了解变化的北极风暴的影响

了解变化的北极风暴的影响 Ola Persson博士和MOSAiC的其他科学家在北冰洋中部建立了科学仪器。 图片提供:Daisy Dunne的Carbon Brief

目前,全球最大的极地研究探险队正在北极进行。 长达一年的探险活动,被称为“北极气候研究多学科漂流观测站”(镶嵌),涉及来自300个国家/地区的19名研究人员。 科学家正在从困在海冰中的船上进行测量,这可能有助于改变气候模型。 Carbon Brief的科学作家 黛西邓恩 在2019年秋天的前六周加入了该探险活动。这是有关MOSAiC探险活动的四篇文章中的第三篇。

对于在北极附近航行的船只,很少有事件会带来比北极风暴更大的风险。

北极风暴会释放出极高的风,将海洋搅动,使海浪膨胀数米。 这不仅使水手无法忍受海上生活,而且使北极及其冰山的航行更具挑战性。

强风还会撕破海冰,使其破裂并向不同方向移动。 越来越多的研究领域表明,暴风对海冰的影响可能比以前认为的要大,并且对于未来冰的损失预测可能具有重大意义。

也有新的证据表明北极风暴可能影响两极以外的天气。

“简短的答案是北极旋风对中纬度有一定影响,但我们不知道会发生什么规律性,” 奥拉·珀森博士是美国国家海洋和大气管理局(National Oceanic and Atmospheric Administration)的极地气象学家(NOAA).

佩尔森(Persson)是参加MOSAiC的600人之一,这是有史以来最大的北极研究探险。 (碳简介 近期加入 前六周的探险。)


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作为这次探险的一部分,Persson和他的同事们建立了一系列仪器来测量北极风暴的各个方面-从它们带来的风速到对海冰影响的规模。

收集此类数据可以帮助回答有关北极风暴的关键问题,例如它们如何影响长期的冰和气候条件,以及(如果有的话)它们如何响应气候变化而变化。

扭曲

北极风暴”(也称为北极或极地旋风)是一种低压系统,会影响北冰洋及其附近的陆地,包括格陵兰,加拿大北部和欧亚大陆北部。 在北极风暴中,空气逆时针旋转。

下图显示了2012年北极风暴在整个北极地区的运动- 海冰创纪录的一年。 在动画中,表面风的运动由根据速度着色的小箭头表示。

2012年夏季风暴在北极的移动。图片来源:NASA / Goddard太空飞行中心科学可视化工作室

珀森说,北极风暴可能在极地地区内外形成。 “其中一些似乎起源于来自低纬度地区并进入北极的气旋。 北极地区似乎确实正在发展其他北极气旋。”

当“对流顶层佩尔森说:–大气的一部分是对流层与平流层之间的边界层。 “这些干扰可能会长期存在,如果条件合适,它们似乎会引发低水平的旋风。”

与热带风暴(称为 台风 or 飓风 Persson说,根据发现地点的不同,对北极风暴的研究很少。

这主要是因为与中纬度风暴相比,北极气旋影响的人很少。 然而, 海冰迅速下降 使北极在一年中的较长时期内更容易导航。 反过来,这在两个方面都带来了福音 商业的游客 北极的活动–迫切需要了解北极风暴。

说,还有一些证据表明气候变化可能使北极风暴更加频繁。 詹妮·哈钦斯教授是MOSAiC的科学家和海冰动力学研究人员 俄勒冈州立大学。 她告诉Carbon Brief,“直到北极,旋风活动似乎有所增加。”

不过,Persson说,由于缺乏北极风暴的历史数据,因此很难确定是否存在上升趋势。

“有人建议,北极旋风现在可能会更频繁,但是问题是,我们以前没有进行过很多测量。 也许我们之前观察到的频率较低是由于我们的模型或对过去的重建还不够完整。”

佩尔森说,科学家尚未清楚了解北极风暴的另一方面是它们的物理结构:

北极旋风似乎与中纬度旋风的结构不同。 在过去的两到四年中,有一些研究表明它们具有垂直结构,即 更类似于飓风 而不是中纬度风暴。”

在MOSAiC考察期间,他旨在收集有关北极风暴垂直结构的数据。 这次探险集中在Polarstern(德国破冰船)上,该破冰船被故意冻结在海冰中。 明年,随着冰向北移动,该船将随冰块被动漂移。

了解变化的北极风暴的影响

该地图显示了Polarstern从20年2019月85日从特罗姆瑟出发到北冰洋中部以北约6度的路线,并于2019年XNUMX月XNUMX日将其附着在一块浮冰上(红色)。 茅草的箭头表示该船在长达一年的旅程中可能会漂移的区域,该区域将在弗拉姆海峡附近结束。 图片提供:Tom Prater,Carbon Brief

为了研究北极风暴的结构,Persson和他的同事将需要等待它们越过船只。 然后,他们将使用一系列仪器(包括气象气球)收集有关风暴的数据,这些仪器可捕获大气温度,压力,湿度和风的变化。 他们还将使用专用的天气雷达,该雷达使用无线电波检测降水量和风速的变化。

暴风雨期间,这一系列仪器将在大气的不同高度进行测量。 通过汇集这些信息,研究人员希望能更多地了解北极风暴的垂直结构。

了解变化的北极风暴的影响 于尔根·格雷瑟(Juergen Graeser)在Polarstern直升机甲板上发射了一个气象气球。 22年2019月XNUMX日。提供者:Esther Horvath

破冰

除了研究北极风暴的结构外,MOSAiC的研究人员还将尝试了解它们如何影响海冰。 佩尔森说:

