Extensión media mensual de la banquisa ártica en mayo 2017

La extensión media mensual de la banquisa ártica en mayo de 2017 según los datos del NSIDC se ha situado en 12.74 millones de km2, lo que supone el quinto valor más bajo para dicho mes en toda la serie de observaciones por satélite 1979-2017, superando sólo a 2016, 2015, 2006 y 2004, tal como podemos observar en la siguiente gráfica proporcionada por el NSIDC:

A continuación, el mapa, también del NSIDC, comparando la extensión media de la banquisa ártica en mayo 2017 (en blanco) con la media 1981-2010 para dicho mes (línea rosa):

El mayor déficit de hielo, en el sector Pacífico, destacando negativamente el mar de Bering, casi completamente libre de hielo. También por debajo de la media el mar de Barents, a pesar de haber mejorado mucho respecto a la situación durante el invierno. Como sorpresa positiva, mencionar la zona de Terranova, donde la banquisa esta primavera ha persistido más de lo habitual.

A continuación podemos observar las anomalías de temperatura del aire cerca de la superficie en mayo 2017 con respecto a la media 1981-2010 (reanálisis NCEP/NCAR), con temperaturas por debajo de la media en el sector euro-siberiano y por encima en el sector americano:

Tal como indicaba en la anterior entrada, desde finales de abril la circulación atmosférica dominante ha favorecido la llegada de aire frío desde el Ártico Central hacia los mares de Laptev, Kara y Barents, donde durante las últimas semanas las temperaturas se han situado por debajo de la media 1981-2010 para estas fechas. Además, estos mismos vientos que arrastraban aire frío hacia esta zona, han provocado también la deriva de la banquisa desde el Ártico Central hacia la misma, aumentando su extensión.

A su vez, estas condiciones de deriva del hielo han favorecido el desplazamiento de hielo grueso y multianual hacia localizaciones cercanas al estrecho de Fram, lo que incrementa el riesgo de que termine siendo exportado hacia el Atlántico Norte a través de dicho estrecho.

Por otro lado, pero también en relación con estas condiciones de circulación atmosférica y con las anomalías negativas de temperatura que veíamos en Eurasia, se ha observado un dato llamativo: la cubierta de nieve este mes de mayo en el hemisferio norte ha sido la más extensa desde 1996, tal como podemos apreciar en la siguiente gráfica (datos de la Universidad de Rutgers) :

En cuanto al grosor y volumen del hielo marino ártico, y tal como indicaba también en la anterior entrada, hay discrepancias entre el modelo PIOMAS y el satélite CRYOSAT-2. Mientras para PIOMAS el volumen de la banquisa ártica en abril 2017 era claramente el más bajo de la serie para dicho mes, para Cryosat-2, en cambio, abril 2017 era el tercero más bajo de la serie, superando a 2013 y 2016, y muy cerca de abril 2012, tal como se observa en la siguiente gráfica (fuente):

Con una extensión en la línea de los últimos años, y con un volumen que posiblemente tampoco sea muy diferente al de algunos de los últimos años,  de cara al verano se puede afirmar con mucha seguridad que el mínimo de septiembre será bajo, siempre en la línea posterior a 2007.

Pero, para saber si se quedará en torno a la media de la última década (unos 4.5 millones de km2) o si podrá amenazar el record mínimo de 2012 (3.2 millones de km2) el factor más determinante e impredecible serán las condiciones meteorológicas y de circulación atmosférica que predominen durante los próximos tres meses. De momento, mayo ha sido  relativamente favorable, y el inicio de la temporada de deshielo relativamente lento. Pero, en cualquier momento, las condiciones podrían cambiar. Tan sólo cabe esperar y observar.

 

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Walsh et al. 2016: the uncertainties

(en español aquí)

Last year I published a post to present the new Walsh arctic sea ice dataset (Walsh et al. 2016, A database for depicting Arctic sea ice variations back to 1850. Geogr Rev, 107: 89–107. doi:10.1111/j.1931-0846.2016.12195.x) The data and the documentation describing this dataset are available at NSIDC (G10010).

