Доктор Ола Перссон и другие ученые MOSAiC установили научный инструмент в Центральном Ледовитом океане. Предоставлено: Daisy Dunne для Carbon Brief
В настоящее время в Арктике ведется крупнейшая в мире полярная исследовательская экспедиция. Круглогодичная экспедиция, известная как Многопрофильная дрейфующая обсерватория по изучению арктического климата (мозаичный), в нем участвуют 300 исследователей из 19 стран. С корабля, пойманного в ловушку морского льда, ученые проводят измерения, которые могут помочь трансформировать климатические модели. Научный писатель Carbon Brief Дейзи Данн присоединился к экспедиции в течение первых шести недель осенью 2019 года. Это третья из четырех статей, посвященных экспедиции MOSAiC.
Для судов, плавающих вблизи северного полюса, немногие события представляют больший риск, чем арктический шторм.
Арктические штормы могут вызывать чрезвычайно сильные ветры, которые взбалтывают океан, заставляя волны набухать на несколько метров. Это не только делает жизнь в море невыносимой для моряков, но и затрудняет навигацию по Арктике и ее айсбергам.
Сильный ветер также может прорезать морской лед, заставляя его распадаться и разноситься в разные стороны. Расширяющаяся область исследований предполагает, что влияние штормовых ветров на морской лед может быть сильнее, чем считалось ранее, и потенциально значимо для прогнозов потери льда в будущем.
Также появляются свидетельства того, что арктические штормы могут влиять на погоду вдали от полюсов.
«Короткий ответ - это влияние на средние широты арктических циклонов, но мы не знаем, с какой регулярностью это происходит», - говорит он. Доктор Ола Перссонполярный метеоролог из Национального управления океанических и атмосферных исследований (НОАА).
Перссон - один из 600 человек, участвующих в MOSAiC, крупнейшей из когда-либо предпринятых экспедиций в Арктику. (Carbon Brief недавно присоединился экспедиция в течение первых шести недель.)
В рамках экспедиции Перссон и его коллеги создали множество приборов для измерения различных аспектов арктических штормов - от скорости ветра, который они приносят, до масштаба их воздействия на морской лед.
Сбор таких данных может помочь ответить на ключевые вопросы об арктических штормах, такие как то, как они могут влиять на долгосрочные ледовые и климатические условия и как, если они вообще могут изменяться в ответ на изменение климата.
Витой
Арктические штормы », также называемые арктическими или полярными циклонами, представляют собой системы низкого давления, влияющие на Северный Ледовитый океан и прилегающие к нему участки суши, включая Гренландию, северную Канаду и северную Евразию. Во время арктического шторма воздух движется по спирали против часовой стрелки.
На анимации ниже показано движение арктических штормов по северному полярному региону в 2012 г. рекордно низкий год для морского льда, В анимации движение поверхностных ветров представлено маленькими стрелками, окрашенными в соответствии со скоростью.
Движение летних штормов через Арктику в 2012 году. Фото: NASA / Центр космических полетов Годдарда. Студия научной визуализации.
По словам Перссона, арктические штормы могут образовываться как внутри, так и вне полярного региона. «Некоторые из них, кажется, происходят как циклоны, прибывающие из более низких широт и движущиеся в Арктику. Другие арктические циклоны действительно развиваются в арктическом регионе ».
Штормы, которые берут начало в Арктике, могут возникать, когдатропопауза«- часть атмосферы, которая действует как пограничный слой между тропосферой и стратосферой, - говорит Перссон. «Эти нарушения могут быть очень длительными, и, если условия являются правильными, они, кажется, вызывают циклон низкого уровня».
По сравнению с тропическими штормами (известный как тайфуны or ураганы Персон говорит, что в зависимости от того, где они находятся), было очень мало исследований арктических штормов.
Во многом это связано с тем, что по сравнению со штормами в средних широтах арктические циклоны поражают очень мало людей. Тем не мение, быстрое снижение морского льда облегчает навигацию по Арктике в течение более длительных периодов года. Это, в свою очередь, вызвало благо в обоих коммерческая и туристический деятельность в Арктике - что делает необходимость понимания арктических штормов более актуальной.
