互动:北极何时会看到它的第一个自由冰夏季?

Daisy Dunne的单词。汤姆普拉特设计。

在马赛克里面

世界上最大的极地研究探险目前正在北极正在进行中。长期探险,被称为北极气候(马赛克)研究的多学科漂移天文台,涉及来自19个国家的300名研究人员。从困在海冰中的船上,科学家正在进行测量,这有助于改变气候模型。必威手机官网碳简介科学作家黛西biwei6868·邓恩在2019年秋天加入了六周的探险。这是四个文章中的第二个专注于马赛克探险。

由于卫星在1979年首次开始监测北极,因此海冰覆盖的平均面积至少缩小了40%。冰的平均厚度减少了超过一半在同一时间段内。

这些迅速的变化让气候科学家面临一个紧迫的问题:北极海冰何时会消失?

在北极夏季结束时,夏季的夏季结束是最常见的。每年,北极海冰经历了季节性循环,通过凉爽的冬季,在春季和夏季的温度升高之前,通过凉爽的冬季,在区域和厚度上生长。

当海冰达到今年的最低水平时,夏天结束时都被称为“海冰夏季最低“。今年,海冰最小是第二个最小在记录中,只有海冰低的殴打2012

在马赛克里面

世界上最大的极地研究探险目前正在北极正在进行中。长期探险,被称为北极气候(马赛克)研究的多学科漂移天文台,涉及来自19个国家的300名研究人员。从困在海冰中的船上,科学家正在进行测量,这有助于改变气候模型。必威手机官网碳简介科学作家黛西biwei6868·邓恩在2019年秋天加入了六周的探险。这是四个文章中的第二个专注于马赛克探险。

“北极的真正温暖的夏天真的对冰有影响,”宝宝雷克斯教授,来自阿尔弗雷德韦格纳人学院的大气科学家(AWI)。雷克斯是马赛克的领导者,是有史以来最大的北极研究探险之一。(必威手机官网最近碳简短加入今年在海上的前六周探险。)

在北极天气报告之后,REX已经花了几个月,以密切关注探险。他说,北极在5月和2019年7月和7月7月的温度上受到高于平均水平的温度,他说。

1979年9月(深蓝色)和2019年9月(浅蓝色)的北极海冰的程度。9月通常是北极看到其“海冰夏季最少”的月份。数据来源:国家雪和冰数据中心。汤姆普拉特地图碳简介。必威手机官网

今年的海冰低于近期迅速变化的照片。过去13年已经见过13最低夏季海冰达到了有记录以来的最小值。

随着一年的一年幸存下来,冰的平均年龄较少,冰的平均年龄也降低了。在20世纪80年代,北极地区发现的大多数海冰是“多年冰“ - 在至少一个融化季节幸存下来的冰。然而,在过去十年中,冰袋已经转变为大多数“一年冰“,通常在夏天越来越容易发生融化。

北极海冰:1984-5

卫星开始在20世纪80年代围绕北极海冰监测。此时,杆主要由“多年冰” - 冰大于一年。这冰比年轻冰更厚,更稳定。

每年,海冰都会在寒冷的冬季增加,然后在夏季再次收缩。这就产生了在观想中看到的潮起潮落的模式。

北极海冰:2017-18

在过去的三十年中,冰袋已经转移到大多数“第一年冰”,这不到一岁。一年的冰更脆弱,容易融化。在同一时间段内,海冰覆盖的总面积跌幅超过40%。

信贷:NASA的科学可视化工作室

(从1984年到2019年的整个时间序列的海冰覆盖和年龄的可视化可以在文章的底部。)

海冰的快速下降超过了卫星记录淘汰即使是最悲观的预测气候模型这是科学家用来预测地球未来的数学工具。

马赛克远征的领先科学目标是更清楚地了解如何自然和人为引起的影响正在推动快速的海冰冰。希望能够获得洞察力,及时,可以改善用于对北极海冰进行预测的模型。

“在过去的几十年里,我们的模型在反映海冰减少方面并没有很大的改进,”他说马修博士博士,马赛克的共同领袖和来自的北极研究员科罗拉多大学,博尔德和国家海洋和大气管理局(Noaa.)。“所以我们的最高目标是改进模型。”

