DOI: https://doi.org/10.1029/2025ef007894
تاريخ النشر: 2026-05-01
المؤلف: Edward Blanchard‐Wrigglesworth وآخرون
الموضوع الرئيسي: ديناميات الجليد في القطب الشمالي والقطب الجنوبي
نظرة عامة
تقدم هذه الفقرة نتائج حملة ميدانية رائدة أجريت في خليج كامبردج، نونافوت، خلال شتاء 2024/2025، تهدف إلى تقييم آثار الفيضانات وتصريف مياه الذوبان على جليد البحر في القطب الشمالي. استخدمت الدراسة موقعًا بمساحة 1 كم²، يتكون من ثلاث مناطق تحكم (غير مغمورة) وثماني مناطق اختبار خضعت لعلاجات الفيضانات بمياه البحر. حدثت الفيضانات مرة أو مرتين خلال أشهر الشتاء، مع إجمالي مساحة مغمورة تبلغ 0.25 كم². أظهرت النتائج أنه بحلول منتصف مايو، كانت المناطق المغمورة تظهر زيادة في سمك جليد البحر تصل إلى 32 سم مقارنة بمناطق التحكم، مع تغطية ثلجية أرق (1-13 سم). ومن الجدير بالذكر أن المناطق المغمورة مرتين أظهرت زيادة أكبر في السمك مقارنة بتلك المغمورة مرة واحدة. خلال فترة الذوبان اللاحقة، لوحظ أن جليد البحر المغمور كان أكثر إشراقًا وذاب بمعدلات أبطأ، وظل أكثر سمكًا من مناطق التحكم. بالإضافة إلى ذلك، كشفت تجربة تصريف بركة الذوبان عن زيادة كبيرة في الإشراق خلال أسبوع واحد بعد التصريف.
تسلط الدراسة الضوء على إمكانية الفيضانات كنهج هندسي قابل للتطبيق للتخفيف من فقدان جليد البحر في القطب الشمالي، الذي شهد انخفاضًا كبيرًا على مدى العقود الأخيرة. تشير الزيادة الملحوظة في سمك جليد البحر – ما يعادل حوالي 50 عامًا من التخفيف التاريخي – إلى أن مثل هذه التدخلات يمكن أن تلعب دورًا حاسمًا في إبطاء الانخفاض المستمر لجليد البحر في القطب الشمالي، مما يشكل مخاطر على النظم البيئية وسبل العيش البشرية في المنطقة.
مقدمة
تسلط مقدمة الورقة الضوء على الانخفاض الكبير لجليد البحر في القطب الشمالي على مدى العقود الأخيرة، مع انخفاض قدره حوالي 20% في المساحة السنوية و40% في مساحة سبتمبر منذ عام 1979، إلى جانب تقليص متوسط سمك جليد البحر إلى النصف (Cavalieri & Parkinson, 2012; Kwok, 2018). يُعزى هذا الانخفاض بشكل أساسي إلى التأثيرات المناخية الناتجة عن الأنشطة البشرية، مما أدى إلى موسم مياه مفتوحة مطول وتأثيرات بيئية وإنسانية متنوعة، بما في ذلك زيادة التآكل الساحلي وارتفاع معدلات الوفيات بين الأنواع المرتبطة بجليد البحر (Gilbert et al., 2025; Archer et al., 2025). تشير التوقعات المستقبلية إلى أن جليد البحر في القطب الشمالي سيستمر في الانخفاض، مع توقع فقدان كامل لجليد نهاية الصيف بحلول منتصف القرن في سيناريوهات انبعاثات عالية أو متوسطة (Mahlstein & Knutti, 2012; Jahn et al., 2024).
استجابةً لهذه التحديات، تم اقتراح عدة أساليب هندسية للتخفيف من الاحترار في القطب الشمالي وفقدان جليد البحر، بما في ذلك حقن الهباء الجوي الستراتوسفيري وتقنيات تعزيز الألبيدو. ومع ذلك، لم تنجح هذه الطرق في عكس الاتجاهات السلبية في مساحة جليد البحر، وبعضها، مثل استخدام كريات الزجاج الدقيقة، قد يؤدي إلى تفاقم المشكلة (Webster & Warren, 2022). تتضمن استراتيجية بديلة فيضان جليد البحر بمياه البحر خلال الشتاء، والتي تشير الدراسات النمذجة إلى أنها قد تؤدي إلى جليد أكثر سمكًا في الربيع وقد تبطئ فقدان جليد البحر لعقود (Desch et al., 2017; Pauling & Bitz, 2021). توضح الورقة حملة ميدانية لعام 2024/2025 يقودها Real Ice، والتي تهدف إلى تقييم آثار الفيضانات وتصريف مياه الذوبان على جليد البحر في القطب الشمالي خلال فصول الشتاء والربيع، مما يمثل خطوة مهمة في تقييم هذا النهج المبتكر.
