Математики и климатологи создают новые модели для понимания морского льда полярных регионов

Новое исследование математиков и климатологов из Университета Юты генерирует свежие модели для понимания двух критических процессов в системе морского льда, оказывающих глубокое влияние на глобальный климат: потока тепла через морской лёд, термически связывающего океан и атмосферу, и динамики маргинальной зоны льда (MIZ) — извилистой области арктического ледяного покрова, отделяющей сплошной паковый лёд от открытого океана.

За последние четыре десятилетия, с момента широкого распространения спутниковых снимков, ширина MIZ увеличилась на 40%, а её северная граница сместилась на 1600 километров к северу. Эти изменения наиболее выражены осенью, в период сезонного минимума льда. Исчезновение льда создаёт петлю положительной обратной связи, когда больше солнечной энергии поглощается океаном вместо отражения ледяным покровом. Текущие климатические модели могут недооценивать количество тепла, проходящего через морской лёд, поскольку не полностью учитывают поток воды через его пористую структуру.

В двух новых исследованиях, опубликованных в Scientific Reports и Proceedings of the Royal Society A, использованы схожие математические принципы для моделирования как макро-, так и микроструктур льда. Арктическое исследование адаптирует модель фазового перехода, обычно используемую для сплавов, к динамике MIZ в масштабах всего океана. Антарктическое исследование, основанное на полевых данных, смоделировало теплопроводность морского льда, уделив особое внимание роли вертикальных потоков рассола в его нижних слоях. Как отметил профессор Кен Голден, «лёд — не континуум. Это композитный материал... Это, по сути, та же физика и математика в другом контексте».