改善气候模型可以帮助回答有关未来冰衰退的问题。一个遗留未答复的是,如果大自然,北极可以看到它的第一“无冰“ 夏天。

科学家有各种方法可以定义“自由”实际上意味着什么,但最常见的定义是指夏天结束时北极海冰覆盖到低于100万平方公里的程度。此时,研究人员预计中央北冰洋将完全自由,海冰仍然沿着加拿大,阿拉斯加和格陵兰岛北海岸线持续存在。

夏天海冰覆盖率靠近零的观点将具有严重后果,但在某些方面,可以被视为象征性的措施,说荷兰博士博士,大学公司大学冰科学家大气研究(ucar.),谁将使用马赛克数据来对北极未来进行预测。她说:

“达到无冰的北极夏天只是一个进一步的感叹号,强调这发生这种情况,这是戏剧性和前所未有的。但从我的角度来看,变化已经戏剧性和前所未有的 - 我们不能忽视这一点。“

随着时间的推移,北极海冰少于一年(浅蓝色)的北极海冰(浅蓝色)的变化。范围在1985 - 2019年为同一周(10月22日至28日)显示。数据源:国家雪和冰数据中心。使用高级碳简介必威手机官网

北极热量

近几十年中看到海冰的剧烈衰退与气候变化密切相关。北极是地球上最迅速变暖的地区之一。平均全球温度周围升起1C.自工业时代开始以来,但北极已经看到了双倍的这样的升温量。在北极的一些地区,气温上升是四次高于全球平均水平。

研究发表于2016年计算出,为每吨二氧化碳排放到大气中,夏季海冰盖在北极缩小三平方米。(一吨二氧化碳围绕着由返回经济机票的人们发出的数量伦敦到纽约。)

北极变暖的速度比地球其他地方都快,这一现象被称为“北极放大“。北极扩增正在发生的原因是复杂的,但研究表明,该现象与大气,海冰和海洋之间的相互作用密切相关。

当海冰熔化时,发生这种相互作用的一个例子。气候变化为北极的氛围和海洋带来了更多的热量,导致海冰更快地融化。海冰是鲜白色的,所以,反映了大部分阳光的阳光。当冰消失时,它揭开了黑暗的海洋,吸收更大比例的阳光。这意味着冰盖缩小导致北极更快地升温,这反过来又导致更多的海冰消失。

阳光互动与海冰的例证与海洋与海洋相比。信贷:汤姆普拉特碳简介必威手机官网

这种互动被称为“Ice-Albedo反馈“ - 或”反医生效应“。(“Albedo”是用于描述表面反射性的术语。)它是影响北极海冰冰速率的最着名的反馈循环之一 - 但还有许多其他人解释说明Michel Tsamados博士他是来自澳大利亚的海冰研究人员伦敦大学学院参加马赛克探险“有些是积极的,有些是消极的,”他说。

积极的反馈是自我加强的过程,例如海冰的消失导致更加变暖,因此更多的冰融化。然而,负反馈是导致系统改变的过程的过程。

例如,近年来,科学家已经观察到海冰在冬季生长的速度增加。Tsamados说,这部分是因为“比厚度较厚的冰更快地增长了更快的冰”。“这是一个负面反馈 - 系统中的一种恢复力。”

然而,在冬季观察到的海冰生长增加是不足以反对夏季融化的快速上升,他补充道。“我们已经把这么多的二氧化碳宣传,即北极不能反击。现在,积极的反馈是赢得负面反馈的胜利 - 这意味着海冰正在排水。“

全貌

理清北极海冰的正反馈和负反馈的影响是该研究的主要目标马赛克远征。为此,研究人员正在研究北极气候系统的各个方面。

探险队以怪物为中心的,德国研究船只偏离德国研究船,旨在将自己冻结到海冰整整一年。围绕这艘船是一个庞大的冰营,具有测量海冰的变化以及大气,海洋和生态系统的仪器。

Matthew Shupe博士修复了“梅德城”的电缆 - 马赛克冰营的一个派系。信用:碳诗句的雏菊邓恩必威手机官网

“如果你想了解海冰,你必须了解海洋和大气。你必须把它视为一个完整的包装,“说杰里米博士威尔金森,来自的海冰物理学家英国南极调查参与马赛克。

这是因为影响海冰的许多反馈循环涉及海洋和大气的变化。

例如,研究ICE-Albedo反馈的马赛克科学家不仅需要记录冰面积和厚度的变化,而且还需要透过冰的阳光和海冰下方海洋吸收的热量。为此,他们已经建立了测量变化,冰厚度靠近海洋温度和入口阳光的测量变化。