طرق البحث
في هذه الدراسة، تم إجراء حملة ميدانية في خليج كامبردج، الواقع في أرخبيل القطب الشمالي الكندي، للتحقيق في آثار الفيضانات على سمك جليد البحر والمعلمات ذات الصلة. امتدت منطقة البحث على مساحة 1 × 1 كم، مع 11 موقعًا تم تحديدها كإما مناطق تحكم (ثلاثة مواقع) أو مناطق اختبار (ثمانية مواقع). تم إجراء الفيضانات خلال ثلاث فترات متميزة: من أواخر نوفمبر إلى ديسمبر، ومن منتصف إلى أواخر يناير، ومن منتصف فبراير، مع تكرارات متفاوتة عبر مناطق الاختبار المختلفة. تم ضخ ما يقرب من 30,000 م³ من المياه على الجليد، مما خلق طبقات ثلج مشبعة تجمدت بسرعة إلى ثلج-جليد. تم جمع قياسات لسمك جليد البحر، وعمق الثلج، وملفات الملوحة بشكل منهجي، بإجمالي 1,040 قياس سمك، و923 قياس عمق ثلج، و59 ملف ملوحة.
لتقييم تأثير الفيضانات، تم إجراء تحليلات إحصائية باستخدام اختبار مجموع الرتب ويلكوكسون واختبار كولموغوروف-سميرنوف لعينة مزدوجة. بالإضافة إلى ذلك، تم مراقبة الظروف البيئية باستخدام مصفوفات توازن الكتلة الثلجية والجليدية (SIMBAs)، التي سجلت ملفات درجات الحرارة لاستنتاج سمك جليد البحر وعمق الثلج. تم استخدام مسوحات الطائرات بدون طيار وصور الأقمار الصناعية لتتبع التغيرات السطحية والفروق النسبية في الإشراق بين مناطق الاختبار والتحكم خلال موسم الذوبان. تم أيضًا استخدام بيانات تاريخية لسمك جليد البحر من بيئة كندا لوضع النتائج في سياق الاتجاهات المناخية الأوسع. سمحت هذه المنهجية الشاملة بإجراء فحص دقيق للتفاعلات بين ممارسات الفيضانات وديناميات جليد البحر في بيئة قطبية متغيرة.
النتائج
تشير النتائج إلى تغييرات مناخية كبيرة في خليج كامبردج، خاصة خلال أشهر الشتاء. ارتفعت متوسط درجات الحرارة الشتوية (من ديسمبر إلى أبريل) بشكل ملحوظ منذ السبعينيات، بمعدل احترار قدره 0.58 °C لكل عقد من 1980 إلى 2025، كما لوحظ في مطار خليج كامبردج. في الوقت نفسه، انخفض الحد الأقصى لسمك جليد البحر السنوي من حوالي 220 سم في الستينيات وأوائل السبعينيات إلى 200 سم أو أقل في العقود الأخيرة، مما يعكس انخفاضًا قدره 6 سم لكل عقد من 1980 إلى 2024. تشير العلاقة السلبية القوية (r = -0.62) بين درجات الحرارة الشتوية والحد الأقصى السنوي لجليد البحر إلى أن الشتاء الأكثر دفئًا يساهم في جليد البحر الأرق.
في خريف 2024، حدث تبريد كبير، حيث انخفضت درجات حرارة الهواء السطحية إلى ما دون الصفر في الأسبوع الأخير من أكتوبر، مما أدى إلى تغطية كاملة لجليد البحر بحلول 1 نوفمبر. يُعتبر تاريخ التجميد هذا متأخرًا بشكل ملحوظ، مما يتماشى مع الاتجاهات المتأخرة في تكوين جليد البحر في السنوات الأخيرة. كان شتاء 2024/2025 دافئًا بشكل خاص، حيث تم تسجيله كأكثر شتاء دافئ في السجلات بزيادة قدرها 4 °C فوق المناخ من 1981-2010 و2.5 °C فوق الاتجاه الخطي من 1970-2024 المتوقع حتى 2025. إذا استمر الاتجاه الحالي للاحتباس الحراري، فقد تصبح شتاءات مشابهة لعام 2024/2025 نموذجية بحلول عام 2070.