“过去几年,人们一直注意到,当我们有一个非常大的北极气旋时,海冰消失了。”

一个典型的例子是 2012,八月份,北极被一场强劲而缓慢的风暴袭击。 旋风持续了近两个星期,带来了大雨和 30mph 风。

那年,北极海冰达到了 最低级别 记录在案。 风暴可能会导致海冰迅速下滑。

科学家认为,暴风雨会导致冰破裂,使冰更容易融化,从而加剧了冰的流失。 研究人员说,暴风雨甚至将冰推入较温暖的水域,进一步促进了融化。

但是,其他研究人员则认为,风暴在创纪录的低点中仅起到了次要作用。

A 研究 2013年发表的论文使用气候模型分析了风暴的影响。 研究人员进行了两组模拟:一组模拟了2012年包括八月风暴的北极条件,另一种反映了没有风暴的2012年条件。

研究发现,在两组模拟中,北极海冰均降至新的纪录低点。 但是,在包括风暴在内的模拟中,记录的最低值比没有风暴时的模拟要早10天左右。

研究人员说,这些发现表明,其他因素对于2012年创纪录的低冰状况更为重要。 例如,当年北极夏季的温度比平均温度高,而冰袋的温度主要是“第一年的冰” –更容易融化的年轻冰块。

随着时间的流逝,北极海冰的年龄范围小于一年(浅蓝色)到四年以上的冰层(深蓝色)。 显示了22-28年同一周(1985月2019-XNUMX日)的范围。 数据来源:美国国家冰雪数据中心。 碳简图使用Highcharts绘制

尽管这项研究有助于阐明2012年的飓风,但北极风暴对海冰的真正影响仍然未知。 “我们只看着一场大风暴,” 说过 研究合著者 罗恩·林赛博士, 来自 华盛顿大学 2013年。“如果我们想了解暴风雨将来将如何影响冰盖,我们需要了解暴风雨在不同条件下的影响。”

MOSAiC远征队的一项研究目标是,在各种条件下研究北极风暴对整年海冰的影响。

在MOSAiC主要冰场周围50公里的半径内,科学家 安装 浮动研究站网络。 这些站是一系列仪器的所在地,明年将对大气,海冰和海洋的变化进行近乎连续的测量。

这些工具之一, 巨型金属爬犁 Persson和他的同事们建立的系统将用于研究北极风暴。 爬犁由测量大气变化的各种设备覆盖。

监测通过的北极风暴的套件中最重要的一点是“声速风速计”-一种从雪橇侧面伸出的仪器,该仪器使用声波来测量风速和风向的变化。

了解变化的北极风暴的影响 奥拉·佩尔森(Ola Persson)博士和一位同事在北冰洋中央将一台风速仪连接到一台科学仪器上。 图片提供:Daisy Dunne的Carbon Brief

该雪橇还具有先进的GPS系统,使研究人员可以实时跟踪浮冰的位置。

研究人员计划使用这些仪器来监视暴风雨期间的风速和强度,以及这些风是否会导致海冰破裂并向不同方向移动。

Hutchings说:“我们有望能够绘制出旋风期间冰的响应,并查看旋风带来的强风是否会导致冰发散。”

研究是有风险的。 一场特别严重的风暴可能导致海冰一分为二或完全破裂,从而使研究人员的仪器掉入海洋。

“那将是很有趣的发现,哪些浮冰最终可以生存,而哪些则不会,” 托马斯·克鲁彭博士是AWI的海冰研究员,也是Akademik Fedorov的共同巡航负责人。

直到2020年XNUMX月探险队结束之前进行的测量,有望使北极风暴对冰盖的影响更加清晰。

暴风雨中奔跑

MOSAiC科学家热衷于收集北极风暴数据的原因之一是,一些证据表明,它们可能会影响两极以外的气候条件。

佩尔森说,这是因为在某些条件下,北极地区的天气似乎可以逃离极地地区并向下进入中纬度地区。

其中一个例子发生在2019年初,当时美国和加拿大的部分地区遭到 极度寒冷 导致温度骤降 -17C 及以下。

了解北极风暴的影响 一个人在早上从停车场积雪中挖出一辆红色雪佛兰汽车。 加拿大多伦多。 29年2019月XNUMX日。信用: 多伦多人 / Alamy库存照片

虽然 科学还不确定,似乎当北极地区的“干扰”发生时,“北极风暴”可能会从北极移出并进入中纬度地区。平流层极涡” –低压气象系统,位于北极上方50公里左右。

受到干扰时,极地涡旋可能会减弱,从而使通常包含的寒冷天气散布到中纬度地区。 “ [这]带来了很多凉爽的空气,并引发了许多风暴和降雪,” Persson说。

下图显示了减弱的极地涡旋如何使北极的寒冷天气从北极逃脱。

了解变化的北极风暴的影响 极地涡旋背后的科学。 信用:NOAA

珀尔森说,尽管近年来中纬度地区出现了几次明显的寒潮,但目前尚不清楚这种事件是否会变得越来越可能。

他希望通过收集有关MOSAiC期间北极风暴运动的数据,以期更好地了解它们离开北极的频率。 “简短的答案是北极飓风对中纬度有一定影响,但我们不知道会发生什么规律性。”

关于作者

黛西·邓恩(Daisy Dunne)是被选中对MOSAiC进行报道的五名记者之一。 她离开特罗姆瑟的费用由组织探险队的阿尔弗雷德·韦格纳研究所负担。

这篇文章最初出现在 碳布里f

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