Genaue Messungen des Meereseis von den Unicode Unicorns

Der Kunde

Unicode Unicorns

Die Unicode Unicorns wurden im Oktober 2018 von Kelby Stockstill und Katelyn Hertel für die NASA Space Apps Challenge gegründet und sind im Bereich Data Science tätig. Das Team besteht aus Spezialisten mit unterschiedlichsten Qualifikationen, die vom technischen Design bis hin zur Programmierung reichen. Ihre Hauptaufgabe besteht darin verschiedenste Problemstellungen unter Einsatz von Daten zu lösen. Das Team gewann die NASA Space Apps Challenge NYC 2019 mit dem Projekt For Your Ice Only.

Herausforderung

Während der letztjährigen NASA Space Apps Challenge erkannten die Unicode Unicorns, dass es unmöglich ist die Fläche des Meereises in den Sommermonaten zu berechnen. Mittels satellitengestützter Mikrowellenmessungen des Meereises kann angesammeltes Schmelzwasser auf der Eisoberfläche nicht von der Meeresoberfläche unterschieden und somit darunter liegendes Eis nicht erkannt werden. Aufgrund ungenauer Daten sind Forscher gezwungen ihre Berechnungen basierend auf der Ausdehnung des Meereises durchzuführen, wobei die tatsächliche Eismenge nicht gemessen werden kann. Angesichts der Bedeutung der Arktis im Klimawandel müssen so viele Daten zu Konzentration und Verteilung des Meereises wie möglich für Kryosphärenwissenschaftler gesammelt werden. Die Unicode Unicorns haben sich daran gemacht die bestehende Datenlücke während der Sommermonate zu schliessen und die wahre Fläche des Meereises im Nordpolarmeer zu berechnen.

Lösung

Um die ermittelte Eisfläche bezüglich der Oberflächenschmelze zu korrigieren, haben die Unicode Unicorns die Wassermenge, bei der es sich tatsächlich um offenes Meerwasser und keine Oberflächenschmelze handelt, vorhergesagt. Die Berechnungen basierten auf dem Verhältnis von Wasser (offenes Meerwasser und Oberflächenschmelze) zu Eis und den lokalen Wetterbedingungen.

Mithilfe der Meteomatics Wetter API waren die Unicode Unicorns nicht nur in der Lage die Daten der gewünschten Regionen direkt zu beziehen, sondern auch historische Daten für diese Gebiete über den Messzeitraum von mehreren Jahren abzurufen.

Ergebnis

Während der 48-stündigen NASA Space Apps Challenge war es möglich historische Daten problemlos über die Meteomatics Wetter API abzufragen. Die historischen Daten zu Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Wind und Strahlung wurden dann in 1-Tages-, 7-Tages- und 30-Tagessets unterteilt, um zu untersuchen mit welchem der Anteil an offenem Meerwasser am exaktesten vorhergesagt werden kann. Mittels einer schrittweisen Regression wurden die Wetterparameter mit den grössten Auswirkungen isolieret während die Kollinearität minimiert wurde.

Das leistungsstärkste Modell verwendete das 7-Tagesset der Temperatur und das 30-Tagesset der Luftfeuchtigkeit, um offenes Meerwasser vorherzusagen. Am Ende unterschieden die Unicode Unicorns zwischen offenem Wasser und oberflächlichem Schmelzwasser und konnten die wahre Fläche des Meereises im Arktischen Ozean berechnen. Die Unicode Unicorns waren nun in der Lage allein mit diesen Messungen die Fläche des offenen Meerwassers exakt vorherzusagen und präsentierten somit eine relativ einfache Methode zur Ableitung von Sommerdaten für Klimawissenschaftler.

Kelby Stockstill und Katelyn Hertel, The Unicode Unicorns

"Wir möchten uns bei Meteomatics nicht nur für die Wetterdaten, sondern auch für die persönliche Unterstützung und die Beantwortung sämtlicher Fragen während der gesamten Challenge bedanken. Ohne Meteomatics wäre dieses Projekt und somit die Lösung dieses Problems auf dem Gebiet der Kryosphärenforschung nicht möglich gewesen."