Ola Persson博士和MOSAiC的其他科學家在北冰洋中部建立了科學儀器。 圖片提供：Daisy Dunne的Carbon Brief
目前，全球最大的極地研究探險隊正在北極進行。 長達一年的探險活動，被稱為“北極氣候研究多學科漂流觀測站”（鑲嵌），涉及來自300個國家/地區的19名研究人員。 科學家正在從困在海冰中的船上進行測量，這可能有助於改變氣候模型。 Carbon Brief的科學作家 黛西鄧恩 在2019年秋天的前六週加入了該探險活動。這是有關MOSAiC探險活動的四篇文章中的第三篇。
對於在北極附近航行的船隻，很少有事件會帶來比北極風暴更大的風險。
北極風暴可釋放極高的風，將海洋攪動，使海浪膨脹數米。 這不僅使水手無法忍受海上生活，而且使北極及其冰山的航行更具挑戰性。
強風還會撕破海冰，使其破裂並向不同方向移動。 越來越多的研究表明，暴風對海冰的影響可能比以前想像的要大-對於未來冰的損失預測可能具有重大意義。
也有新的證據表明北極風暴可能影響兩極以外的天氣。
“簡短的答案是北極旋風對中緯度有一定影響，但我們不知道會發生什麼規律性，” 奧拉·珀森博士是美國國家海洋和大氣管理局（National Oceanic and Atmospheric Administration）的極地氣象學家（NOAA).
佩爾森（Persson）是參加MOSAiC的600人之一，這是有史以來最大的北極研究探險。 （碳簡介 近期加入 前六週的探險。）
作為這次探險的一部分，Persson和他的同事們建立了一系列儀器來測量北極風暴的各個方面-從它們帶來的風速到對海冰影響的規模。
收集此類數據可以幫助回答有關北極風暴的關鍵問題，例如它們如何影響長期的冰和氣候條件，以及如果可能的話，它們將如何響應氣候變化而變化。
扭曲
北極風暴”（也稱為北極或極地旋風）是一種低壓系統，會影響北冰洋及其附近的陸地，包括格陵蘭，加拿大北部和歐亞大陸北部。 在北極風暴中，空氣逆時針旋轉。
下面的動畫顯示了2012年北極風暴在北極地區的運動- 海冰創紀錄的一年。 在動畫中，表面風的運動由根據速度著色的小箭頭表示。
2012年夏季風暴在北極的移動。圖片來源：NASA / Goddard太空飛行中心科學可視化工作室
珀森說，北極風暴可能在極地地區內外形成。 “其中一些似乎起源於來自低緯度地區並進入北極的氣旋。 北極地區似乎確實正在發展其他北極氣旋。”
當“對流層頂佩爾森說：–大氣的一部分是對流層與平流層之間的邊界層。 “這些干擾可能會長期存在，如果條件合適，它們似乎會引發低水平的旋風。”
與熱帶風暴（稱為 颱風 or 颶風 Persson說，根據發現地點的不同，對北極風暴的研究很少。
這主要是因為與中緯度風暴相比，北極氣旋影響的人很少。 然而， 海冰迅速下降 使北極在一年中的較長時期內更容易導航。 反過來，這在兩個方面都帶來了福音 商業 和 遊客 北極的活動–迫切需要了解北極風暴。
說，還有一些證據表明氣候變化可能使北極風暴更加頻繁。 詹妮·哈欽斯教授是MOSAiC的科學家和海冰動力學研究人員 俄勒岡州立大學。 她告訴Carbon Brief，“直到北極，旋風活動似乎有所增加。”
不過，Persson說，由於缺乏北極風暴的歷史數據，因此很難確定是否存在上升趨勢。
“有人建議說，北極旋風現在可能會更頻繁，但是問題是我們之前沒有進行很多測量。 也許我們之前觀察到的頻率較低是由於我們的模型或對過去的重建還不夠完整。”
佩爾森說，科學家尚未清楚了解北極風暴的另一方面是它們的物理結構：
北極旋風似乎與中緯度旋風的結構不同。 在過去的兩到四年中，有一些研究表明它們具有垂直結構，即 更類似於颶風 而不是中緯度風暴。”
在MOSAiC考察期間，他旨在收集有關北極風暴垂直結構的數據。 這次探險集中在Polarstern（德國破冰船）上，該破冰船被故意凍結在海冰中。 明年，隨著冰向北移動，該船將隨冰塊被動漂移。
該地圖顯示了Polarstern從20年2019月85日從特羅姆瑟出發到中北冰洋以北約6度的路線，並於2019年XNUMX月XNUMX日將其附著在一塊浮冰上（紅色）。 茅草的箭頭表示該船在長達一年的旅程中可能會漂移的區域，該區域將在弗拉姆海峽附近結束。 圖片提供：Tom Prater，Carbon Brief
為了研究北極風暴的結構，Persson和他的同事將需要等待它們越過船隻。 然後，他們將使用一系列儀器（包括氣象氣球）收集有關風暴的數據，這些儀器可捕獲大氣溫度，壓力，濕度和風的變化。 他們還將使用專用的天氣雷達，該雷達使用無線電波檢測降水量和風速的變化。
暴風雨期間，這一系列儀器將在大氣的不同高度進行測量。 通過匯集這些信息，研究人員希望能更多地了解北極風暴的垂直結構。
於爾根·格雷瑟（Juergen Graeser）在Polarstern直升機甲板上發射了一個氣象氣球。 22年2019月XNUMX日。提供者：Esther Horvath
破冰
