Adams, Susanne

Heinemann, Günther

Hölemann, Jens A.

Krumpen, Thomas

Willmes, Sascha

OceanRep

Bestimmung von Dünneisdicken in der LaptevSee Polynyamit hochaufgelöstenEisoberflächentemperaturenS. Adams1, S. Willmes1 , T. Krumpen2, D. Schröder1, M. Bauer1 , J. Hölemann2und G. Heinemann11 Universität Trier, Fachbereich Geographie / Geowissenschaften, Umweltmeteorologie, Trier, Deutschland, 2 Alfred‐Wegener Institut für Polar‐und Meeresforschung, Bremerhaven, DeutschlandMotivation•Es wird geschätzt, dass die LaptevSee Polynjaeinen beträchtlichen Anteil zur Neueisbildungim arktischen Ozean beiträgt→LaptevSee = zentralsibirische „Eisfabrik“→Bestimmung der genauen Eisproduktion in dieser Region von Bedeutung•Satellitendatenstellen aufgrund der räumlichen und zeitlichen Verfügbarkeit eine gute Methode zur Beobachtung der Dünneisdicken dar→Bei Kenntnis genauer Eisdickenverteilung in der Polynyaist genaue Bestimmung der Eisproduktion möglichSibirienLaptev SeeMODIS ch. 1 (VIS): 22. April 2008, 10:55 UTC©IFM‐GeomarDatengrundlageAtmosphärische Daten: T2m, spezifische Feuchte, Wind, DruckNCEPGMECOSMORäuml. Auflösung200 km50 km5 kmZeitl. Auflösung6 h6h 1 hVerfügbarkeit seit 2000*2000-dato2006-dato1/11/07-31/05/0820/03-31/03/09Qualität der DatenPolynjennicht erfasst, T2m zu kalt über PolynjenPolynjennicht erfasst, langsame Anpassung der Lufttemperatur, geringer TagesgangPolynjenerfasst (AMSR-E Meereiskonzentrationen <70 % wird auf „offenes Wasser“im Modell-Setup gesetzt )  MODISKT15Räuml. Auflösung1 km4 mVerfügbarkeit2000-datoMärz / April 2009ProduktinfoMOD29/MYD29Hall et al., 2004Frei verfügbar @NASAGemessen vom Helikopter während Transdrift XV, 8 Profile quer zur PolynjaFernerkundungsdaten: Eisoberflächentemperatur*MODIS seit 2000 verfügbarAbleitung der DünneisdickePrinzip:Die Oberflächentemperaturen des dünnen Eises sind stark von dessen Dicke abhängig.Schema zur Ableitung der Dünneisdicken basierend auf Yu und Lindsay (2003) mit Modifikationen.MODIS Eisober-flächentemperaturenKT15 Eisober-flächentemperaturen)1(*)()(0044αρρεσεσ−↓=−=−=↑=↓=KKqquLCETTuCcHTLTLsatEaasHpasatfsiAAhTTkQEHQQLLKKQ/)(0000−=−−=↑−↓+↑−↓=AsfitQTTkh/)(−=Yu and Lindsay (2003)Adams et al. (2010)Kurzwellige StrahlungsbilanzVernachlässigbar, da Algorithmus nur auf Nachtaufnahmen angewendet wirdWird zur Zeit ausgearbeitet, erster Ansatz: Modelldaten (NCEP, GME, COSMO)CH (Wärmetransfer-koeffizient)konstant (3*10-3 )Iterativer Ansatz (Launiainen und Vihma, 1990)Wind bei 2m u=0.34 UGu=w10m*(ln(2/z0)/ (ln(10/z 0)))(log. Windprofil, z0=0.001 m)ε(Emissions-koeffizient)0.746+0.0066 e (Efimova, 1961)(0.0003 (T-273.16)2-0.0079 (T-273.16) +1.2983) (e/T)(1/7) (Jin et al., 2006)Modifikationen des AlgorithmusBerechnung der Dünneisdicken mit atmosphärischen Daten aus NCEP, GMEund COSMO.Modifikationen des AlgorithmusWärmetransferkoeffizient CH•CH=3*10‐3über dünnem Eis wird als zu hoch eingeschätzt•Schröder et al. (2003) geben an, dass CH=1.5*10‐3über dünnem Eis passender istIterativer Ansatz nach J. Launiainen und T. Vihma (1990):•Praktische Berechnung der turbulenten Oberflächenflüsse von Impuls, fühlbarer und latenter Wärme zwischen Atmosphäre und Ozean/Landoberflächen•Effekt der Schichtung wird in Betracht gezogen durch die Verwendung der Monin‐Obukhov‘schen Ähnlichkeitstheorie und den universellen