Om prosjektet
Snø, permafrost og isbrer utgjør den terrestriske kryosfæren, og spiller en nøkkelrolle i klimasystemet ved at de regulerer de globale syklusene av energi, vann og karbon. De kryosfæriske komponentene har fått status som Essensielle Klimavariabler (EKV-er) av Global Climate Observing System (GCOS). Til tross for det kan EKV-er kun delvis observeres ved hjelp av jordobservasjonssatellitter på grunn av gap, sensorstøy, og usikkerhet i datamodellene.
Utfordringen med "delvis observerbarhet" kan løses på samme måte som i numeriske værvarsling og atmosfæriske reanalyser ved å ta i bruk dataassimilasjon. Slik dataassimilasjon er alikevel lite brukt i jordobservasjonsstudier til tross for sitt potensiale for å gi verdi til satellittdata ved å fylle gap i data og estimere verdien på og usikkerheten knyttet til skjulte (ikke observerbare) variabler.
I prosjektet PATCHES har vi som mål å anvende 'ensemble' (sannsynlighetsbasert) metoder for dataassimilasjon som en metode for å estimere verdier på globale kryosfæriske EKV-er fra jordobservasjon. Hovedfokus er på sesongmessig snø der nøyaktig estimering av snømasse (dvs. snøens vannekvivalent) i fjellområder er et sentralt uløst problem.
Mål
Det primære målet med PATCHES er å generere en global, høyoppløselig, ensemble reanalyse av sesongbasert snømasse i fjellområder ved å utnytte flere tiår med jordobservasjonsdata fra ESA Snow_cci. Den planlagte arbeidsflyten for reanalyse i PATCHES kan tilpasses til permafrost og isbreer, så vel som andre terrestriske EKV-er.
Et sekundært mål er å prøve å utnytte gjentatte mønstre av snødekker i historiske satellittbilder for å nedskalere Snow_cci-produkter med grovere oppløsning og lange tidsperioder, fra AVHRR ved hjelp av sannsynlighetsbasert maskinlæringsteknikker.
Bakgrunn
Motoren som driver PATCHES-prosjektet er det matematiske rammeverket kjent som dataassimilasjon (eller invers modellering) innenfor geovitenskap. For en relativt ny oversikt over metoden og dens anvendelse innenfor snøforskning se:
The Multiple Snow Data Assimilation System (MuSA v1.0)
Prosjektet støtter seg også på synergier med den UiO-baserte CryoGrid modellen ved å adoptere metoder som den bruker til å generere globale permafrost reanalyser i ESA Permafrost_cci prosjektet.
Videre tar vi i bruk det lite utnyttede klimadataarkivet fra AVHRR-sensorene utviklet i Snow_cci som, til tross for en grovere oppløsning, gir nesten daglige globale observasjoner av snødekke siden begynnelsen på 1980-tallet.
PATCHES drar også fordel av lokal UiO-ekspertise innen global isbremodellering, snø forskning, klimadata, fjernmåling og nye observasjonssystemer. Utenfor UiO så jobber vi i PATCHES sammen med internasjonale partnere med ekspertise innen fjernmåling av snø (Uni. Bern), snømodellering (IPE), og topografisk nedskalering (SLF).
Finansiering
PATCHES er finansiert av European Space Agency (ESA) sitt Klimaendrings initiativ (CCI)-programmet, og et ESAs CCI forskningsstipend, gitt til Kristoffer Aalstad, Institutt for geofag.
Patches er et toårig prosjekt, startet i 01.10.2023 og varer til 01.10.2025.
Samarbeid
PATCHES-prosjektet utføres ved Seksjon for geografi og hydrologi (GeoHyd) ved Institutt for geofag, Universitetet i Oslo, i nært samarbeid med ESA Permafrost_cci, ESA Snow_cci, og med forskere fra de UiO-baserte forskningsprosjektene: GLACMASS-prosjektet (ERC), SNOWDEPTH-prosjektet (NFR), og ACTIVATE-prosjektet (ERC).
PATCHES prosjektet er også tilknyttet det tverrfaglige forskningsinitiativet Land-ATmosphere Interactions in Cold Environments – LATICE, Universitetet i Oslo, Snøgruppen til GeoHyd, UiO, og eksterne partnere ved Uni. Bern, IPE, og SLF.