermédiaire impartial utilisant le concept SISS pour déterminer les priorités qui sont communes aux usagers de la glace de mer

A Framework for Prioritization, Design and Coordination of Arctic Long-term Observing Networks: A Perspective from the U.S. SEARCH Program

Arctic observing networks exist in many countries and often cross international boundaries. We review their status and the development of networked long-term observations as part of a U.S. Arctic Observing System, highlighting major challenges and opportunities for prioritizing observations, designing a network, and increasing coordination. Most Arctic observing activities focus on specific themes and ecosystem services, resulting in a relatively narrow scope of observations for each network. Across all networks there is a need to improve national and international coordination to (1) reduce potential mismatch between identified science needs and outcomes desired by society, (2) link current observing networks to emerging agency and private-sector observing programs across disciplines, and (3) present a stable set of goals and priorities to increase network utility in view of the limited funding resources. We survey the landscape of observing activities and efforts to coordinate them internationally and present a framework for prioritization and coordination based on the activities of the U.S. Study of Environmental Arctic Change (SEARCH). This framework includes a hierarchy of interconnected activities involved in the design and implementation of observing networks. Across the hierarchy, definition of “actionable” science questions helps drive network design, with priorities set by the breadth and depth of the societal applications or policy requirements that these questions can inform. We present an example of applying this design hierarchy to observations that support policy and management decisions about offshore resource development in the Chukchi Sea.De nombreux pays sont dotés de réseaux d’observation de l’Arctique, et ces réseaux enjambent souvent des frontières internationales. Nous nous penchons sur ces réseaux de même que sur la réalisation d’observations à long terme au moyen d’un réseau américain d’observation de l’Arctique, en prenant soin d’aborder les principaux défis à relever et les possibilités à saisir pour établir les priorités en matière d’observations, pour concevoir le réseau et pour améliorer la coordination. La plupart des activités d’observation de l’Arctique portent sur des thèmes particuliers et des écoservices, ce qui produit une étendue d’observations relativement étroite pour chaque réseau. Dans le cas de tous les réseaux, il y a lieu d’améliorer la coordination nationale et internationale pour (1) réduire la possibilité d’écarts entre les besoins déterminés par la science et les résultats souhaités par la société, (2) lier les réseaux d’observation actuels aux programmes d’observation émergents du secteur public et du secteur privé dans les diverses disciplines, et (3) présenter une série d’objectifs et de priorités stables en vue de rehausser l’utilité des réseaux en fonction du financement restreint. Nous examinons les activités et les efforts d’observation afin d’en assurer la coordination à l’échelle internationale et de présenter un cadre de priorisation et de coordination fondé sur les activités de l’organisme américain Study of Environmental Arctic Change (SEARCH). Ce cadre comprend une hiérarchie d’activités interreliées se rapportant à la conception et à la mise en oeuvre de réseaux d’observation. Dans cette hiérarchie, la définition des questions de science « exploitable » guide la conception de réseaux, les priorités étant fixées par la portée et l’étendue des applications sociétales ou les exigences politiques que ces questions peuvent éclairer. Nous présentons un exemple d’application de cette hiérarchie de conception aux observations sur lesquelles reposent les décisions de politique et de gestion en matière de mise en valeur des ressources au large dans la mer des Tchouktches

北極海の海氷激減における海氷ー海洋アルベドフィードバック効果

第6回極域科学シンポジウム分野横断セッション：[IA] 急変する北極気候システム及びその全球的な影響の総合的解明―GRENE北極気候変動研究事業研究成果報告2015―11月19日（木）　国立極地研究所１階交流アトリウ

Shared Arctic Variable Framework Links Local to Global Observing System Priorities and Requirements