One year ago, I posted the following graph, where we can see Arctic sea ice extent in March, when the ice is near its annual maximum, and in September, when ice extent reaches its yearly minimum, since 1850 to 2013, according to the new Walsh dataset:

The main conclusions of the paper are that recent sea ice extent is the smallest on record, and that the current downward trend has no precedent in duration or scales since 1850.

Without calling into question these conclusions, I pointed out that the reliability of the record is much lower before 1935: “Prior to 1935, there are not September direct observations at all, and the extent numbers before that year rely almost completely on interpolation. (Likewise the extent numbers during 1935-1952 have larger uncertainties than the values from 1953 onwards).”

The new Walsh dataset has resolved many of the problems of the former Walsh dataset (Walsh, 1978; Walsh & Johnson, 1978; Walsh & Chapman, 2001). The incorporation of AARI data for the Russian sector has been one of the keys for this improvement. The current Walsh dataset presents a much higher correlation with Arctic surface air temperature than the former one.

However, the new dataset still presents some weak points and uncertainties. In this post I will discuss some of the uncertainties of the new Walsh Arctic sea ice extent dataset:

  1. Uncertainties caused by the areas without actual observations and by the algorithm used to fill these areas. 

Walsh et al. use a variety of data sources for the pre satellite era, with different geographic and temporal coverages (the most relevant data sources are  AARI, DMI and ACSYS). For every month of the dataset, Walsh et al. put together all the available observations from the different data sources. The areas without observations are filled with an analog algorithm (*).

From 1953 onwards there are continuous and reliable observations for almost the whole Arctic. Hence, the analog algorithm is not neccesary and therefore it hasn’t any effect on the results.

However, before 1953 the data are sparser, and every year there are several areas without actual observations. For instance, the following maps show the available observations for August and September 1941 (red=ice, blue=water, grey= no data):

Walsh et al. 2016 arctic sea ice actual observations 1941 august september

Most of the Arctic  without any observation. Thus, it must be filled by the analog algorithm. Obviously, the areas without data and their infilling lead to a higher uncertainty on the results.

However, despite the dificulties and uncertainties, overall it seems that during 1933-1952 the available observations are enough to get reasonably reliable results.

Nevertheless, the actual observations are clearly reduced before 1933, due to the fact that one of the most important data sources (AARI) is not available anymore. And it gets even worse before 1900, when DMI data also disappear.

For instance, in the following maps we can see the available actual observations for August and September 1879 and 1850:

Walsh et al. 2016 arctic sea ice actual observations 1850 august september

Almost the whole Arctic without data. Therefore, the analog algorithm must be used in order to fill the vast areas without obsevations. Obviously, the results of this infilling have huge uncertainties. Likewise, the lack of actual observations and the reliance on the infilling algorithm could explain the scarce variability of September Arctic sea ice extent between 1850 and 1930 in the first graph of this post. Thus, the low variability of the earlier record could be an artifact caused by the sparseness of data and the use of the analog algorithm.

 

2. Uncertainties caused by the use of Kelly grids (white coloured areas at DMI maps) 

One of the primary data sources before 1957 for the new Walsh dataset are the Kelly grids (Kelly, 1979:  An Arctic sea ice dataset 1901-1956, Glaciological Data Series; 5, p.101  pdf ) based on DMI charts .

For a given month, the DMI charts provide actual observations of sea ice (coloured in red) and a white coloured area described as “ice supposed but no information at hand”.

Kelly digitized the white coloured areas, as if they were actual observations. And Walsh et al. 2016 still use the white coloured areas as a valid data source.

Obviously, the use of estimates or guesses that are not based on actual observations leads to higher uncertainties on the results. In additon, when there are alternative sources, it is clear that the white coloured areas are often plainly wrong. For example, the following figure shows a comparison between the DMI chart for August 1952 and the available AARI charts for the same month (based on actual observations):

Walsh et al. 2016 DMI vs AARI August 1952(click for a larger image)

We can see the open water (blue) along the Siberian seas, whereas according to the DMI chart the whole Siberian Arctic is white. Therefore, the white coloured area should be taken as an area without data, instead of an ice covered area.

In fact, Walsh et al. 2016 are already using AARI charts for August 1952, so the white coloured area has already been corrected. However, what happens in the regions where there is not an alternative data source? And, what happens before 1933, when AARI charts are not available anymore? The answer is that Walsh et al. 2016 take the white areas as ice covered.

