Optisia tutkimuksia Etelämantereen lumipeitteestä ja sinisen jään alueilta

Kai Rasmus 2010

Spektrisen- ja kokonaisalbedon alueellisia vaihteluita Etelämantereen mannerjäätiköllä tutkittiin kesäkausilla 1999/2000 ja 2000/2001. Mittauksia tehtiin sekä Suomen tutkimusasema Aboan että Etelä-Afrikan tutkimusasema SANAE 4:n ympäristössä. Havaitut eroavaisuudet olivat hyvin pieniä ja johtuivat enemmänkin mittausolosuhteiden vaihteluista kuin lumipeitteen ominaisuuksien vaihteluista. Samalla kerralla mitattiin sinisen jään (jäätikköjää, jota lumi ei peitä) albedo. Lumen albedon laskemista varten kehitettiin Monte-Carlo -tyyppinen optinen malli. Mallin sisäänsyöttötietoina käytettiin havaittuja lumen kidekokoja ja siinä parametrisoitiin fotonien vapaa matka lumikiteiden halkaisijan avulla. Mallilla saatiin havaintoja vastaavia tuloksia.

Sinisen jään alueilla, jotka ovat alle 1000 metrin korkeudessa, esiintyy sisäistä sulamista. Tämän tutkimiseen kehitettiin numeerinen laskentamalli, jossa oli sekä termodynaaminen eli jään lämpötilaa ja sulamista kuvaava malli, että hydrodynaaminen eli sulamisveden liikkeitä kuvaava malli. Tämän mallin kehittelyssä käytettiin tämän tutkimuksen mittaustuloksia jäätiköltä ja joitakin mittauksia valtamerestä. Mallilla saatiin laskettua jään sisäinen sulaminen. Hitaat pystysuuntaiset konvektiovirtaukset siirsivät lämpöä vesikerroksessa alaspäin sulattaen lisää jäätä. Mallilla laskettiin myös sinisen jään tilannetta 50 vuotta eteenpäin siten, että ilman lämpötila kasvoi 1,5 astetta sinä aikana. Tämä johti sulamisveden lisääntymiseen.