在马赛克冰营地的冰和雪厚度测量变化的落地雷达。信用:碳诗句的雏菊邓恩必威手机官网

“我们有光谱仪,用来测量可见光。我们有一些向上看天空,还有一些向下看冰面——通过‘折射’,我们得到了反照率。马塞尔Nicolaus博士,来自马赛克的海冰科学家,在探险的第一腿期间是怪异的怪物领导者。

“折射”是用于描述在从空气中进入冰的光的弯曲的术语。当光线击中表面时,一些物质将被折射或吸收,而其中一些将被反射回空间。因此,计算已经折射的光部分,给出了冰的整体反射性的图片,否则就被称为其Albedo。

希普表示,了解阳光,海冰和气氛之间的变化,海冰和气氛将是对北极海冰的未来的关键。“我们回答有关北极未来问题的方式与我们的模型 - 我们必须拥有可靠代表基本流程以及它们的互动模式。”

镶嵌科学家希望获得更好的海冰融化的方式是通过研究北极的小规模过程来获得更好的海冰熔体。例如,来自大气和海冰队的研究人员正在使用专门的仪器来测量海冰中微小裂缝的热量,而生态系统团队已经部署了一个水下相机,以记录藻类的生长海冰。

通过四米深的自主水下相机的眼睛看到偏光的弓箭。信用:阿尔弗雷德韦格纳研究所

Shupe说,这种小型过程最终确定了海冰覆盖的更广泛的系统。

在这种小型过程上获得数据也可能是改善用于对未来海冰水平进行预测的气候模型的关键托马斯博士托架,来自AWI的气候发型机,他正在参加马赛克。“马赛克的想法是更好地了解往往需要在气候模型中”参数化“的小规模过程,”他说。

影响海冰的一些过程在小于气候模型的鳞片上进行,可以在其模拟中捕获。通过使用数学方程来表示它们来说,科学家们必须简化这些过程的效果。这被称为“参数化“。

Tsamados说,“熔体池塘”是在气候模型中不太出色的小规模过程的一个例子。在夏季,温暖的空气温度会导致海冰从上面融化,导致形成深水池 - 被称为熔体池- 在冰面上。

在北极的熔体池塘。信用:DPA图片联盟/ Alamy股票照片。

这些池塘对冰盖压力,增加了崩溃的机会。他们还改变了冰的反思性 - 或“反照” - 导致它吸收或多或少的热量。尽管有这些影响,一些气候模型不包括在他们的模拟中融化池塘,或者认为所有熔体池塘都以同样的方式看起来并表现。

气候模型不能很好地模拟小规模过程的一个原因是,能够详细说明这些过程如何工作的实地数据相对较少。Shupe说,或者可用的数据只运行了几个星期——通常北极实地研究的时间。他补充说,通过花一整年的时间在海冰上漂流,马赛克团队的目标是收集更全面的数据,这些数据可以及时用于填补气候模型的空白。

设定日期

Gradow说,改善气候模型模拟北极地区的气候模型的能力将是更好地捕捉到北极将看到其第一个自由夏季夏季的日期的关键步骤。“仍然存在一个大范围,这取决于您正在查看的模型。但是,基本上,所有的模型都显示的是,在某些时候,夏天海冰将会丢失。“

北极将使其第一个无冰夏季的日期已经证明是棘手的预测。不同的气候模型提出了各种可能的日期,跨越2005年到2100之后。然而,大多数气候模型表明它可能会在某个时候发生本世纪中叶

即使改善气候模型可能是提升更精致的估计的关键,也有几个因素让事情变得复杂。

首先,人类在未来几十年中产生温室气体排放的速度将在确定北极海冰消失的速度时发挥着重要作用。

一种学习在2016年出版的发现,如果人类努力减少全球排放,北极可以看到其第一个自由的夏天早2032年。(这一发现假设世界遵循非常高排放的情景称为“RCP8.5“。)

但是,将全球变暖限制为1.5℃ - 由国家/地区设定的抱负温度目标巴黎协议- 可以大大减少北极在夏天自由变冰的机会。

在未来的一系列情景下,包括全球气温上升限制在1.5摄氏度(黄色),1.5摄氏度与“温度过冲“(蓝色)和2C(浅蓝色)。还显示了超过这些温度目标的情况。这包括中等高排放的场景(RCP4.5;深蓝)和非常高的排放(RCP8.5;红色的)。改编自JAHN等人。2018年。

