Д-р Ола Перссон та інші вчені MOSAiC створили науковий інструмент у Центральному Льодовитому океані. Кредит: Дейзі Данн для Carbon Brief

Наразі найбільша в світі полярна дослідна експедиція в Арктиці. Багаторічна експедиція, відома як Мультидисциплінарна дрейфувальна обсерваторія з вивчення арктичного клімату (MOSAiC), бере участь 300 дослідників з 19 країн. З корабля, захопленого морським льодом, вчені проводять вимірювання, які могли б допомогти перетворити кліматичні моделі. Письменник-наукознавець "Карбон Бриф" Дейзі Данн приєднався до експедиції протягом своїх перших шести тижнів восени 2019 року. Це третя з чотирьох статей, присвячених експедиції MOSAiC.

Для кораблів, що плавають близько до північного полюса, мало подій становлять більші ризики, ніж буря Арктики. 

Арктичні бурі можуть розігнати надзвичайно сильний вітер, який відбиває океан, викликаючи набухання хвиль на кілька метрів. Це не тільки робить життя в морі нестерпним для моряків, але і робить навігацію Арктикою - та її айсбергами - більш складною.

Сильний вітер також може розірвати морський лід, змусивши його розірватися і зсунутися в різні боки. Зростаюче поле досліджень припускає, що вплив штормових вітрів на морський лід може бути більшим, ніж вважалося раніше - і потенційно важливим для прогнозів майбутніх втрат льоду.

Також є нові свідчення того, що арктичні бурі можуть впливати на погоду далеко від полюсів.

"Коротка відповідь - чи є деякий вплив на середні широти арктичних циклонів, але ми не знаємо, з якою закономірністю це відбувається", - каже Д-р Ола Перссон, полярний метеоролог з Національної океанічної та атмосферної адміністрації (NOAA).

Перссон - один із 600 осіб, які беруть участь у MOSAiC, найбільшій арктичній дослідницькій експедиції, що колись робилася. (Вуглецевий короткий виклад нещодавно приєднався експедиція протягом перших шести тижнів.)

У рамках експедиції Перссон та його колеги створили безліч інструментів для вимірювання різних аспектів арктичних штормів - від швидкості вітрів, які вони наносять до масштабів їх впливу на морський лід.

Збір таких даних може допомогти відповісти на ключові питання про арктичні бурі, як, наприклад, як вони можуть впливати на довгострокові ожеледиця та кліматичні умови, і як вони взагалі можуть змінитись у відповідь на зміни клімату.

Вітою

Арктичні бурі ”- також їх називають арктичними або полярними циклонами - це системи низького тиску, які впливають на Північний Льодовитий океан та сусідні маси суші, включаючи Гренландію, північ Канади та північ Євразії. В арктичну шторм повітря спіралі проти годинникової стрілки.

Анімація нижче показує рух арктичних штормів по північній полярній області в 2012 році - а рекордно низький рік для морського льоду. В анімації рух поверхневих вітрів представлений невеликими стрілками, забарвленими відповідно до швидкості.

Рух літніх штормів через Арктику в 2012 році. Кредит: НАСА / Центр космічних польотів «Годдард»

Арктичні бурі можуть утворюватися як у полярній області, так і поза нею, каже Перссон. "Деякі з них, здається, походять як циклони, що надходять з нижніх широт і переходять в Арктику. Інші арктичні циклони, здається, розвиваються в арктичному регіоні ».

Бурі, що зароджуються в Арктиці, можуть утворитися, коли є порушення в "тропопауза”- частина атмосфери, яка виступає в якості прикордонного шару між тропосферою і стратосферою, говорить Перссон. "Ці порушення можуть бути дуже довготривалими, і, якщо умови є правильними, вони можуть викликати циклон низького рівня".

У порівнянні з тропічними бурями (відомий як тайфуни or урагани Персон вважає, що залежно від місця їх знаходження) було дуже мало досліджень арктичних штормів.

Це багато в чому тому, що в порівнянні з штормами середньої широти, арктичні циклони вражають дуже мало людей. Однак, швидкий спад морського льоду робить Арктику простішою в навігації протягом довших періодів року. Це, в свою чергу, викликало добро в обох комерційний та туристичний діяльність в Арктиці - зробивши необхідність розуміння арктичних штормів більш нагальним.

