Антарктический морской лед оказывает глубокое влияние на глобальный климат несколькими способами. Он регулирует обмен теплом и газами между поверхностью океана и атмосферой и способствует образованию донных вод Антарктики, которые перемещаются по мировым океанам.

С тех пор как в 1980-х годах начались непрерывные спутниковые записи, эволюция морского льда Антарктики продемонстрировала сильную региональную и сезонную изменчивость, в отличие от равномерной и быстрой потери морского льда, характерной для арктической области. Действительно, с 2012 года чистый охват морского льда Антарктики в масштабах полушария претерпел быстрые колебания, сначала достигнув рекордно высокого (2013-2015 годы), а затем рекордно низкого (2016-2022 годы) охвата.

В то время как покрытие морского льда расширилось на большей части Антарктического океана с большой межгодовой изменчивостью, в некоторых районах, таких как восточная часть моря Росса до Антарктического полуострова, произошла значительная потеря морского льда. Сумма различных региональных вкладов представляет собой общую тенденцию к незначительному увеличению площади морского льда за последние несколько десятилетий.

Сообщается, что несколько факторов, таких как изменения атмосферной циркуляции, связанные с разрушением стратосферного озона, потеплением океана и таянием шельфовых ледников, объясняют десятилетнюю изменчивость морского льда в морях Антарктики. Как предполагали предыдущие исследования, медленные и долгосрочные процессы, влияющие на десятилетнюю изменчивость льда, также способствуют увеличению морского льда.

Однако в текущих оценках моделей по-прежнему сохраняется значительная неопределенность, и точное предсказание десятилетней изменчивости морского льда в морях Антарктики остается сложной задачей для сообщества, занимающегося моделированием климата.

Благодаря сотрудничеству с Юши Мориокой, исследователем океана и климата Японского агентства морской науки и технологий о Земле (JAMSTEC), исследователи CMCC Доротея Иовино, Андреа Чиполлоне и Симона Масина из Отдела моделирования океана и ассимиляции данных (ODA) продемонстрировали, что изменчивость морского льда в морях Западной Антарктики может быть предсказано в десятилетних временных масштабах при наличии значительных навыков с использованием связанной модели циркуляции атмосферы, океана и морского льда, в которой свойства как океана, так и льда инициализируются наборами данных, основанными на наблюдениях. Такой подход позволяет квалифицированно прогнозировать годовую изменчивость морского льда на срок до 6 лет.

"Используя совокупность экспериментов по повторному прогнозированию за десятилетие, мы обнаружили, что умение прогнозировать изменчивость морского льда в решающей степени зависит от реалистичного первоначального представления не только морского льда, но и полей температуры и солености под поверхностью", - объясняет Доротея Иовино.

"Данные об океане, и особенно о его подповерхностной температуре и солености, продемонстрировали большую добавленную стоимость. Если объединенная система прогнозирования может полагаться на описание как состояния океана, так и состояния морского льда, то навыки прогнозирования десятилетней изменчивости морского льда значительно улучшаются, в частности, в регионе Западной Антарктики".

На рисунке из статьи, опубликованной в Communications Earth & Environment, сравниваются оценки навыков прогнозирования в наборе численных экспериментов с различными начальными условиями: первый эксперимент - это контрольный эксперимент (a, CTL), в котором температура поверхности моря инициализируется наблюдаемым полем; второй эксперимент - это морской лед эксперимент восстановления (b, СЭР), в котором температура поверхности и концентрация морского льда инициализируются наблюдениями; в третьем моделировании (c, 3DVAR) начальное состояние температуры и солености подповерхностного океана учитывается с помощью трехмерного подхода к ассимиляции вариационных данных.

В последнем и новейшем подходе (3DVAR) климатическая модель способна лучше отражать увеличение морского льда после конца 2000–х годов и обеспечивает высочайшие навыки прогнозирования концентрации морского льда в западной Антарктиде (моря Амундсена-Беллинсгаузена). Это значительное улучшение является результатом лучшего представления подповерхностной циркуляции океана и, в частности, антарктического циркумполярного течения и его изменчивости в десятилетних временных масштабах.

Как и ожидалось, благоприятное влияние инициализации подповерхностного океана на навыки прогнозирования морского льда снижается в регионах, где доступность наблюдений невелика, как в северном море Уэдделла, что приводит к неточному исходному состоянию свойств океана в модельных экспериментах. Следовательно, в этих регионах инициализация концентрации морского льда остается наиболее эффективной для умелого прогнозирования десятилетней изменчивости морского льда.

Десятилетний прогноз морского льда Антарктики можно было бы дополнительно улучшить, также приняв во внимание первоначальное значение оценок толщины морского льда по данным спутниковых наблюдений (главным образом в течение австралийской зимы). Дальнейшие исследования в этом направлении в настоящее время ведутся в CMCC.