Funktionen•Algorithmus liefert vernünftige Schätzungen über Wasser und Eis/SchneeYu and Lindsay (2003)Adams et al. (2010)Kurzwellige StrahlungsbilanzVernachlässigbar, da Algorithmus nur auf Nachtaufnahmen angewendet wirdWird zur Zeit ausgearbeitet, erster Ansatz: Modelldaten (NCEP, GME, COSMO)CH (Wärmetransfer-koeffizient)konstant (3*10-3 )Iterativer Ansatz (Launiainen und Vihma, 1990)Wind bei 2m u=0.34 UGu=w10m*(ln(2/z0)/ (ln(10/z 0)))(log. Windprofil, z0=0.001 m)ε(Emissions-koeffizient)0.746+0.0066 e (Efimova, 1961)(0.0003 (T-273.16)2-0.0079 (T-273.16) +1.2983) (e/T)(1/7) (Jin et al., 2006)Modifikationen des AlgorithmusBerechnung der Dünneisdicken mit atmosphärischen Daten aus NCEP, GMEund COSMO.Ergebnisse: Vergleich Oberflächentemperaturen KT15 IST (°C)MODIS IST (°C)Ts (°C)Ts (°C)15 April 09, 06:00 UTCMODISKT1515 April 09, 03:50 UTCMODIS ch. 1, 22.04.08 10:55 UTCWolkenDatenlückenDaten von vier KT15 Profilen gemessen am:26.03 08:30 UTC01.04 06:30 UTC14.04 06:00 UTC15.04 06:00 UTC Maximale zeitliche Differenz zwischen MODIS und KT15 beträgt 2 h.R = 0.81Ergebnisse: Verwendung unterschiedlicher atmosphärischer DatenSumme der Polynya‐Flächen für alle MODIS verfügbaren Szenen vom …Polynja‐Fläche in 104 km2TIT.MODIS.NCEP GME COSMO      NCEP GME COSMOPolynja‐Fläche bis 20 cm DünneisdickePolynja‐Fläche bis 10 cm DünneisdickePolynja‐Fläche bis 5 cm Dünneisdicke28.12.07‐10.01.08       01.04.‐10.05.08•Bei größeren Eisdicken (20 cm) nimmt der Unterschied der berechneten Polynja‐Fläche aus MODIS mit den verschiedenen atmosphärischen Daten aus NCEP, GME und COSMO stark zu→Algorithmus sehr sensitiv bei Eisdicken > 10 cm→Wichtig einen Datensatz zu besitzen, der atmosphärische Daten genau wiedergibt30.12.2007, 12:45 UTCErgebnisse: Verwendung unterschiedlicher atmosphärischer DatenTIT.MODIS.NCEP TIT.MODIS.GME TIT.MODIS.COSMOT2m.NCEP 12UTC T2m.GME 12UTC T2m.COSMO 13UTCIST.MODIS (°C)(°C)(°C)(°C)(m)(m)(m)Ergebnisse: Verwendung unterschiedlicher atmosphärischer DatenTIT.MODIS.NCEP TIT.MODIS.GME TIT.MODIS.COSMOT2m.NCEP 24UTC T2m.GME 24UTC T2m.COSMO 21UTCIST.MODIS 29.04.2008, 21:25 UTC(°C)(°C)(°C)(°C)(m)(m)(m)Ergebnisse: Vergleich AMSR‐E und TIT.MODIS.NCEPWie gibt AMSR-E die Polynja-Fläche im Vergleich zu MODIS wieder?Ergebnisse: Iterativer Ansatz für Berechnung CHCH für Winter 2007/08Number of pixelsCH x10‐3•CH mit 1.5*10-3wird mit Abstand am häufigsten berechnet•Aber auch höhere CHs sind häufig vorhanden→Verwendung des iterativen  Ansatzes ist sinnvoll zur Erhöhung der Genauigkeit der DünneisbestimmungZusammenfassung und Ausblick•Qualität der Eisoberflächentemperaturen aus MODIS durch KT15 bestätigt•Große Unterschiede bei Verwendung unterschiedlicher Modelldaten•Algorithmus sehr sensitiv bei Eisdicken > 10 cm•Einführung des iterativen Ansatzes bezüglich CH sinnvoll•Unterschätzung AMSR-E Polynja-Fläche im Vergleich mit TIT.MODIS20cmMöglichst genaue atmosphärische Daten notwendig um Verteilung des dünnen Eises in der Polynja zu bestimmenAusblick•Kurzwellige Strahlungsbilanz: Verbesserung und Verifizierung derMethodeVielen Dank für die Aufmerksamkeit!©http://www.zurkuhlen.de/monatsbilder.html….Fragen?

Bestimmung von Dünneisdicken in der Laptev See Polynja aus hochaufgelösten Eisoberflächentemperaturen

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