Есть также некоторые свидетельства того, что изменение климата может привести к увеличению частоты арктических штормов. Проф Дженни ХатчингсMOSAiC ученый и исследователь динамики морского льда из Университет штата Орегон, «Кажется, что до Арктики наблюдается рост активности циклонов», - рассказывает она Carbon Brief.
Тем не менее, отсутствие исторических данных о арктических штормах затрудняет установление тенденции к росту, говорит Перссон:
«Есть некоторые предположения, что арктические циклоны могут быть более частыми в настоящее время, но проблема в том, что у нас нет большого количества измерений до этого. Возможно, предыдущая более низкая частота, которую мы наблюдали, связана с тем, что наши модели или наши реконструкции прошлого не достаточно полны ».
По словам Перссона, еще одним аспектом арктических штормов, которые еще предстоит выяснить ученым, является их физическая структура.
«Кажется, что арктические циклоны имеют другую структуру, чем циклоны средних широт. В последние два-четыре года были проведены исследования, которые показали, что они имеют вертикальную структуру, которая больше похоже на ураган чем в шторм в средних широтах.
Во время экспедиции MOSAiC он стремится собрать данные о вертикальной структуре арктических штормов. Экспедиция сосредоточена вокруг Polarstern, немецкого ледокола, который был намеренно заморожен в морском льду. Судно будет пассивно дрейфовать со льдом, когда оно будет двигаться на север в течение следующего года.
Карта, показывающая маршрут Полярстерн от его отъезда из Тромсё 20 сентября 2019 года до 85 градусов северной широты в Центральном Ледовитом океане, где он присоединился к льдине 6 октября 2019 года (красный). Соломенная стрелка показывает область, на которой корабль может дрейфовать в течение своего годичного путешествия, которое закончится у пролива Фрам. Кредит: Том Пратер для Carbon Brief
Чтобы изучить структуру арктических штормов, Перссону и его коллегам нужно будет подождать, пока они пройдут над кораблем. Затем они будут собирать данные о штормах, используя ряд инструментов, в том числе метеозонды, которые фиксируют изменения температуры, давления, влажности и ветра. Они также будут использовать специализированные метеорологические радары, которые используют радиоволны для обнаружения изменений в осадках и скорости ветра.
Массив приборов будет проводить измерения на разной высоте в атмосфере во время шторма. Собрав воедино эту информацию, исследователи надеются узнать больше о вертикальной структуре проходящих арктических штормов.
Юрген Грейзер запускает метеозонд на вертолетной палубе Polarstern. 22 сентября 2019 года. Фото: Эстер Хорват
Начать
Помимо изучения структуры арктических штормов, исследователи MOSAiC также попытаются получить представление о том, как они могут воздействовать на морской лед. Перссон говорит:
«В последние несколько лет люди замечали, что когда у нас действительно большой арктический циклон, морской лед исчезает».
Драматический пример этого произошел в 2012, когда Арктика была поражена мощным, медленным штормом в августе. Циклон продолжался почти две недели, принося сильный дождь и 30mph ветры.
В том же году арктический морской лед достиг своего самый низкий уровень на записи. Возможно, что шторм сыграл роль в ускорении быстрого спада на морском льду.
Ученые выдвинули гипотезу, что шторм увеличил потерю льда, заставляя лед расколоться, делая его более уязвимым для таяния По словам исследователей, штормовые ветры, возможно, даже толкали лед в более теплые воды, еще больше усиливая таяние.
Однако другие исследователи утверждают, что шторм сыграл лишь незначительную роль в рекордно низком уровне.
A Исследование В опубликованном в 2013 году анализе воздействия шторма использовалось моделирование климата. Исследователи провели две серии симуляций: одну, отражающую арктические условия в 2012 году, включая августовский шторм, и одну, отражающую условия 2012 года без шторма.
Исследование показало, что в обоих наборах моделей арктический морской лед упал до нового рекордно низкого уровня. Однако в симуляциях, включая шторм, рекордный минимум был установлен примерно на 10 дней раньше, чем в симуляциях без шторма.
