Arbeitsgebiet Polare Oberflächen
SEA LION - SEa ice in the Antarctic LInked with OceaN-atmosphere forcing

Georg Heygster, Stefan Kern*
Projektförderer: EU

Meereis spielt ein Schlüsselrolle im Klimasystem. Die arktische Meereisbedeckung hat über die letzten zwei Jahrzehnte signifikant abgenommen, die antarktische jedoch nicht. Um dies vor dem Hintergrund einer globalen Klimaänderung zu untersuchen, müssen bestehende gekoppelte Atmosphäre-Ozean Globale Zirkulationsmodelle verbessert werden. Dafür benötigt man die prozentuale Meereisbedeckung C beider Hemisphären über einen möglichst langen Zeitraum und mit einer möglichst guten räumlichen Auflösung. Zur Zeit verwenden die Methoden zur Berechnung von C, z.B. der NASA Team-, der PELICON und der Bootstrap-Algorithmus, Daten der 19 und 37 GHz Kanäle des Special Sensor Microwave/Imager (SSM/I).

Der hier vorgestellte SEA LION-Algorithmus bestimmt C auf Basis der Polarisation P der räumlich besser aufgelösten 85 GHz SSM/I-Daten. Jedoch verringert der Wettereinfluss P und verursacht eine Überschätzung von C. Dieser Fehler wird mittels eines Strahlungstransportmodells korrigiert. Dafür benötigte atmosphärische Parameter wie die oberflächennahe Windgeschwindigkeit, der Gesamtwasserdampfgehalt und der Wolkenflüssigwassergehalt stammen entweder aus Wettervorhersagemodellen (z.B. vom ECMWF) oder werden aus Daten der übrigen SSM/I-Kanäle berechnet. Veränderungen der Schnee- und Eisbedingungen werden durch monatliche Meereiseichpunkte berücksichtigt. Die mittlere Standardabweichung der SEA LION-Eiskonzentration liegt bei 12 % für C =< 50 % und ist kleiner als 5 % für C > 90 %.

Der Verlauf der Meereiskante wurde mit dem SEA LION-Algorithmus berechnet und mit Bildern im sichtbaren und infraroten Frequenzbereich validiert. Beide Verläufe stimmen auf etwa 10 km genau überein. Die Abbildung zeigt ein Beispiel für diese Verläufe. Das neue Verfahren liefert, im Vergleich zum NASA Team-Algorithmus, einen realistischeren Gradienten von C quer zur Eisrandzone, wie RADARSAT-1 SAR Szenen aus der Grönlandsee belegen. Verglichen mit herkömmlichen Datensätzen nimmt die mit dem SEA LION-Algorithmus bestimmte antarktische Meereisbedeckung im Südfrühling schneller und früher ab. Das enspricht den Erwartungen, denn die 85 GHz SSM/I-Kanäle erfassen dank der besseren räumlichen Auflösung kleinere offene Wasserflächen als die übrigen SSM/I-Kanäle. SEA LION-Eiskonzentrationen, gemittelt über den Zeitraum 1992-1999, übertreffen entsprechende PELICON-Eiskonzentrationen um ca. 5 %, liegen jedoch um ca. 3 % unterhalb den entsprechenden Bootstrap-Eiskonzentrationen. Die Verwendbarkeit des SEA LION Algorithmus wird durch die Qualität der für die Wetterkorrektur benötigten Daten eingeschränkt. Relative Fehler von über 100 % sind in wolkenbedeckten Gebieten der Eisrandzone dann möglich, wenn die Auflösung der atmosphärischen Daten deutlich unter derjenigen der 85 GHz Daten liegt bzw. wenn beide Datensätze einen Zeitversatz von mehr als einer halben Stunde aufweisen.

Veröffentlichungen

• Lemke, P., Heygster, G., Toudal, L. and Turner, J., SEa ice in the Antarctic LInked with OceaN-atmosphere forcing, Proc. EU-Environmental Conference Vienna, October 19-23, 1998.
• Kern, S., Heygster, G. and Miao, J., Towards Retrieval of Antarctic Sea Ice Using the SSM/I 85.5 GHz Polarization Difference, Proc. IEEE 1999 International Geoscience and Remote Sensing Symposium, Hamburg, Germany, June 28 -- July 2, 1999, 1031--1033.
• Kern, S., Sea ice concentration derived using SSM/I 85.5 GHz imagery, Proc. Workshop on Mapping and archiving of sea ice data -- The expanding role of RADAR, Ottawa, Canada, May 2--4, 2000,73--83.
• Kern, S. and Heygster, G., Sea ice concentration retrieval in the Antarctic based on the SSM/I 85 GHz polarization, Annals of Glaciology, 2001, in press.

• IfM, Kiel
• BAS, Cambridge, GB
• EMI/TUD und DCRS, Lyngby, DK