The actual observations displayed at DMI charts (coloured in red) are really useful. However, the white coloured areas are clearly areas without data, so I don’t think they should be taken as ice covered. This only adds uncertainty to the dataset, and diminishes its consistency.

If this weren’t enough, it seems that Walsh et al. have misplaced by a month the Kelly grids. That is, in August they are using the white coloured areas from July charts, in July they are using the white areas from June charts, etc.

At the figure below, we have to focus on Hudson Strait, between Baffin Island and the Labrador Peninsula (I have circled the Strait). Walsh’ chart (bottom) for August 1935 shows the Strait ice covered. This resemblances the July DMI chart (top left) instead of the August one (top right):

 

Walsh et al. 2016 arctic sea ice misplaced Kelly grids DMI August 1935(click for a larger image)

If we focus on Baffin Bay, we can see the resemblance with July instead of August too.

I have checked the new Walsh dataset and it seems that this misplacement happens every year when this data source is used (1900-1956 approximately).

This error contributes to more uncertainties (although, as I have stated above, even if the white coloured areas were used at the right month, they are not a reliable nor a consistent data source).

In conclusion, Walsh et al. have done a great work putting together many different data sources, and they have resolved many of the problems of the former Walsh dataset. From 1933 onwards, their September results are reasonably reliable. Nevertheless, between 1900 and 1932 their results have much higher uncertainties, due to the lack of actual observations and to the use of unreliable data sources (Kelly grids).  And, before 1900, their results should be taken with great caution. Simply, before that year there are not enough observations to get Arctic wide reliable results.

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(*) https://nsidc.org/data/docs/noaa/g10010-sea-ice-1850-onward/G10010_SIBT1850.pdf

“Stated succinctly, the process is as follows:

1.For each grid point p with no data in calendar month m and year y , and no data in the surrounding 2 months, areas with existing data in m-y are compared with calendar month m of all years 1900-2000 to select the best analogs. 

2.If the three best analog years do not have data at point p, the search is repeated by limiting the analog candidates to 1953-2000.

3. If Step 2 does not produce three analogs with data at point p , then fewer than three analogs are used.

4. Point p is “filled in” with the average concentration of the (up to) 3 analog fields.”

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Walsh et al. 2016 : las incertidumbres

(english version here)

Hace un año informaba de la publicación por parte de Walsh et al. de un artículo (“A database for depicting Arctic sea ice variations back to 1850”. Geogr Rev, 107) presentando su nueva serie de extensión de la banquisa ártica desde 1850 hasta el presente. (Los datos y la documentación de dicha serie se encuentran disponibles en la web del NSIDC.)

Mostraba hace un año la siguiente gráfica, en la que podemos observar las extensiones de la banquisa ártica en marzo y septiembre, en torno al máximo y mínimo anual respectivamente, según los datos de la nueva serie de Walsh durante todo el período 1850-2013 :

Walsh et al 2016 arctic sea ice extent 1850 2013 march september

Advertía también de que “antes de 1935 los valores mostrados por esta serie, al menos los de septiembre, deben tomarse con mucha prudencia. Antes de ese año, no hay prácticamente ninguna observación directa de la banquisa en septiembre, por lo que los valores presentados por Walsh et al. en su nueva serie siguen dependiendo completamente de extrapolaciones e interpolaciones, por lo que la incertidumbre asociada a estos valores es importante y muy superior a la de los años posteriores a 1935. A su vez, las incertidumbres en el período 1935-1952 también son mayores que a partir de 1953, cuando ya disponemos de observaciones más o menos continuas y fiables para casi todo el Ártico.”

Hoy me gustaría abundar en esas incertidumbres, en particular las referidas a los datos del final del verano, de agosto y septiembre:

  1. Incertidumbres derivadas de las zonas sin datos y del algoritmo empleado para completarlas.

Walsh et al. utilizan diversas fuentes de datos para la era anterior a los satélites, con coberturas geográficas y temporales variables (las fuentes más importantes son AARI, DMI y ACSYS). En cada mes, juntan todos los datos disponibles de las distintas fuentes. Las zonas sin datos, las completan con un algoritmo basado en análogos (1).

