El estudio del Presupuesto de Calor Superficial del Océano Ártico (SHEBA, por sus siglas en inglés) fue un proyecto de investigación financiado por la Fundación Nacional de Ciencias diseñado para cuantificar los procesos de transferencia de calor que ocurren entre el océano y la atmósfera a lo largo de un año en el Océano Ártico , donde el sol está sobre el horizonte desde la primavera hasta el verano y debajo del horizonte el resto del tiempo. El estudio fue diseñado para proporcionar datos para su uso en modelos climáticos globales , que los científicos utilizan para estudiar el cambio climático global . [1]
El hielo refleja la luz solar con mayor facilidad que el agua abierta. El hielo marino cubierto de nieve refleja aproximadamente el 80% de la luz solar incidente. Los cambios estacionales en el Ártico dan como resultado cielos despejados y enfriamiento radiativo del hielo marino cubierto de nieve en el invierno ártico, que es constantemente oscuro. En primavera, con el regreso de la luz solar, comienzan a formarse charcos de deshielo que aumentan la tasa de absorción de calor del sol. En verano, durante la luz diurna constante, se forman nubes que reflejan la luz hacia el cielo, pero impiden el flujo de calor del océano. Para cuantificar estos efectos en una gran parte del área de la Tierra (el océano Ártico), se requirió un esfuerzo de recopilación y análisis de datos científicos a gran escala durante el lapso de un año. [1] En consecuencia, la National Science Foundation , junto con otros patrocinadores, [2] financió un estudio para cuantificar mejor estos procesos. [3]
El grupo científico viajó a bordo del buque de la Guardia Costera canadiense Des Groseilliers hasta el océano Ártico. El 2 de octubre de 1997 llegó a un lugar en el que el plan era dejar que el barco se congelara en el hielo y que sirviera como base para las observaciones científicas. Esas observaciones incluyeron mediciones de los procesos oceánicos y atmosféricos desde el agua debajo del hielo, cerca del barco, hasta la parte superior de la atmósfera. Las mediciones incluyeron:
El barco permaneció estacionario con respecto al hielo durante un año, partiendo el 11 de octubre de 1998. Pasó a llamarse "Estación de hielo SHEBA". [1] [4]
Los científicos descubrieron que en la zona donde se encontraba el barco había nubes durante todo el año. En pleno invierno, el cielo estaba nublado el 40% del tiempo y en verano el cielo estaba continuamente nublado. La temperatura del aire era 0,6 °C inferior a la temperatura climatológica media regional. Sin sol en invierno, el flujo neto de calor (flujo) se producía desde la superficie del océano hacia el cielo, marcado por grandes diferencias de flujo con los cambios en la cobertura de nubes. En abril, el flujo cambió hacia el calentamiento solar de la superficie del mar, que alcanzó un máximo en julio, cuando la luz solar era más intensa y el hielo formaba charcas de hielo derretido que eran mucho más oscuras que la nieve y podían absorber la luz solar de forma más eficiente. [1]
Los científicos también midieron el cambio neto en la masa del hielo y la capa de nieve en 100 sitios. Observaron una amplia variabilidad de cambio en la región que rodeaba al barco. Determinaron que, con la disminución de la luz solar del otoño, la temperatura en el hielo descendió de tal manera que, en noviembre, estaba generando un nuevo crecimiento en la parte inferior de la capa de hielo. A partir de estas observaciones, identificaron cinco fases de cambio en el balance de calor: [1]
Las mediciones precisas del balance de masa de hielo a partir de estacas de ablación durante SHEBA mostraron que el mayor derretimiento de la superficie se observó en el hielo estancado, mientras que el mayor derretimiento del fondo se observó en las crestas de presión . El derretimiento del fondo de las crestas de presión fue un 60% mayor que el del hielo no deformado del primer año. El flujo de energía de la radiación solar al océano a través de los cables no fue suficiente para equilibrar la ablación del fondo observada. [5] Durante el período de verano, el 15% del área bajo el hielo estuvo cubierta por capas de agua de deshielo bajo el hielo y falsos fondos . La profundidad promedio de las capas de agua de deshielo bajo el hielo fue de 0,31 m con una salinidad de 1,5. El espesor promedio de los falsos fondos fue de 0,2 m. [6]
Los resultados experimentales permitieron modelar de manera significativa los procesos de balance térmico estacional que ocurren a través del hielo marino y la atmósfera del Océano Ártico. El alcance del modelo fue la columna desde debajo del manto de hielo hasta la parte superior de la atmósfera. Los científicos se dieron cuenta de que la clave del modelo era caracterizar correctamente la reflectividad cambiante o el albedo de la superficie del hielo, debido a los cambios en el manto de nieve y el derretimiento del hielo. La cobertura de nubes era clave para describir cuánta energía llegaba o escapaba de la superficie del océano. [1]
El modelo incorporó la observación de que la radiación solar es la fuente de calor dominante en la superficie. Tomó en cuenta el cambio en el océano abierto desde un máximo del 5 % en junio y los cambios en el albedo. Aproximadamente el 8 % de la radiación solar entrante fue absorbida por el océano a través del hielo. [1]
Los científicos pudieron definir parámetros para la turbulencia cercana a la superficie que caracterizan el grado en que el movimiento del aire puede enfriar o calentar la superficie del hielo, estacionalmente. En verano, la superficie se vuelve más áspera y ralentiza el flujo de aire. Las mediciones de nubes realizadas con lidar y los datos de temperatura y turbulencia obtenidos con globosonda permitieron caracterizar científicamente el papel de la atmósfera sobre el hielo en la promoción o inhibición del calentamiento o enfriamiento de la superficie del océano. [1]
Las siguientes personas y organizaciones participaron en SHEBA: [3]