一种学习2018年出版的发现,如果全球气温限制在1.5℃,北极是“非常不太可能”,以便在2065年之前看到其第一冰夏季。在这一点之后,北极观察其首次无冰夏季增加的机会对于任何给定年份,到五分之一。

相比之下,如果2C的温度上升 - 巴黎协议设定的上限 - 北极人数根据该研究的第一个有用的机会在2035年在2035年看到它的第一款。在2045年,在任何给定年份的无冰夏天的机会将到2045年。

“我惊讶的是,一半的变暖会产生这么大的差异,”研究铅作者亚历山德拉博士Jahn.是2018年科罗拉多大学大学和海洋科学助理教授,在2018年讲碳简介。必威手机官网biwei6868

复杂的第二个因素使第一个无冰夏季的日期复杂化为“自然变异性” - 用于描述影响海冰的年度自然事件和过程的影响的术语。

马赛克科学家开始作为北极风暴下降的装备。信用:Esther Horvath / Alfred Wegener Institute

北极风暴是一种可以影响海冰的一种自然事件。与中纬克里克斯不同,北极风暴通常不会携带大量的雪和雨。然而,他们可以带来极其强烈的风,可以通过海冰来撕裂,导致它分开,解释奥拉斯森博士,来自国家海洋和大气管理局的极地气象学家(Noaa.)参加马赛克。他说:

“过去几年人一直注意到的是,当我们有一个非常大的北极式旋风时,海冰消失了。”

2012年,北极夏季海冰达到其纪录的最低水平 - 部分原因是大风暴八月击中冰。

一种地标报道在今年通过政府间气候变化小组发表的海洋和冰(IPCC.)发现,夏天海冰中观察到的一半可能降低到北极气候的自然变化。

“仅仅因为系统内部的内部自然可变性依赖于第一个冰夏季的挑战日期,这意味着将始终存在不确定性,这意味着始终存在不确定性,”荷兰说。

一种学习2016年发表的一篇论文计算出,北极系统的自然变异相当于大约20年的不确定性。这意味着任何无冰夏季预报可能需要一个20年的窗口期,只是为了考虑到自然事件和过程的影响。

马赛克期间进行的实地测量有可能提高气候模型预测北极变化的能力——但这可能需要一些时间,说Jari Haapala教授是一个马赛克科学家,他是海洋研究单位的负责人芬兰气象研究所

“如果我是现实的,那么在气候模型中将在Mosaic实施的新结果需要至少五年。它可能需要更长时间。“

这是因为马赛克的所有现场都将首先进行分析,然后在同行评审的科学期刊上发表 - 然后在哈帕拉说,在气候建模社区中转发。

一个主要的担忧是,北极海冰正在迅速转移,即气候莫德勒可能无法跟上变化的步伐,说:

“我们已经没时间了。如果在最早的预测日期发生无冰夏天 - 大约2035年 - 那么那就是剩下的时间。它可能是现实超越我们的预测能力。”

无冰的影响

北极看到其第一个无冰夏天的地步将在极地区域和超越中产生反冲。

遵循耐心兴趣的海冰预测研究的一个行业是商业运输。自人类首次开始驾驭海洋以来,国际贸易商在世界港口之间寻求最具成本效益的路线。对于许多人来说,大西洋和太平洋之间的最短路线将通过北极 - 但是厚厚的海冰的存在已经阻止了除了最强硬的船只之外的所有内容。

夏天的海冰消失将允许船舶找到一个新的,更快大西洋和太平洋之间的航线。一种学习2016年发布的一项研究发现,到本世纪中叶,标准的开放水域船只可以通行穿越北极的航线。“我认为(到那时)北极将变得非常不同,将有更多的活动和资源被开发。这很可能会发生。”拉科说。

开放新航线可能会增加对北极独特的野生动物的威胁。一种学习2018年发布的一项研究发现,商业航运的扩张对包括独角鲸、露脊鲸、白鲸和北极熊在内的一系列北极海洋哺乳动物构成了严重威胁。