A partir de 1953 ya tenemos observaciones continuas y fiables para prácticamente todo el Ártico, por lo que el algoritmo basado en análogos no se usa y por tanto no tiene ninguna relevancia en el resultado.

Las cosas cambian antes de 1953. Antes de este año, las fuentes de datos comienzan a escasear, y ya no alcanzan a cubrir el conjunto del Ártico. Por ejemplo, en los siguientes mapas podemos comprobar las observaciones reales de las que disponen Walsh et al. para agosto y septiembre de 1941 (en rojo, las zonas con hielo, en azul, las zonas de agua abierta; todo lo demás, en gris, sin observaciones disponibles):

Más de la mitad del Ártico no cuenta con ninguna observación, y debe completarse con el algoritmo basado en análogos, lo que obviamente añade incertidumbre a los resultados.

En el período 1933-1952 hay algunos años con más observaciones disponibles que otros. Por ejemplo, aquí tenemos las observaciones reales con las que cuentan Walsh et al. para agosto y septiembre de 1935:

La cantidad de datos es bastante aceptable, sobre todo en agosto. Así pues, el algoritmo tiene un trabajo más fácil para completar las zonas sin datos y la incertidumbre es menor.

A pesar de las dificultades y de las mayores incertidumbres, podríamos decir que entre 1933 y 1952 la serie de Walsh cuenta, en general, con suficientes observaciones como para que sus resultados sean aceptablemente fiables.

Antes de 1933, sin embargo, la situación empeora mucho más, pues hay importantes fuentes de datos que dejan de estar disponibles (AARI). Y empeora aún más antes de 1900, al desaparecer también los datos del DMI.

Por ejemplo, estas son las observaciones reales disponibles en agosto y septiembre de 1879 y 1850:

Casi todo el Ártico sin observaciones, por lo que el algoritmo tiene que encargarse de reconstruir la extensión de la banquisa prácticamente en todo el Ártico. Lógicamente, las incertidumbres sobre el resultado son enormes. Asimismo, esta falta de observaciones reales y dependencia del algoritmo, podría explicar la poca variabilidad de la banquisa en septiembre entre 1850 y 1930 según la línea roja de la primera gráfica de la entrada.

 

2. Incertidumbres derivadas del uso de los datos de Kelly (zonas en blanco de los mapas del DMI)

Una de las principales fuentes de datos para agosto antes de 1957 en la serie de  Walsh et al. 2016 es la compilación realizada por Kelly en 1979  (“An Arctic sea ice dataset 1901-1956”, en Glaciological Data Series; 5, 1979 pdf pag. 101 y siguientes), basada a su vez en los mapas elaborados por el Instituto Meteorológico de Dinamarca, el DMI.

Estos mapas del DMI, de carácter mensual, incluían en color rojo las distintas observaciones de la banquisa ártica disponibles durante cada mes. A su vez, rellenaban en color blanco las zonas de las que no tenían datos pero donde suele haber presencia de banquisa, acompañándolas de la leyenda “ice supposed but no information at hand” (hielo supuesto, pero sin información disponible).

La decisión que tomó Kelly, y que Walsh et al. heredaron en su serie, fue considerar estas zonas en blanco como realmente cubiertas de hielo.

Obviamente, el uso de datos no procedentes de observaciones reales aumenta la incertidumbre en los resultados de Walsh et al. 2016.  Además, cuando hay fuentes independientes con las que contrastar, las zonas en blanco de los mapas del DMI demuestran ser erróneas. Por ejemplo, comparamos el mapa del DMI de agosto de 1952 (a la izquierda) con las observaciones de AARI disponibles para dicho mes (en los mapas de la derecha: el azul indica agua abierta; mientras que en el mapa del DMI, todo es blanco “sin datos”):

(pinchar en la imagen para verla a mayor tamaño)

En este caso, no pasa nada, porque en ese año Walsh et al. 2016 ya están usando los datos de AARI, que corrigen al DMI. Pero, ¿qué ocurre en las zonas donde no hay una fuente alternativa? O, ¿qué ocurre antes de 1933, cuando los datos de AARI ya no están disponibles? Pues que Walsh et al. 2016 toman las zonas en blanco como cubiertas de hielo.

