Solar radiation over and under sea ice during the POLARSTERN cruise ARK-XXVI/3 (TransArc) in summer 2011

Arctic sea ice has declined and become thinner and younger (more seasonal) during the last decade. One consequence of this is that the surface energy budget of the Arctic Ocean is changing. While the role of surface albedo has been studied intensively, it is still widely unknown how much light penetrates through sea ice into the upper ocean, affecting sea-ice mass balance, ecosystems, and geochemical processes. Here we present the first large-scale under-ice light measurements, operating spectral radiometers on a remotely operated vehicle (ROV) under Arctic sea ice in summer. This data set is used to produce an Arctic-wide map of light distribution under summer sea ice. Our results show that transmittance through first-year ice (FYI, 0.11) was almost three times larger than through multi-year ice (MYI, 0.04), and that this is mostly caused by the larger melt-pond coverage of FYI (42 vs. 23%). Also energy absorption was 50% larger in FYI than in MYI. Thus, a continuation of the observed sea-ice changes will increase the amount of light penetrating into the Arctic Ocean, enhancing sea-ice melt and affecting sea-ice and upper-ocean ecosystems.

Hide, survive and hitch a ride, the dispersal of Antarctic krill into the nursery habitats

Antarctic krill (Euphausia superba), a key species of Southern Ocean food webs plays a central role in ecosystem processes, community dynamics of apex predators and as a commercial fishery target. A decline in krill abundance during the late 20th century in the SW Atlantic sector has been linked to a concomitant decrease in sea ice, based on the hypothesis that sea ice acts as a feeding ground for overwintering larvae. However, evidence supporting this hypothesis has been scarce due to logistical challenges of collecting data in austral winter. Here we report on a winter study that involved diver observations of larval krill in their under-ice environment, ship-based studies of krill, sea ice physical characteristics, and biophysical model analyses of krill-ocean-ice interactions. We present evidence that complex under-ice topography is vital for larval krill in terms of dispersal and advection into high productive nursery habitats, rather than the provision by the ice environment of food. Further, ongoing changes in sea ice will lead to increases in sea-ice regimes favourable for overwintering larval krill but shifting southwards. This will result in ice-free conditions in the SW Atlantic, which will be conducive for enhancing food supplies due to sufficient light and iron availability, thus enhancing larvae development and growth. However, the associated impact on dispersal and advection may lead to a net shift in krill from the SW Atlantic to regions further east by the eastward flowing ACC and the northern branch of the Weddell Gyre, with profound consequences for the Southern Ocean pelagic ecosystem.

Mineralcomposition of beach sediments from the area "Fähre Großenbrode-Kliff Wulfen" on Fehmarn