The geographic settings and interests of diverse groups of rights- and stakeholders figure prominently in the need for internationally coordinated Arctic observing systems. Global and regional observing systems exist to coordinate observations across sectors and national boundaries, leveraging limited resources into widely available observational data and information products. Observing system design and coordination approaches developed for more focused networks at mid- and low latitudes are not necessarily directly applicable in more complex Arctic settings. Requirements for the latter are more demanding because of a greater need for cross-disciplinary and cross-sectoral prioritization and refinement from the local to the pan-Arctic scale, in order to maximize the use of resources in challenging environmental settings. Consideration of Arctic Indigenous Peoples’s observing priorities and needs has emerged as a core tenet of governance and coordination frameworks. We evaluate several different types of observing systems relative to the needs of the Arctic observing community and information users to identify the strengths and weaknesses of each framework. A typology of three approaches emerges from this assessment: “essential variable,” “station model,” and “central question.” We define and assess, against the requirements of Arctic settings, the concept of shared Arctic variables (SAVs) emerging from the Arctic Observing Summit 2020 and prior work by the Sustaining Arctic Observing Networks Road Mapping Task Force. SAVs represent measurable phenomena or processes that are important enough to multiple communities and sectors to make the effort to coordinate observation efforts worthwhile. SAVs align with essential variables as defined, for example, by global observing frameworks, in that they guide coordinated observations across processes that are of interest to multiple sectors. SAVs are responsive to the information needs of Arctic Indigenous Peoples and draw on their capacity to codesign and comanage observing efforts. SAVs are also tailored to accommodate the logistical challenges of Arctic operations and address unique aspects of the Arctic environment, such as the central role of the cryosphere. Specific examples illustrate the flexibility of the SAV framework in reconciling different observational approaches and standards such that the strengths of global and regional observing programs can be adapted to the complex Arctic environment. Les contextes géographiques et les intérêts de divers groupes de détenteurs de droits et de parties prenantes figurent au premier plan des besoins en systèmes d’observation de l’Arctique coordonnés à l’échelle internationale. Il existe des réseaux d’observation d’envergure mondiale et régionale visant à coordonner les observations en provenance de divers secteurs et de frontières nationales, s’appuyant sur des ressources limitées pour donner lieu à des données d’observation et à des produits d’information grandement accessibles. Les réseaux d’observation et les approches de coordination conçus pour des réseaux spécialisés desservant les latitudes allant de moyennes à faibles ne se transposent pas directement aux contextes plus complexes de l’Arctique. Dans le cas de l’Arctique, les exigences sont plus élevées en raison du plus grand besoin d’accorder de l’importance aux disciplines et aux secteurs variés ainsi qu’au raffinement de l’échelle, qui passe de locale à panarctique, afin de maximiser l’utilisation des ressources dans des contextes environnementaux difficiles. La considération des besoins et des priorités d’observation des peuples autochtones de l’Arctique constitue un des principaux principes des cadres de gouvernance et de coordination. Nous évaluons plusieurs types différents de réseaux d’observation à la lumière des besoins de la communauté d’observation de l’Arctique et des utilisateurs d’information afin de cerner les forces et les faiblesses de chaque cadre de référence. Cette évaluation a permis de produire une typologie de trois approches : la « variable essentielle », le « modèle de station » et la « question centrale ». Nous définissons et évaluons, en fonction des exigences des contextes de l’Arctique, le concept des variables partagées de l’Arctique (SAV) qui est ressorti du sommet d’observation de l’Arctique de 2020 et de travaux antérieurs réalisés par le groupe de travail des réseaux Sustaining Arctic Observing Networks Road Mapping Task Force. Les SAV représentent des processus ou des phénomènes mesurables suffisamment importants aux yeux de communautés et de secteurs divers pour que la coordination des efforts d’observation en vaille la peine. Les SAV concordent avec les variables essentielles comme définies, par exemple, par les cadres d’observation mondiaux, en ce sens qu’elles guident les observations coordonnées relevant de processus qui revêtent de l’intérêt pour de multiples secteurs. Les SAV accordent de l’importance aux besoins en information des peuples autochtones de l’Arctique et font appel à leurs capacités à concevoir et à gérer les efforts d’observation en collaboration. Par ailleurs, les SAV sont conçues pour tenir compte des défis logistiques des opérations dans l’Arctique et tiennent compte d’aspects uniques de l’environnement arctique, comme le rôle central de la cryosphère. Certains exemples illustrent la souplesse du cadre des SAV pour réconcilier diverses approches et normes d’observation, de sorte que les points forts des programmes d’observation mondiaux et régionaux puissent être adaptés à l’environnement complexe de l’Arctique.

Sea-Ice Distribution in the Bering and Chukchi Seas: Information from Historical Whaleships’ Logbooks and Journals

Satellite data have revealed dramatic losses of Northern Hemisphere sea ice since the end of the 1970s. To place these changes in a longer-term context, we draw on daily observations taken from logbooks and journals of whaling vessels cruising in the Bering and Chukchi seas to investigate sea-ice conditions in this region of the Arctic between 1850 and 1910. We compare these observations to sea-ice data from 1972 to 1982, which predate the majority of the recent changes and cover a period recognized as a relative maximum in recent Bering Sea ice extent. Records from May indicate that end-of-winter sea-ice extent in the Bering Sea during the mid 19th century closely resembled that in the 1972 – 82 data. However, the historical data reveal that sea ice was more extensive during summer, with the greatest difference occurring in July. This pattern indicates a later and more rapid seasonal retreat. These conclusions highlight the value of historical data, which we have far from exhausted in this study.Des données satellitaires révèlent que l’hémisphère nord a enregistré des pertes dramatiques de glaces de mer depuis la fin des années 1970. Afin de mettre ces changements dans un plus long contexte, nous nous appuyons sur les observations quotidiennes tirées de journaux et de carnets de bord de baleiniers ayant parcouru la mer de Béring et la mer des Tchouktches dans le but d’étudier les glaces de mer de cette région de l’Arctique entre les années 1850 et 1910. Nous comparons ces observations aux données sur les glaces de mer recueillies de 1972 à 1982 – soit avant que la plupart des récents changements n’aient été enregistrés – ce qui couvre une période reconnue comme un maximum relatif en matière d’étendue récente des glaces dans la mer de Béring. Les données enregistrées en mai laissent entrevoir que l’étendue des glaces de mer en fin d’hiver dans la mer de Béring au milieu du XIXe siècle ressemblait beaucoup à l’étendue des glaces dont témoignent les données prélevées entre 1972 et 1982. Cependant, les données historiques révèlent que les glaces de mer étaient plus considérables au cours de l’été, la plus grande différence se manifestant au mois de juillet. Cette tendance indique donc un retrait saisonnier plus tardif et plus rapide. Les conclusions mettent en évidence l’importance des données historiques, que nous sommes loin d’avoir épuisées dans le cadre de cette étude