Las observaciones reales que aparecen en los mapas del DMI, en color rojo, son indudablemente útiles. Sin embargo, las zonas blancas son manifiestamente zonas sin datos, y no creo que deban considerarse como cubiertas de hielo. Al hacerlo, Walsh et al. añaden incertidumbres y restan consistencia a sus resultados.

Por si fuera poco, parece que Walsh et al. han cometido un error al desplazar un mes hacia atrás los datos de las zonas en blanco de los mapas del DMI. Es decir, en agosto están usando las zonas blancas de los mapas de julio, en julio las de junio, etc.

En el siguiente ejemplo, hay que fijarse en el estrecho de Hudson, entre la Isla de Baffin y la Península del Labrador (ver círculo negro). El mapa de Walsh et al. para agosto de 1935 (parte de abajo) muestra el estrecho cubierto de hielo, correspondiendo con la zona blanca del mapa del DMI… de julio (arriba a la izquierda), mientras que en el mapa de agosto del DMI (arriba a la derecha) esa zona aparece sin hielo:

(pinchar en la imagen para verla a mayor tamaño)

Si nos fijamos en el mar de Baffin, entre las isla de Baffin y Groenlandia, ahí también podremos comprobar como el mapa de Walsh de agosto se corresponde con el mapa del DMI de julio en lugar de con el de agosto.

He comprobado que este desplazamiento de un mes parece observarse en todos los años en los que Walsh et al. usan esta fuente (1900-1956 aproximadamente).

Este error añadiría aún más incertidumbre a los resultados. Aunque, como indico más arriba, incluso aunque fueran situadas en el mes correcto las zonas en blanco no deberían usarse como zonas cubiertas de hielo, sino como zonas sin datos. Su uso zomo zonas de hielo tan sólo añade incertidumbre y resta fiabilidad y consistencia a los resultados.

En conclusión, Walsh et al. 2016 han hecho un gran trabajo recopilando y combinando distintas fuentes de datos. Gracias sobre todo a la incorporación de los datos de AARI han solucionado muchos de los problemas que tenía su vieja serie, y a partir de 1933 ofrecen unos resultados ya aceptablemente fiables.

Sin embargo, entre 1900 y 1933 sus datos de extensión de la banquisa para el conjunto del Ártico deben tomarse con mucha prudencia, pues presentan grandes incertidumbres (por la propia escasez de observaciones reales, y por algún error metodológico como el uso de las zonas blancas de los mapas del DMI).

Si retrocedemos más, antes del año 1900 la fiabilidad de los resultados es sumamente escasa, y hay que tomar dichos resultados con grandes dosis de escepticismo. Simplemente, antes de 1900 no contamos con observaciones suficientes de la banquisa como para hacer una reconstrucción del conjunto del Ártico mínimamente fiable.


Recordar que el año pasado dediqué otras dos entradas más al análisis de la nueva serie de Walsh:

Analizando la nueva serie de Walsh: el salto de 1979

Analizando la nueva serie de Walsh: correlación con la temperatura en el Ártico

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(1) https://nsidc.org/data/docs/noaa/g10010-sea-ice-1850-onward/G10010_SIBT1850.pdf

“Stated succinctly, the process is as follows:

1.For each grid point p with no data in calendar month m and year y , and no data in the surrounding 2 months, areas with existing data in m-y are compared with calendar month m of all years 1900-2000 to select the best analogs. 

2.If the three best analog years do not have data at point p, the search is repeated by limiting the analog candidates to 1953-2000.

3. If Step 2 does not produce three analogs with data at point p , then fewer than three analogs are used.

4. Point p is “filled in” with the average concentration of the (up to) 3 analog fields.”

 

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Banquisa ártica a mediados de mayo 2017

Continuando la tendencia de los meses anteriores, durante la última parte de la temporada de congelación 2016-2017 , entre febrero y abril, la extensión de la banquisa ártica ha continuado moviéndose en torno a los valores más bajos para esas fechas de toda la serie de observaciones.