المناقشة
تقدم البحث اختبارًا ميدانيًا لفيضانات جليد البحر في القطب الشمالي بشكل مصطنع لتعزيز سمكه والتخفيف من الانخفاض طويل الأمد، الذي تم إجراؤه في القطب الشمالي الكندي خلال موسم نمو وذوبان جليد البحر 2024/2025. تضمنت الدراسة فيضان عدة مناطق اختبار بمياه البحر خلال ثلاث فترات زمنية متميزة في ديسمبر 2024، يناير 2025، وفبراير 2025. أظهرت النتائج أنه بحلول منتصف مايو، كان متوسط سمك جليد البحر في المناطق المغمورة أكبر بكثير من مناطق التحكم، مع زيادات تتراوح بين 14 سم إلى 32 سم اعتمادًا على توقيت وتكرار الفيضانات. ومن الجدير بالذكر أن معظم الزيادة في السمك حدثت مباشرة بعد علاجات الفيضانات، بينما كانت معدلات النمو بعد الفيضانات مشابهة لمناطق التحكم، مما يشير إلى توازن بين تقليل تغطية الثلج التي تعزز النمو وتأثيرات العزل الناتجة عن زيادة سمك الجليد.
بالإضافة إلى ذلك، لاحظت الدراسة تغييرات في ملفات الملوحة، حيث أظهرت المناطق المغمورة ملوحة أعلى في الطبقات العليا من الجليد مقارنة بمناطق التحكم. كما أظهرت المناطق المغمورة أيضًا زيادة في الإشراق خلال موسم الذوبان، على الأرجح بسبب الاختلافات في الخصائص البصرية وتقليل نسب برك الذوبان. استمر هذا الإشراق طوال موسم الذوبان، مما يتماشى مع معدلات ذوبان أقل في مناطق الاختبار مقارنة بمناطق التحكم. تؤكد النتائج على إمكانية الفيضانات كاستراتيجية تدخل مناخي، خاصة في ضوء الاتجاهات المتزايدة في الاحترار وتأثيراتها على ظروف جليد البحر المستقبلية. ستركز الأبحاث المستقبلية على قياس تأثيرات الفيضانات على الألبيدو وشكل جليد البحر لفهم هذه الديناميات بشكل أفضل.
DOI: https://doi.org/10.1029/2025ef007894
Publication Date: 2026-05-01
Author(s): Edward Blanchard‐Wrigglesworth et al.
Primary Topic: Arctic and Antarctic ice dynamics
Overview
This section presents findings from a pioneering field campaign conducted in Cambridge Bay, Nunavut, during the winter of 2024/2025, aimed at assessing the effects of flooding and meltwater drainage on Arctic sea ice. The study utilized a 1 km² site, comprising three control areas (unflooded) and eight test areas subjected to flooding treatments with seawater. Flooding occurred either once or twice during the winter months, with a total flooded area of 0.25 km². Results indicated that by mid-May, flooded areas exhibited sea ice thickness increases of up to 32 cm compared to control areas, with thinner snow cover (1-13 cm). Notably, areas flooded twice demonstrated greater thickening than those flooded once. During the subsequent melt period, the flooded sea ice was observed to be brighter and melted at slower rates, remaining thicker than the control areas. Additionally, a melt pond drainage experiment revealed significant brightening of the area within one week post-drainage.
The study highlights the potential of flooding as a viable engineering approach to mitigate Arctic sea ice loss, which has been declining significantly over recent decades. The observed increase in sea ice thickness—equivalent to approximately 50 years of historical thinning—suggests that such interventions could play a crucial role in slowing down the ongoing decline of Arctic sea ice, which poses risks to ecosystems and human livelihoods in the region.
Introduction
The introduction of the paper highlights the significant decline of Arctic sea ice over recent decades, with a reported decrease of approximately 20% in annual extent and 40% in September extent since 1979, alongside a halving of mean sea ice thickness (Cavalieri & Parkinson, 2012; Kwok, 2018). This decline is primarily attributed to anthropogenic climate forcing, resulting in a lengthened open-water season and various ecological and human impacts, including increased coastal erosion and heightened mortality rates among sea ice-associated species (Gilbert et al., 2025; Archer et al., 2025). Future projections indicate that Arctic sea ice will continue to diminish, with complete end-of-summer ice loss anticipated by mid-century under high or medium emission scenarios (Mahlstein & Knutti, 2012; Jahn et al., 2024).
