Projekt PAVE bazuje na połączeniu obserwacyjnych oraz modelowych badań zmienności dopływu Wody Atlantyckiej (AW) do Oceanu Arktycznego. Dane historyczne zgromadzone przez partnerów projektu oraz uzyskane z innych dostępnych źródeł, zostaną wykorzystane do opisania długoterminowej zmienności i transformacji AW, wzdłuż dwóch głównych dróg jej transportu w kierunku Oceanu Arktycznego przez Cieśninę Fram oraz Morze Barentsa.

Od 2000 roku IO PAN prowadzi letnie pomiary hydrograficzne, obejmujące rejon transportu Wody Atlantyckiej pomiędzy północną Norwegią a Cieśniną Fram. W ramach pakietu zadań numer 2 (PZ2), obserwacje te będą kontynuowane podczas trzech kampanii pomiarowych w trakcie trwania projektu PAVE. Nowe dane obserwacyjne, w połączeniu z danymi hydrograficznymi zebranymi przez IMR, zostaną wykorzystane w celu określenia zmienności przestrzennej i czasowej właściwości AW, w szczególności rozdzielenia strumienia AW między Morze Barentsa a Cieśninę Fram oraz recyrkulacji w Cieśninie Fram. Przekroje hydrograficzne zostaną uzupełnione o pomiary prądów wykonane za pomocą profilującego prądomierza dopplerowskiego LADCP opuszczanego na stacjach pomiarowych oraz prądomierza VMADCP zamontowanego w kadłubie statku i mierzącego w czasie drogi. Dane te zostaną również wyorzystane w modelu inwersyjnym FEMSECT. System CTD będzie wyposażony w czujnik fluorescencji. Zebrane dzięki niemu dane dotyczące chlorofilu, posłużą do walidacji modelu biologicznego. W rejonach występowania dużej aktywności zjawisk mezoskalowych oraz w obrębie stref frontalnych, będą wykonywane dodatkowe przekroje o wysokiej rozdzielczości, wykonywane za pomocą skanującej sondy holowanej CTD (scanfish CTD).

Napływ Wody Atlantyckiej przez Cieśninę Fram do prądu brzegowego Oceanu Arktycznego (Arctic Ocean Boundary Current, AOBC), będzie monitorowany za pomocą dwóch zakotwiczonych systemów pomiarowych, zdeponowanych w rejonie znajdującym się na północ od Svalbardu. W 2012 we współpracy z projektem norweskim A-TWAIN, zostały umieszczone dwa zakotwiczone systemy pomiarowe wyposażone w profilujące urządzenie CTD (MMP, McLane Moored Profiler). W ramach PZ2 zostaną one dodatkowo wyposażone w profilujące dopplerowskie prądomierze akustyczne (ADCP) oraz czujniki CTD (MicroCats), aby lepiej monitorować zmiany właściwości oraz przepływu Wody Atlantyckiej. Dla kontynuacji istniejącej serii czasowej w tych samych miejscach, zostaną zainstalowane dwa kotwiczne systemy pomiarowe (jeden w linii A-TWAIN wzdłuż południka 30°E, drugi w obrębie południka 15°E).

Seria czasowa dotycząca napływu Wody Atlantyckiej do Morza Barentsa, również będzie aktualizowana w ramach projektu PAVE, w obrębie PZ3. Dzięki zastosowaniu profilujących prądomierzy akustycznych (ADCP) poprawiona zostanie jakość istniejących oszacowań transportu AW do Morza Barentsa. Wspólna analiza danych hydrograficznych z monitoringu prowadzonego przez IMR oraz danych z rejsów AREX prowadzonych przez IOPAN, przeprowadzona dla wspólnego okresu pomiarów 1997-2015, umożliwi opis zależności pomiędzy transportem oceanicznym a warunkami hydrograficznymi. Przeprowadzona zostanie również analiza zależności transportu od odziaływań atmosferycznych w oparciu o dane z dostępnych reanaliz i wyników modeli numerycznych. Istnieje kilka modeli diagnostycznych oceanu, które obejmują badany obszar, a kandydatem łatwo dla nas dostępnym jest reanaliza SVIM (PZ4). Została ona niedawno ukończona w ramach projektu SVIM (Czasoprzestrzenne zróżnicowanie śmiertelności oraz rozwoju larw ryb, w ekosystemie Lofoty-Morze Barentsa), model ten zostanie poddany walidacji w czasie projektu PAVE. Symilacja SVIM oparta jest na modelu ROMS o rozdzielczości 4 km. Planowane jest uruchomienie tego modelu w większej rozdzielczości (2 km), wyniki tej symulacji zostaną udostępnione dla projektu PAVE. W PZ5 wyniki modelowe zostaną porównane z danymi obserwacyjnymi zebranymi w PZ2 oraz 3. Uzyskane z modeli pola temperatury, zasolenia oraz prądów oraz ich wymuszenia atmosferyczne będą analizowane w celu określenia dróg transportu oraz transformacji Wody Atlantyckiej. Szczegółowa analiza obejmować będzie serie czasowe strumieni masy, ciepła i soli w Wodzie Atlantyckiej na wybranych. Bardziej zaawansowane metody, takie jak empiryczne funkcję ortogonalne zostaną wykorzystane do wyodrębnienia głównych składowych, opisujących ewolucję w czasie gałęzi transportu AW przez Cieśninę Fram i Morze Barentsa. Zostaną również wyodrębnione główne mody atmosferyczne, odpowiadające za zmienność przepływu AW w różnych gałęziach.