No obstante, durante la primera mitad de mayo el inicio de la temporada de deshielo ha sido relativamente lento, por lo que a 17 de mayo la extensión no es tan baja como lo era por ejemplo hace justo un año, aunque sigue encontrándose entre los valores más bajos para estas fechas.

Podemos observar todo ello en la siguiente gráfica, que muestra la extensión de la banquisa ártica en 2017 (línea roja) según los datos de JAXA , comparada con algunos de los años recientes y con las medias climatológicas de las décadas anteriores (que permiten también visualizar el notable y continuado descenso en la extensión de la banquisa ártica durante las últimas décadas) :

Este comportamiento negativo de la banquisa se corresponde con una temporada de congelación menos fría de lo habitual en el Ártico. De hecho, el período octubre-abril de 2016-2017 es el segundo más cálido de toda la serie de observaciones en el Ártico, sólo superado ligeramente por el pasado 2015-2016. Lo observamos en esta gráfica procedente de los reanálisis NCEP, que nos muestra la temperatura media del aire cerca de la superficie en la banda latitudinal 70-90ºN en el período octubre-abril entre 1948 y la actualidad:

En el siguiente mapa procedente de los reanálisis NCEP/NCAR vemos la distribución geográfica de las anomalías de temperatura durante octubre-abril 2016-2017 respecto a la media 1981-2010 para el mismo período. Todo el Ártico marítimo con temperaturas muy por encima de la media, destacando especialmente la zona de los mares de Barents y Kara, junto a las Svalbard, así como los mares de Chukchi y Siberia Oriental, al norte del estrecho de Bering:

De momento, y coincidiendo con el inicio de la temporada de deshielo, las cosas han cambiado algo durante la primera mitad de mayo, como podemos observar en el siguiente mapa que muestra las anomalías de temperatura del aire cerca de la superficie entre el 1 y el 16 de mayo de 2017 con respecto a la media 1981-2010 para el mismo período:

La circulación atmosférica dominante desde finales de abril ha favorecido la llegada de aire frío desde el Ártico Central hacia los mares de Laptev, Kara y Barents, donde durante las últimas semanas las temperaturas se han situado por debajo de la media 1981-2010 para estas fechas, retrasando el inicio del deshielo.

Además, estos mismos vientos que arrastraban aire frío hacia esta zona, han provocado también la deriva de la banquisa desde el Ártico Central hacia la misma.

Gracias a estos dos factores, temperaturas frescas y banquisa derivando hacia allí,  el gran déficit de hielo  observado durante casi todo el otoño-invierno en Barents y las Svalbard  se ha reducido notablemente en las últimas semanas, tal como podemos observar en el siguiente mapa del NSIDC que muestra la extensión de la banquisa ártica a 17 de mayo de 2017 (en color blanco) comparada con la media 1981-2010 para la misma fecha (línea naranja). Ahora mismo, el mayor déficit de hielo se localiza en los mares de Bering y Chukchi:

También hay que tener en cuenta que el mismo patrón que ha favorecido la deriva de hielo hacia el mar de Barents y las Svalbard también ha incrementado algo la exportación de banquisa a través del estrecho de Fram hacia el Atlántico.

En cuanto al grosor del hielo, tenemos algunos datos ligeramente contradictorios. Mientras según el modelo PIOMAS el grosor medio y el volumen total de la banquisa ártica en estos momentos serían los más bajos de la serie con cierta claridad, según las observaciones del satélite Cryosat-2 el grosor medio en 2017 no parece demasiado distinto al de otros años como 2012, 2013 o incluso el pasado 2016. Lo vemos en la siguiente gráfica comparando el grosor hacia finales del invierno entre 2012 y 2017 según los mapas que recogen las observaciones de Cryosat-2 proporcionados por el CPOM (pinchar para ver la imagen a mayor tamaño):

Así las cosas, podemos afirmar que seguramente este verano la banquisa ártica volverá a moverse en valores bajos, en la línea posterior a 2007. Sin embargo, para determinar dónde queda exactamente en ese ranking de años más bajos, una vez más el factor más decisivo serán las condiciones meteorológicas y los patrones de circulación atmosférica y deriva del hielo que imperen durante los próximos cuatro meses. Para conocerlas, no queda otra que esperar y ver.

 

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