Die Grundlage moderner Ozean- und Meereisforschung sind immer weiter entwickelte und zugleich stärker automatisierte Messmethoden, die es erlauben von klassischen Punktmessungen bei Stationen zu zeitlich und räumlich hochaufgelösten Datensätzen für eine Vielzahl von Beobachtungen von Physik, Chemie und Biologie zu gelangen. Zugleich ist es jedoch auch unabdingbar die Qualität der einzelnen Messungen beizubehalten und dafür zu sorgen, dass Messungen mit neuen Instrumenten mit den klassischen Methoden vergleichbar sind. Seit gut zwei Jahren unterstützt die Helmholtz-Gemeinschaft das Infrastrukturprogramm FRAM, welches es uns ermöglicht verschiedene neue Messsysteme zu entwickeln und zu modernen Observatorien zu kombinieren. Während PS101 testen wir diese Systeme unter Realbedingungen und vergleichen die Ergebnisse mit denen etablierter Methoden. Inzwischen ist auch das Forschungsschiff Polarstern selbst durch „underway“ Messungen zu einer komplexen Messplattform ausgebaut worden, die mit verschiedenen Sensoren bis hin zu einer automatischen Filtrationseinheit eine Vielzahl biologischer und geochemischer Parameter entlang der gesamten Fahrstrecke erfasst. Für die Meereisuntersuchungen wurde ein neuer Tauchroboter, das Untereis-ROV (remotely operated vehicle) „Beast“, mit einer Vielzahl an Sensoren ausgestattet; während zeitgleich ähnliche Sensorik in autonomen Messsystemen wie Bojen und Verankerungen in Eis und Ozean integriert wird. Die Eisbojen driften auch nach Abschluss unserer Arbeiten weiter durch den arktischen Ozean und senden eine Vielzahl von Daten über Satellitenkommunikation. Während unserer Fahrt durch das Meereis erhalten wir sehr viel Unterstützung durch das neue Eisinformationssystem (IceGIS) an Bord, das die Navigation und Entscheidungsfindung bei komplizierten Eis- und Sichtbedingungen deutlich verbessert.

Ein weiterer wichtiger Bestandteil unserer Arbeit an Bord ist das Ausbringen von Bojen, die die Atmosphäre, den Schnee, das Meereis und den Ozean über die kommenden Monate beobachten. Auch hier setzen wir auf aktuelle Neu- und Weiterentwicklungen, die neue genauere Sensoren sowie verschiedene interdisziplinäre Sensorik zum Einsatz bringen. Diese Bojen speisen ihre Daten unmittelbar nach Erhebung in internationale Messnetzwerke ein und tragen so z.B. zu täglichen Wettervorhersagen bei. Zeitgleich empfangen wir die Positionsdaten auch auf Polarstern, so dass diese unmittelbar im IceGIS für die Driftvorhersage genutzt werden können.

Nur wenige Schiffe können Eis brechen, daher war ein Großteil der Arktis bisher unzugänglich und unerforscht. Es ist kaum möglich, auf der für Schiffe relevanten lokalen Skala der Navigation genau vorher zu sagen, wie sich die Drift dicker und dünner Eisschollen durch Wind und Gezeiten verhält und welcher Weg durchs Eis schnelle Fahrt oder das zügige Erreichen bestimmter Stationen erlaubt.  Daher wird auf dieser Expedition ein neues Geoinformatisches System „IceGIS“ zur Beobachtung und Vorhersage der Eisdrift und Navigation durchs Eis erprobt. Denn auf der PS101 setzt ein Großteil der Messungen in der Wassersäule und am Meeresboden eine besonders gute Kenntnis des Meereises und seiner Drift voraus. Sind die Forschungsgeräte einmal am Draht im Wasser, ist Eisbrechen nicht mehr möglich. Das Schiff treibt dann mit den Eisschollen, doch es gilt, mit verschiedenen Instrumenten Messpunkte in der Größe eines Fußballfelds in Tiefen von bis zu 3500m zu treffen. Das IceGIS unterstützt dieses schwierige Unterfangen, in dem es Satellitenbilder sowie Bojendaten, Radaraufnahmen und Modellvorhersagen von Meereis abbildet, die aus verschiedenen Quellen so zeitnah wie eben möglich an Bord bereitgestellt werden. Zusätzlich wird die Drift des Schiffes im Eis mit Hilfe verschiedener Modelle an Bord simuliert und gemeinsam mit den Model- und Satellitendaten im IceGIS dargestellt. Durch eine Kombination dieser verschiedener Informationen erhöhen sich die Erfolgschancen der Operationen im Eis, wertvolle Schiffszeit kann künftig effizienter genutzt und Ressourcen geschont werden.