Полученные данные свидетельствуют о том, что другие факторы были более важны для рекордно низкой ледовой обстановки, наблюдавшейся в 2012 году, говорят исследователи. Например, в тот год летние температуры в Арктике были выше средних, а ледяной покров в основном состоял из «первогодний лед- молодой лед, который более склонен к таянию.
Изменения протяженности арктического морского льда в возрасте менее одного года (светло-голубой) по сравнению со льдом в возрасте четырех лет и старше (темно-синий) с течением времени. Степень показана за ту же неделю (22-28 октября) с 1985-2019 гг. Источник данных: Национальный центр данных по снегу и льду. График по Carbon Brief с использованием Highcharts
Хотя исследование помогло пролить свет на циклон 2012 года, истинное воздействие арктических штормов на морской лед остается в значительной степени неизвестным. «Мы смотрели только на одну большую бурю» — сказал соавтор исследования Доктор Рон ЛиндсейС Университет Вашингтона в 2013 году. «Если мы хотим понять, как бури будут влиять на ледяной покров в будущем, нам нужно понять влияние штормов в различных условиях».
Одной из целей исследования экспедиции MOSAiC является изучение воздействия арктических штормов на морской лед в течение целого года в широком диапазоне условий.
В радиусе 50 км от главного ледового лагеря MOSAiC ученые установлен сеть плавучих исследовательских станций. Эти станции являются домом для ряда приборов, которые в течение следующего года будут проводить почти непрерывные измерения изменений в атмосфере, морском льде и океане.
Один из этих инструментов, гигантские металлические сани созданная Перссоном и его коллегами, будет использоваться для изучения арктических штормов. Санки покрыты различным оборудованием, измеряющим изменения в атмосфере.
Самым важным элементом комплекта для наблюдения за проходящими арктическими штормами является «звуковой анемометр» - прибор, торчащий сбоку от саней, который использует звуковые волны для измерения изменений скорости и направления ветра.
Доктор Ола Перссон и его коллега прикрепляют звуковой анемометр к научному инструменту в Центральном Ледовитом океане. Предоставлено: Daisy Dunne для Carbon Brief
Санки также оснащены усовершенствованной системой GPS, которая позволяет исследователям в режиме реального времени отслеживать местонахождение льдин.
Используя эти инструменты, исследователи планируют отслеживать скорость и силу ветра во время штормов, а также то, заставляют ли эти ветры разрываться на части и двигаться в разных направлениях.
«Будем надеяться, что мы сможем составить карту реакции льда во время циклона и посмотреть, вызывает ли сильный ветер, вызванный циклонами, лед, расходящийся», - говорит Хатчингс.
Исследование рискованно. Особенно сильный шторм может привести к тому, что морской лед расколется надвое или полностью распадется, в результате чего инструменты исследователей упадут в океан.
«Это будет интересно посмотреть, какие льдины выживут, а какие нет», - говорит он. Доктор Томас КрампенИсследователь морского льда из AWI и руководитель совместного круиза на борту Академик Федоров.
Измерения, проведенные до конца экспедиции в сентябре 2020 года, могли бы пролить свет на воздействие арктических штормов на ледяной покров.
Штормы в бегах
Одна из причин, по которой ученые MOSAiC стремятся собрать данные о арктических штормах, заключается в том, что некоторые данные свидетельствуют о том, что они могут влиять на климатические условия вдали от полюсов.
Это потому, что при определенных условиях кажется, что арктическая погода может ускользнуть от полярного региона и спуститься в средние широты, говорит Перссон.
Пример этого произошел в начале 2019 года, когда части США и Канады были поражены экстремальное похолодание что послало температуру стремительно падает до -17C и ниже.
Человек выкапывает красный автомобиль Chevrolet со стоянки снега по утрам. Торонто, Канада. 29 января 2019 года. Кредит: Торонтский / Alamy Stock Photo
Хотя наука еще не уверенаКажется, что арктические штормы могут перемещаться из Арктики в средние широты, когда встратосферный полярный вихрь”- метеорологическая система низкого давления, расположенная примерно в 50 км над Арктикой.