除了研究北極風暴的結構外，MOSAiC的研究人員還將嘗試了解它們如何影響海冰。 佩爾森說：
“過去幾年，人們一直注意到，當我們有一個非常大的北極氣旋時，海冰消失了。”
一個典型的例子是 2012，八月份，北極被一場強勁而緩慢的風暴襲擊。 旋風持續了近兩個星期，帶來了大雨和 30mph 風。
那年，北極海冰達到了 最低級別 記錄在案。 風暴可能會導致海冰迅速下滑。
科學家認為，暴風雨會導致冰破裂，使冰更容易融化，從而加劇了冰的流失。 研究人員說，暴風雨甚至將冰推入較溫暖的水域，進一步促進了融化。
但是，其他研究人員則認為，風暴在創紀錄的低點中僅起到了次要作用。
A 研究 2013年發表的論文使用氣候模型分析了風暴的影響。 研究人員進行了兩組模擬：一組模擬了2012年包括八月風暴的北極條件，另一種反映了沒有風暴的2012年條件。
研究發現，在兩組模擬中，北極海冰均降至新的紀錄低點。 但是，在包括風暴在內的模擬中，記錄的最低值比沒有風暴時的模擬要早10天左右。
研究人員說，這些發現表明，其他因素對於2012年創紀錄的低冰層狀況更為重要。 例如，當年北極夏季的溫度比平均溫度高，而冰袋主要由“第一年的冰” –更容易融化的年輕冰塊。
隨著時間的流逝，北極海冰的年齡範圍小於一年（淺藍色）到四年以上的冰層（深藍色）。 顯示了22-28年同一周（1985月2019-XNUMX日）的範圍。 數據來源：美國國家冰雪數據中心。 碳簡圖使用Highcharts繪製
儘管這項研究有助於闡明2012年的颶風，但北極風暴對海冰的真正影響仍然未知。 “我們只看著一場大風暴，” 說過 研究合著者 羅恩·林賽博士從 華盛頓大學 2013年。“如果我們想了解暴風雨將來將如何影響冰蓋，我們需要了解暴風雨在不同條件下的影響。”
MOSAiC遠征隊的一項研究目標是，在各種條件下，研究北極風暴對整年海冰的影響。
在MOSAiC主要冰場周圍50公里的半徑內，科學家 安裝 浮動研究站網絡。 這些站是一系列儀器的所在地，明年將對大氣，海冰和海洋的變化進行近乎連續的測量。
這些工具之一， 巨型金屬爬犁 Persson和他的同事們建立的系統將用於研究北極風暴。 爬犁由測量大氣變化的各種設備覆蓋。
監測通過的北極風暴的工具包中最重要的一點是“聲速風速計”-一種從雪橇側面伸出的儀器，該儀器使用聲波來測量風速和風向的變化。
奧拉·佩爾森（Ola Persson）博士和他的同事在北冰洋中央將一颱風速儀連接到一台科學儀器上。 圖片提供：Daisy Dunne的Carbon Brief
該雪橇還具有先進的GPS系統，使研究人員可以實時跟踪浮冰的位置。
研究人員計劃使用這些儀器來監視暴風雨期間的風速和強度-以及這些風是否會導致海冰破裂並向不同方向移動。
Hutchings說：“我們有望能夠繪製出旋風期間冰的響應，並查看旋風帶來的強風是否會導致冰發散。”
研究是有風險的。 一場特別嚴重的風暴可能導致海冰一分為二或完全破裂，從而使研究人員的儀器掉入海洋。
“那將是很有趣的發現，哪些浮冰最終可以生存，而哪些則不會，” 托馬斯·克魯彭博士是AWI的海冰研究員，也是Akademik Fedorov的共同巡航負責人。
直到2020年XNUMX月探險隊結束之前進行的測量，有望使北極風暴對冰蓋的影響更加清晰。
暴風雨中奔跑
MOSAiC科學家熱衷於收集北極風暴數據的原因之一是，一些證據表明，它們可能會影響兩極以外的氣候條件。
佩爾森說，這是因為在某些條件下，北極地區的天氣似乎可以逃離極地地區並向下進入中緯度地區。
其中一個例子發生在2019年初，當時美國和加拿大的部分地區遭到 極度寒冷 導致溫度驟降 -17C 及以下。
一個人在早上從停車場積雪中挖出一輛紅色雪佛蘭汽車。 加拿大多倫多。 29年2019月XNUMX日。信用： 多倫多人 / Alamy庫存照片
雖然 科學還不確定，似乎當北極地區的“干擾”發生時，“北極風暴”可能會從北極移出並進入中緯度地區。平流層極渦” –位於北極上方約50公里處的低壓天氣系統。
受到干擾時，極地渦旋可能會減弱，從而使通常包含的寒冷天氣散佈到中緯度地區。 “ [這]帶來了很多涼爽的空氣，並引發了許多風暴和降雪，” Persson說。
下圖顯示了減弱的極地渦旋如何使北極的寒冷天氣從北極逃脫。
極地渦旋背後的科學。 信用：NOAA
珀爾森說，儘管近幾年中緯度出現了幾次明顯的寒潮，但目前尚不清楚這種事件是否會變得更加可能。
他希望通過收集有關MOSAiC期間北極風暴運動的數據，以期更好地了解它們離開北極的頻率。 “簡短的答案是北極颶風對中緯度有一定影響，但我們不知道會發生什麼規律性。”
關於作者
黛西·鄧恩（Daisy Dunne）是被選中對MOSAiC進行報導的五名記者之一。 她離開特羅姆瑟的費用由組織探險隊的阿爾弗雷德·韋格納研究所負擔。
這篇文章最初出現在 碳布里f
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