Um die Insel Fehmarn und an der Nordküste Wagriens wurden rund 2500 Strand-, Flachwasser- und Seesandproben zum Erkennen der Materialtransportwege sedimentpetrographisch untersucht. Für die Schwermineralbestimmung wurde hauptsächlich die Fraktion 0,2-0,1 mm herangezogen, da diese für die vorliegenden Sedimente charakteristisch ist. Da die Mineralzusammensetzung der Sedimente im gesamten Untersuchungsgebiet gleich ist, also nirgends örtlich sog. Leitminerale zugeführt werden, wurden bei der Auswertung der Analysenergebnisse die hydrographischen Verhältnisse der westlichen Ostsee und die Abhängigkeit des Sedimentes von der Kraft des bewegten Meerwassers beachtet. Bezüglich der Abhängigkeit des transportierten Materials von der Wasserkraft werden drei voneinander abweichende Systeme, nämlich der Strand, die Brandungszone und das tiefere Wassergebiet, erkannt. Am Strand ist die angewandte Untersuchungsmethode sowohl an langgestreckten Küsten als auch in stark untergliederten Ufergebieten zum Erkennen der Sandwanderbahnen geeignet. Erosion und Neuzuführung von Material auf dem Transportwege zeigen das gleiche mineralische Bild, und eine Entscheidung, welcher dieser beiden Fälle tatsächlich vorliegt, kann nur im Gelände getroffen werden. Die Korngrößenanalyse allein ist zur Beantwortung vorliegender Fragestellungen nicht brauchbar, weil durch gegebene hydrographische Bedingungen die Korngröße in Transportrichtung sowohl abnehmen als auch zunehmen kann. In Strandgebieten mit veränderter natürlicher Beschaffenheit der Sedimente und an Küsten mit ausgedehnten vorgelagerten materialliefernden Abrasionsflächen ist die Grenze der Methode aufgezeigt. Höfte, Haken und Sandinseln zeigen jeweils typische mineralische Zusammensetzungen ihres Strandes, aus welchen die Entstehung der betreffenden Anlandungsformen abgeleitet werden kann. Quer über die Brandungszone weisen die Sedimente auf engem Raum wechselnde Mineralzusammensetzung auf, aus der auf die örtlichen hydrographischen Verhältnisse geschlossen werden kann. Zum Vergleich sedimentpetrographischer Ergebniswerte sind nur Sande, die unter gleichen Ablagerungsbedingungen entstanden sind, geeignet. Zum Erkennen der Materialwanderwege wurden entweder Sandproben von den Riffkämmen oder aus den Rinnen zwischen zwei Sandanhäufungszonen untersucht. In beiden Fällen wurden die Transportrichtungen erkannt. In Gebieten, in denen die Strandsanduntersuchungen negativ verliefen, ließen die Riffsandproben Schlüsse auf die Materialschüttungsrichtungen zu. An exponierten Küsten mit mehreren wirksamen Windrichtungen darf jedoch nicht von dem einen auf das andere Wandersystem geschlossen werden. Eine Umkehr der Materialvertriftung zwischen Flachwasser und Strand kann vorliegen. Im tieferen Wasser ist es möglich, mit gleicher Methode unter Berücksichtigung der Morphologie des Meeresgrundes die Materialschüttungsrichtung zu erkennen. Zur Sedimentuntersuchung auf Linienprofilen sind nur Proben gleicher Wassertiefe geeignet; die Sonderung des Materials nach der Tiefe muß beachtet werden. Aus den ermittelten sedimentpetrographischen Werten lassen sich eine Reihe von Beziehungen ablesen, die zur Deutung der Mineralgesellschaft und für die Auswertung der Untersuchungsergebnisse herangezogen werden können. Als regionales Ergebnis der vorstehenden Untersuchung kann eine Karte der Küsten Fehmarns und Nordoldenburgs vorgelegt werden, in der die Sandwanderungswege am Strand, in der Flachwasserzone und in den daran anschließenden tieferen Wassergebieten dargestellt sind.

Heat fluxes and surface radiation measurements from Samoylov Island, Lena Delta, Siberia, October 2007 to March 2008

In this study, we present the winter time surface energy balance at a polygonal tundra site in northern Siberia based on independent measurements of the net radiation, the sensible heat flux and the ground heat flux from two winter seasons. The latent heat flux is inferred from measurements of the atmospheric turbulence characteristics and a model approach. The long-wave radiation is found to be the dominant factor in the surface energy balance. The radiative losses are balanced to about 60 % by the ground heat flux and almost 40 % by the sensible heat fluxes, whereas the contribution of the latent heat flux is small. The main controlling factors of the surface energy budget are the snow cover, the cloudiness and the soil temperature gradient. Large spatial differences in the surface energy balance are observed between tundra soils and a small pond. The ground heat flux released at a freezing pond is by a factor of two higher compared to the freezing soil, whereas large differences in net radiation between the pond and soil are only observed at the end of the winter period. Differences in the surface energy balance between the two winter seasons are found to be related to differences in snow depth and cloud cover which strongly affect the temperature evolution and the freeze-up at the investigated pond.

Radiation flux from the upper and lower hemispheres in the visible spectral range

This paper describes measurements from shortwave radiation radiosonde ascents done at the Atlantische Expedition 1969. Using the results from a total of 67 ascents mean components of the shortwave radiation budget of the atmospheric layer between the ocean surface and the top of the ascent are discussed. The influence of clouds on the radiation balance is shown by dividing the ascents in classes of cloudiness and cloud altitude. Thereby the albedo of the ocean surface is increasing with increasing amount of cloudiness. Similar the albedo of the troposphere increases involving an increased heating rate of the atmospheric layer.