Також є деякі свідчення того, що зміни клімату можуть посилити арктичні бурі Професор Дженні Хетчінгс, науковець MOSAiC та дослідник динаміки морського льоду з Університет штату Орегон. "Здається, зростає активність циклонів аж до Арктики", - розповідає вона Carbon Brief.

Однак, відсутність історичних даних про арктичні бурі ускладнює встановлення, чи є тенденція до зростання, говорить Персон:

"Існує думка, що арктичні циклони зараз можуть частішати, але проблема полягає в тому, що ми не маємо давно багато вимірювань. Можливо, попередня нижча частота, яку ми спостерігали, пов'язана з тим, що наші моделі або наші реконструкції минулого недостатньо завершені ».

Персон вважає, що ще один аспект арктичних штормів, про який вчені ще мають чітке уявлення, - це їх фізична структура.

«Арктичні циклони, схоже, мають іншу структуру, ніж циклони середньої широти. Протягом останніх двох-чотирьох років було проведено декілька досліджень, які свідчать про те, що вони мають вертикальну структуру більше схожий на ураган ніж серед штор середньої широти. "

Під час експедиції MOSAiC він прагне зібрати дані про вертикальну структуру арктичних штормів. Експедиція зосереджена навколо Полярстерну, німецького криголама, який навмисно замерз у морському льоду. Судно буде пасивно плисти з льодом, коли воно рухатиметься на північ протягом наступного року.

Карта, що показує маршрут Полярстерна від його відправлення з Тромсо 20 вересня 2019 року до близько 85 градусів на північ у Центральному Північному Льодовитому океані, де 6 жовтня 2019 року він приєднався до криги (червоний). Солом’яна стрілка ілюструє територію, через яку корабель міг би проїхати протягом своєї багаторічної подорожі, яка закінчиться біля протоки Фрам. Кредит: Том Пратер для Carbon Brief

Для того, щоб вивчити будову арктичних штормів, Перссону та його колегам потрібно буде почекати, коли вони перейдуть над кораблем. Потім вони збиратимуть дані про бурі, використовуючи ряд інструментів, включаючи повітряні кулі, які фіксують зміни атмосферної температури, тиску, вологості та вітру. Вони також використовуватимуть спеціалізовані радари погоди, які використовують радіохвилі для виявлення змін опадів та швидкості вітру.

Масив інструментів буде проводити вимірювання на різній висоті в атмосфері під час шторму. Складаючи разом цю інформацію, дослідники сподіваються дізнатись більше про вертикальну структуру минулих арктичних штормів.

Юрген Грейзер запускає повітряну кулю на вертолітній палубі Polarstern. 22 вересня 2019. Кредит: Естер Хорват

Ламати лід

Окрім дослідження будови арктичних штормів, дослідники MOSAiC також спробують скласти уявлення про те, як вони можуть впливати на морський лід. Перссон каже:

"Те, що люди помічали в останні кілька років, - це те, що коли у нас справді великий арктичний циклон, морський лід зникає".

Драматичний приклад цього стався в Росії 2012, коли Арктику в серпні вразила потужна, повільна буря. Циклон тривав майже два тижні, приносячи сильний дощ і 30mph вітри.

Того року арктичний морський лід досяг свого найнижчий рівень на запис. Цілком можливо, що шторм зіграв роль у швидкому спаді морського льоду.

Вчені висунули гіпотезу, що буря посилила втрати льоду, спричинивши розбиття льоду, зробивши його більш вразливим до танення. Бурхливі вітри, можливо, навіть штовхнули лід у тепліші води, що ще більше посилило танення, кажуть дослідники.

Однак інші дослідники стверджують, що буря відігравала лише незначну роль у рекордно низькому рівні.

A вчитися опублікований в 2013 році проаналізовано вплив бурі за допомогою кліматичного моделювання. Дослідники провели два набори моделювання: один дзеркальний арктичний стан у 2012 році з включеним серпневим штормом та один дзеркальний 2012 рік без шторму.

Дослідження виявило, що в обох наборах симуляцій арктичний морський лід впав до нового рекордно низького рівня. Однак у симуляціях, включаючи шторм, рекордно низький показник був встановлений приблизно на 10 днів раніше, ніж у симуляціях без шторму.