При возмущении полярный вихрь может ослабнуть, позволяя холоду, который он обычно содержит, вылиться в средние широты. «[Это] приносит много прохладного воздуха и вызывает множество штормов и снегопадов», - говорит Перссон.
Диаграмма ниже демонстрирует, как ослабленный полярный вихрь может позволить холодной арктической погоде сбежать с северного полюса.
Наука о полярном вихре. Кредит: NOAA
Хотя в средних широтах в последние годы произошло несколько заметных похолоданий, еще не ясно, становятся ли такие события более вероятными, говорит Перссон.
Собирая данные о движении арктических штормов в ходе MOSAiC, он надеется лучше понять, как часто они выезжают за пределы Арктики. «Короткий ответ - это влияние на средние широты арктических циклонов, но мы не знаем, с какой регулярностью это происходит».
Об авторе
Дейзи Данн была одной из пяти журналистов, отобранных для освещения MOSAiC. Ее расходы после отъезда из Тромсо были покрыты Институтом Альфреда Вегенера, который организовал экспедицию.
Эта статья первоначально появилась на Карбон Бриf
Книги по этой теме
Изменение климата: что нужно знать каждому
Джозеф Ромм
Основной учебник о том, что будет определяющим вопросом нашего времени, Изменение климата: всем нужно знать® Это ясный обзор науки, конфликтов и последствий нашей потепления планеты. От Джозефа Ромма, главного научного советника National Geographic Годы опасной жизни серия и один из Rolling Stone "100 люди, которые меняют Америку" Изменение климата предлагает удобные для пользователя, строгие с научной точки зрения ответы на самые сложные (и обычно политизированные) вопросы, связанные с тем, что климатолог Лонни Томпсон посчитал «явной и существующей опасностью для цивилизации». Доступно на Amazon
Изменение климата: наука о глобальном потеплении и будущее нашей энергии, второе издание
Джейсон Смердон
Это второе издание Изменение климата является доступным и всеобъемлющим руководством по науке о глобальном потеплении. Изящно проиллюстрированный, текст ориентирован на студентов на разных уровнях. Эдмонд А. Матез и Джейсон Э. Смердон дают широкое, информативное введение в науку, которая лежит в основе нашего понимания климатической системы и влияния человеческой деятельности на потепление нашей планеты. Матез и Смердон описывают роли, которые атмосфера и океан играть в нашем климате, представить концепцию радиационного баланса и объяснить климатические изменения, которые произошли в прошлом. В них также подробно описываются виды деятельности человека, которые влияют на климат, такие как выбросы парниковых газов и аэрозолей и вырубка лесов, а также последствия природных явлений. Доступно на Amazon
Наука об изменении климата: практический курс
Блэр Ли, Алина Бахманн
Наука об изменении климата: практический курс использует текст и восемнадцать практических заданий объяснить и научить науке о глобальном потеплении и изменении климата, о том, как люди несут ответственность, и что можно сделать, чтобы замедлить или остановить скорость глобального потепления и изменения климата. Эта книга является полным, всеобъемлющим руководством по важной экологической теме. Предметы, рассматриваемые в этой книге, включают: как молекулы передают энергию от солнца для нагревания атмосферы, парниковые газы, парниковый эффект, глобальное потепление, промышленная революция, реакция горения, петли обратной связи, связь между погодой и климатом, изменение климата, поглотители углерода, вымирание, углеродный след, переработка и альтернативная энергетика. Доступно на Amazon
От издателя:
Покупки на Amazon идут, чтобы покрыть стоимость привлечения вас InnerSelf.comelf.com, MightyNatural.com, и ClimateImpactNews.com бесплатно и без рекламодателей, которые отслеживают ваши привычки просмотра. Даже если вы нажмете на ссылку, но не купите эти выбранные продукты, все остальное, что вы купите в этом же посещении Amazon, платит нам небольшую комиссию. Никаких дополнительных затрат для вас нет, поэтому, пожалуйста, внесите свой вклад. Вы также можете воспользоваться этой ссылкой использовать в Amazon в любое время, чтобы вы могли помочь поддержать наши усилия.