加拿大努勒维特北极湾的独角鲸。资料来源:Todd Mintz / Alamy Stock Photo。

北极的动物可能会面临进一步的威胁,因为海冰消失了,说艾丽迪逊州博士,为AWI的MOSAiC生态系统研究小组的协办人。她告诉碳简报:必威手机官网

“如果夏天,没有海冰的持久性,就会对利用冰作为栖息地的生物群[野生动物]来说真的很强烈影响。冰也是一种环境,携带来自北极的其他部分到中央北极的生物 - 因此这可能对在不断增长的季节来说,这可能对播种种群产生影响。“

Fong说,这些变化可能会影响北极生态系统的每一个层面,从海冰下生长的植物藻类到海洋北极熊它是该地区的顶级掠食者。

一种学习发表于2018年发现,海冰衰退可能会使北极熊难以找到食物。优选的北极熊的猎物是振铃密封件,熊从冰面上捕猎。该研究在2014 - 16年追踪了一群生活在博福特海的女性熊,并发现,平均而言,熊在前几年进一步前往食品 - 并在该过程中消耗更多能源。必威体育在线注册

虽然尚未建立一个明确的链接,但熊的原因是距离的距离更长的是,因为海冰衰退是用更少的地方捕获狩猎海豹的地方,安东尼博士帕加诺,在San Diego动物园保护研究所研究所进行了研究,在2018年告诉碳简介:必威手机官网

母熊和她的幼崽在中央北冰洋。信用:碳诗句的雏菊邓恩必威手机官网

“关切的是,随着每年早些时候的冰块,熊将以三种方式影响:他们在捕捉封印时会不那么成功,因为他们早些时候他们被取代了他们的主要觅食栖息地;他们的体重低于历史上的重量;然后他们也会移动更远的距离。如果这种趋势持续,我们会期望在生殖成功中继续下降。“

一秒学习今年发表的研究发现,北极熊可能会调整他们的觅食行为,使之与每年看到的冰的生长和消退的模式一致。作者说,这“意味着,在[冰]破裂时间上,即使是微小的进步,也可能对觅食机会、身体状况以及随后的繁殖和生存产生不利影响。”

荷兰说,对冰条件的变化也会影响土着人口。“它对使用冰来旅行或狩猎的人也有影响,因为年轻的冰不是稳定或安全的人,”她说。

生活在纬度地区的人们也可能受到影响,虽然直接直接,海冰衰落。一种生长研究领域表明,海冰的变化可能会影响其他地区的天气,特别是中纬度地区。

Inupiaq猎人看着Chukchi海,巴罗,阿拉斯加。信用:设计Pics Inc / Alamy股票照片。

“北极会发生什么不留在北极,”Tsamados说。“海洋的一般循环,下纬度的天气模式 - 这些是与北极密切相关的东西。”

科学家有著名的最近北极的快速变化似乎恰逢北半球跨越了一段更频繁的极端天气事件。这些事件包括严重的冬季美国,加拿大欧洲, 也热浪干旱

一些科学家认为这两种现象都是联系。究竟北极的变化可以在中纬度地区的极端天气事件中驾驶的变化仍然是为了辩论。(必威手机官网今年碳简短发表了一个详细解释者检查提议的机制。)

研究发表于2014年,发现北极海冰跌幅可能导致欧亚欧亚极端寒冷冬季的可能性加倍。后来学习发现北极变暖也可能与北半球的更强烈的热量联系在一起。

然而,一个学习今年发布发现,北极海冰变化可能对中纬度的严重冬季有“最小的影响力”。

使用气候模型,研究人员发现海冰中的下降并不总是在寒冷的冬天之前。在他们的模型模拟中,研究人员认为,这两个事件经常发生在同一时间 - 这表明他们可能有一个共同的原因,罗素博士布莱克口是埃克塞特大学的研究员,在纸张发布时。“减少海冰和寒冷冬天之间的相关性并不意味着一个导致对方。”

FONG说,将需要更多的研究来了解戏剧性北极地区对戏剧性北极下降的真正影响 -

“我们需要大量数据,多年来 - 连续几年 - 实际上确定了[海冰衰退]的影响将是什么。这些是在现代历史中从未见过的二氧化碳的浓度。很明显,会有含义,但是,这些影响是什么,很难说。“

每周北极海冰年龄:1984 - 2019.信贷:美国宇航局科学可视化工作室。

黛西·邓恩是被选中报道马赛克的五名记者之一。她离开特罗姆瑟后的费用由组织这次探险的阿尔弗雷德·韦格纳研究所承担。

卫星图像信用:NASA的科学可视化工作室