Результати свідчать про те, що інші фактори були важливішими для рекордно низьких крижаних умов, які спостерігались у 2012 році, зазначають дослідники. Наприклад, того року арктичні літні температури були теплішими за середні показники, і крижаний мішок складався здебільшого з «лід першого року”- молодий лід, більш схильний до танення.

Зміни обсягу арктичного морського льоду віком менше одного року (світло-блакитний) до льоду віком від чотирьох років і старше (темно-синій) з часом. Обсяг показаний за той же тиждень (22-28 жовтня) з 1985-2019 років. Джерело даних: Національний центр даних щодо снігу та льоду. Діаграма по Carbon Brief з використанням Highcharts

Хоча дослідження допомагало пролити світло на циклон 2012 року, справжній вплив арктичних штормів на морський лід залишається майже невідомим. "Ми дивилися лише на одну велику бурю", сказав співавтор дослідження Д-р Рон ЛіндсейЗ Університет Вашингтона у 2013 році. "Якщо ми хочемо зрозуміти, як шторми впливатимуть на крижаний покрив у майбутньому, нам потрібно зрозуміти вплив штормів в різних умовах".

Однією з цілей дослідження експедиції MOSAiC є вивчення впливу арктичних штормів на морський лід протягом цілого року, при величезному діапазоні умов.

В радіусі 50 км навколо головного льодового табору MOSAiC вчені встановлений мережа плавучих науково-дослідних станцій. Ці станції є домом для серії інструментів, які протягом наступного року будуть проводити майже безперервні вимірювання змін атмосфери, морського льоду та океану.

Один із таких інструментів, a гігантські металеві санки Персон та його колеги, створені Персоном, будуть використані для вивчення арктичних штормів. Санки вкриті різними елементами обладнання, що вимірюють зміни атмосфери.

Найважливішим елементом набору для спостереження за проходячими арктичними бурями є "звуковий анемометр" - прилад, що стирчить з боку санок і використовує звукові хвилі для вимірювання змін швидкості та напрямку вітру.

Д-р Ола Перссон та його колега приєднують звуковий анемометр до наукового приладу в Центральному Льодовитому океані. Кредит: Дейзі Данн для Carbon Brief

У санях також є вдосконалена система GPS, яка дозволяє дослідникам відстежувати розташування крижин у режимі реального часу.

Використовуючи ці прилади, дослідники планують контролювати швидкість та силу вітрів під час штормів - і чи не спричиняють ці вітри морський лід, що розпадається та рухається в різних напрямках.

"Ми сподіваємось, що зможемо скласти карту реакції льоду під час циклону і побачити, чи сильний вітер, принесений циклонами, змушує лід розходитися", - каже Хатчінгс.

Дослідження є ризикованим. Особливо сильний шторм може призвести до того, що морський лід розколоться навпіл або розпадеться повністю, внаслідок чого інструменти дослідників впадуть в океан.

"Це те, що буде цікаво подивитися, які крижини виживають врешті-решт, а які ні", - каже Д-р Томас Крумпен, дослідник морського льоду від AWI та лідер спільного круїзу на борту Академіка Федорова.

Вимірювання, проведені до кінця експедиції у вересні 2020 року, можуть сподіватися пролити більше світла на вплив арктичних штормів на крижаний покрив.

Бурі на ходу

Однією з причин того, що вчені MOSAiC прагнуть збирати дані про арктичні бурі, - це те, що деякі дані свідчать про те, що вони можуть впливати на кліматичні умови подалі від полюсів.

Це тому, що, за певних умов, здається, що арктична погода може втекти від полярного регіону і проникнути в середні широти, каже Перссон.

Приклад цього стався на початку 2019 року, коли частини США та Канади зазнали удару сильне похолодання які посилали температуру на спад -17C і нижче.

Чоловік викопує червоний автомобіль Chevrolet з снігу на парковці вранці. Торонто, Канада. 29 січня 2019. Кредит: Торонтонський / Alamy Stock Photo

Хоча це наука ще не визначена, здається, що арктичні бурі можуть переміститися з Арктики і в середні широти, коли буде порушено “стратосферний полярний вихор”- погодна система низького тиску, яка знаходиться приблизно в 50 км над Арктикою.