Zmiany w środowisku fizycznym zostaną powiązane ze zmianami dotyczącymi zooplanktonu, a także zintegrowanymi szacunkami biomasy. W PZ4 dla tych badań zostanie wykorzystany sprzężony system modelowania HYCOM-NORWECOM. Wykorzystana zostanie zagnieżdżona konfiguracja modelu, gdzie system TOPAZ (http://topaz.nersc.no/) zapewni warunki brzegowe dla modelu o wysokiej rozdzielczości (3,5 km) dla obszaru Cieśniny Fram. HYCOM jest modelem oceanu zaprojektowanym tak, aby dobrze reprezentował zarówno głęboką, jak również powierzchniową warstwę kolumny wody. HYCOM został połączony z biogeochemicznym modelem NORWECOM i jest obecnie wykorzystywany w projektach badawczych dotyczących Północnego Atlantyku i Morza Norweskiego (np. Hansen i in., 2009). Model NORWECO oparty jest na obiegu azotanów oraz zawiera 3 klasy soli biogenicznych, okrzemki, wiciowce, detrytus, a także zooplankton w dwóch klasach wielkości. Model został zweryfikowany i ulepszony przy użyciu danych in situ z Morza Norweskiego i Barentsa. Do tej pory obserwacje in situ w Cieśninie Fram nie były dostępne, jednak w ramach projektu PAVE PZ6 prowadzona będzie walidacja modelu przy pomocy danych zabranych w PZ2 i PZ3.

Podczas letnich rejsów IO PAN w latach 2013 i 2014, będą pobierane próbki zooplanktonu, z przekrojów obejmujących gradient głębokości, od głębokich części Morza Grenlandzkiego i Norweskiego, do płytszych obszarów szelfowych Morza Barentsa i zachodniego Svalbardu. Istniejące szeregi czasowe danych dotyczących zooplanktonu (1987-2012 w Cieśninie Fram z IOPAS i 1985-2012 na Morzu Barentsa z IMR) zostaną przedłużone o lata 2013-2015. Wydłużona seria czasowa pozwoli wypełnić lukę w naszej wiedzy, dotyczącej pionowej dystrybucji zooplanktonu w tych skomplikowanych systemach, jak również w udziałach drobnej frakcji taksonów Microcalanus, Oithona, Triconia w zbiorowiskach mesozooplanktonu. Koncentracja planktonu będzie również mierzona przy użyciu urządzenia holowanego metodami akustycznymi i optycznymi (Laser Optical Particle Counter, LOPC) w połączeniu z pomiarami CTD o wysokiej rozdzielczości przestrzennej.

Próbki zooplanktonu będą pobierane z poszczególnych warstw wody za pomocą sieci Judy i MPS (o rozmiarze oczek odpowiednio 0,056 i 0.180 mm). Pobór tych próbek będzie rozmieszczany pionowo w sposób odzwierciedlający strukturę hydrograficzną kolumny wody, która zostanie określona na podstawie pomiarów temperatury i zasolenia, wykonanych przed pobraniem próbek siecią. Dla jakościowych i ilościowych analiz zooplanktonu zostanie zastosowana standardowa metodologia. Calanus zostanie zidentyfikowany gatunkowo dla każdego etapu rozwojowego, na podstawie opisu podanego w Kwaśniewski i in. (2003). Znaczenie wpływu czynników środowiskowych na badaną faunę i florę będzie oceniane za pomocą analiz statystycznych danych biologicznych i środowiskowych. Wpływ zmieniającego się napływu Wody Atlantyckiej na różnorodność gatunkową i rozwój widłonoga Calanus będzie oceniany na podstawie porównania składu i struktury demograficznej tego gatunku zooplanktonu. Zależy ona od lokalizacji badań, różniących się właściwościami temperatury i adwekcji, które obserwujemy w poszczególnych gałęziach napływu Wody Atlantyckiej.