In response to these challenges, several engineering approaches have been proposed to mitigate Arctic warming and sea ice loss, including stratospheric aerosol injection and albedo enhancement techniques. However, these methods have not successfully reversed the negative trends in sea ice extent, and some, like the use of glass microbeads, may exacerbate the issue (Webster & Warren, 2022). An alternative strategy involves winter flooding of sea ice with seawater, which modeling studies suggest could lead to thicker ice in the spring and potentially slow sea ice loss by decades (Desch et al., 2017; Pauling & Bitz, 2021). The paper outlines a 2024/2025 field campaign led by Real Ice, which aims to assess the impacts of flooding and meltwater drainage on Arctic sea ice throughout the winter and spring seasons, marking a significant step in evaluating this innovative approach.
Methods
In this study, a field campaign was conducted in Cambridge Bay, located in the Canadian Arctic Archipelago, to investigate the effects of flooding on sea ice thickness and related parameters. The research area spanned 1 × 1 km, with 11 sites designated as either control (three sites) or test areas (eight sites). Flooding was performed during three distinct periods: late November to December, mid-late January, and mid-February, with varying frequencies across different test areas. A total of approximately 30,000 m³ of water was pumped onto the ice, creating saturated snow layers that quickly froze into snow-ice. Measurements of sea ice thickness, snow depth, and salinity profiles were systematically collected, totaling 1,040 thickness measurements, 923 snow depth measurements, and 59 salinity profiles.
To assess the impact of flooding, statistical analyses were conducted using the Wilcoxon rank sum test and the two-sample Kolmogorov-Smirnov test. Additionally, environmental conditions were monitored using Snow and Ice Mass Balance Arrays (SIMBAs), which recorded temperature profiles to derive sea ice thickness and snow depth. Drone surveys and satellite imagery were employed to track surface changes and relative brightness differences between test and control areas throughout the melt season. Historical sea ice thickness data from Environment Canada were also utilized to contextualize the findings within broader climatic trends. This comprehensive methodology allowed for a detailed examination of the interactions between flooding practices and sea ice dynamics in a changing Arctic environment.
Results
The results indicate significant climatic changes in Cambridge Bay, particularly during the winter months. Mean winter temperatures (December through April) have increased markedly since the 1970s, with a warming rate of 0.58 °C per decade from 1980 to 2025, as observed at the Cambridge Bay airport. Concurrently, maximum annual sea ice thickness has decreased from approximately 220 cm in the 1960s and early 1970s to 200 cm or lower in recent decades, reflecting a decline of 6 cm per decade from 1980 to 2024. A strong negative correlation (r = -0.62) between winter temperatures and annual sea ice maxima suggests that warmer winters contribute to thinner sea ice.
In autumn 2024, significant cooling occurred, with surface air temperatures dropping below freezing in the last week of October, leading to full sea ice coverage by November 1. This freeze-up date is notably late, aligning with trends of delayed sea ice formation in recent years. The winter of 2024/2025 was particularly warm, recorded as the third warmest on record at 4 °C above the 1981-2010 climatology and 2.5 °C above the 1970-2024 linear trend projected to 2025. If the current warming trend continues, winters similar to 2024/2025 may become typical by 2070.
Discussion
The research presents a field test of artificially flooding Arctic sea ice to enhance its thickness and mitigate long-term decline, conducted in the Canadian Arctic during the 2024/2025 sea ice growth and melt season. The study involved flooding several test areas with seawater during three distinct time windows in December 2024, January 2025, and February 2025. Results indicated that by mid-May, the mean sea ice thickness in flooded areas was significantly greater than in control areas, with increases of 14 cm to 32 cm depending on the timing and frequency of flooding. Notably, most thickening occurred immediately following flooding treatments, while the growth rates post-flooding were comparable to control areas, suggesting a balance between reduced snow cover promoting growth and the insulating effects of increased ice thickness.
Additionally, the study observed changes in salinity profiles, with flooded areas exhibiting higher salinity in the upper layers of ice compared to control areas. The flooded regions also demonstrated enhanced brightness during the melt season, likely due to differences in optical properties and reduced melt pond fractions. This brightness persisted throughout the melt season, correlating with lower melt rates in the test areas compared to controls. The findings underscore the potential of flooding as a climate intervention strategy, particularly in light of observed warming trends and their implications for future sea ice conditions. Future research will focus on quantifying the impacts of flooding on sea ice albedo and morphology to better understand these dynamics.