Порушившись, полярний вихор може ослабнути - дозволяючи холодній погоді, яка зазвичай міститься, виливатися в середні широти. "[Це] приносить багато прохолодного повітря і спричиняє багато штормів та снігопадів", - говорить Перссон.

На діаграмі нижче показано, як ослаблений полярний вихор може дозволити холодній арктичній погоді втекти з північного полюса.

Наука за полярним вихором. Кредит: NOAA

Незважаючи на те, що в середніх широтах за останні роки спостерігається кілька помітних простудних захворювань, поки не ясно, чи стають такі події більш імовірними, каже Перссон.

Збираючи дані про рух арктичних штормів протягом курсу MOSAiC, він сподівається отримати краще розуміння того, як часто вони виїжджають з Арктики. "Коротка відповідь - чи є певний вплив на середні широти арктичних циклонів, але ми не знаємо, з якою закономірністю це відбувається".

про автора

Дейзі Данн була однією з п’яти журналістів, відібраних для звітування про MOSAiC. Її витрати після виходу з Тромсо були покриті Інститутом Альфреда Вегенера, який організував експедицію.

Ця стаття спочатку з'явилася Карбон Бріf

Суміжні книги

Зміна клімату: що потрібно знати усім

Джозеф Ромм
Найважливіший буквар щодо того, що буде визначальним питанням нашого часу, Зміна клімату: що потрібно знати усім® це чіткий огляд науки, конфліктів та наслідків нашої планети, що потеплішає. Від Джозефа Ромма, головного наукового радника National Geographic's Роки життя небезпечно серіал та один із "100 людей, які змінюють Америку" Rolling Stone " Зміна клімату пропонує корисні для користувача наукові суворі відповіді на найскладніші (і зазвичай політизовані) питання, що стосуються того, що кліматолог Лонні Томпсон вважав "очевидною та теперішньою небезпекою для цивілізації". Доступний на Amazon

Зміна клімату: Друге видання "Наука про глобальне потепління та наше енергетичне майбутнє"

Джейсон Смердон
Це друге видання Зміна клімату є доступним і всебічним посібником для науки, що стоїть за глобальним потеплінням. Вишукано проілюстровано, текст орієнтований на студентів на різних рівнях. Едмонд А. Матез та Джейсон Е. Смердон дають широке інформативне вступ до науки, яка лежить в основі нашого розуміння кліматичної системи та впливу людської діяльності на потепління нашої планети. Матес і Смердон описують ролі атмосфери та океану граємо в нашому кліматі, вводимо поняття радіаційного балансу та пояснюємо зміни клімату, що відбувалися в минулому. Вони також детально описують діяльність людини, яка впливає на клімат, такі як викиди парникових газів та аерозолів та вирубка лісів, а також наслідки природних явищ.  Доступний на Amazon

Наука про зміну клімату: практичний курс

автор Блер Лі, Аліна Бахман
Наука про зміну клімату: практичний курс використовує текст та вісімнадцять практичних заходів пояснити та викладати науку про глобальне потепління та зміни клімату, про те, як люди несуть відповідальність та що можна зробити, щоб уповільнити чи зупинити темпи глобального потепління та зміни клімату. Ця книга є повним, вичерпним посібником з важливої ​​екологічної теми. Тематика цієї книги включає: як молекули передають енергію від сонця для нагрівання атмосфери, парникових газів, парникового ефекту, глобального потепління, промислової революції, реакції горіння, зворотного зв'язку, взаємозв'язку між погодою та кліматом, зміною клімату, раковини вуглецю, вимирання, слід вуглецю, переробка та альтернативна енергія. Доступний на Amazon

Від видавця:
Покупки в Amazon йдуть на те, щоб покрити витрати на привезення вас InnerSelf.comelf.com, MightyNatural.com, та ClimateImpactNews.com безкоштовно і без рекламодавців, які відстежують ваші звички перегляду. Навіть якщо ви натискаєте на посилання, але не купуєте ці вибрані продукти, все, що ви купуєте за той же візит на Amazon, платить нам невелику комісію. Додаткових витрат для вас немає, тому, будь ласка, внесіть свої зусилля. Ви також можете використовуйте цю посилання в будь-який час користуватися Amazon, щоб ви могли допомогти підтримати наші зусилля.