世界上最大的极地研究目前在北极探险。长达一年的探险,被称为北极气候的多学科研究漂流天文台(马赛克),涉及19个国家的300名研究人员。从一艘船被困在海冰中,科学家们测量,可以帮助改变气候模型。必威手机官网碳短暂的科学作家雏biwei6868菊邓恩加入远征的前六周在2019年的秋天。这是第二个四篇文章集中在马赛克探险。
自1979年开始监测卫星北极,海冰覆盖面积平均至少缩小了40%。冰的平均厚度下降了超过一半在同一时间内。
这些迅速的变化让气候科学家面临的一个迫切问题:北极海冰消失?
9月份变化的速度是最鲜明的,在北极夏季的结束。每年,北极海冰经过季节性周期,在面积和厚度通过收缩回来之前更加凉爽的冬季气温升高在春季和夏季。
世界上最大的极地研究目前在北极探险。长达一年的探险,被称为北极气候的多学科研究漂流天文台(马赛克),涉及19个国家的300名研究人员。从一艘船被困在海冰中,科学家们测量,可以帮助改变气候模型。必威手机官网碳短暂的科学作家雏biwei6868菊邓恩加入远征的前六周在2019年的秋天。这是第二个四篇文章集中在马赛克探险。
今年的海冰低符合最近的快速变化的照片。在过去的13年13个最低夏季海冰最低纪录。
用更少的海冰生存从一年到下一个,冰的平均年龄也在减少。在1980年代,大部分在北极海冰发现““老冰”——冰,至少一个融冰期幸存下来。然而,在过去的十年中,冰包已经是大多数”一年级的冰”,这通常是在夏天更薄,更容易融化。
卫星开始监测北极海冰在1980年代。在这个时候,北极主要是由“多年冰”——冰超过一年。这个冰厚和冰比年轻更稳定。
每年,海冰生长在寒冷的冬天几个月前在夏天再次萎缩。这将创建可视化的兴衰模式。
在过去的三十年里,冰包已经转移到主要是“一年级冰”,这是不到一岁。一年级冰更脆弱,容易融化。在同一时期内,总被海冰覆盖面积下降了40%以上。
(一个可视化的海冰覆盖和年龄在整个时间序列- 1984 - 2019 -可以在文章的底部。)
在海冰快速衰退卫星记录超过了即使是最悲观的预测气候模型科学家们使用的数学工具,对地球的未来做出预测。
马赛克探险的主要科学目标是获得一个清晰的自然和人为的影响推动快速海冰损失。希望获得的见解,在时间,可以提高模型用来对北极海冰做出预测。
“没有很多改善我们的模型是如何代表海冰下降在过去的几十年,”说马修Shupe博士,马赛克和北极研究的领头人之一科罗拉多大学博尔德和美国国家海洋和大气管理局(美国国家海洋和大气管理局)。“所以我们的顶级的目标是改善模型。”
改善气候模型可以帮助回答问题对未来冰下降。依然没有答案时,如果有的话,北极可以看到第一”无冰的”夏天。
科学家们不同的方式定义“无冰”实际上意味着什么,但最常见的定义是指一个点在北极海冰覆盖夏末落在低于一百万平方公里。在这一点上,研究人员期望中央北冰洋完全无冰的,残余的海冰持续沿着北部海岸线加拿大,阿拉斯加和格陵兰岛。
海冰覆盖的点落在接近于零的夏天会有严重的后果,但是,在某些方面,可能被视为一个象征性的措施,说玛丽卡•霍兰德博士海冰的资深科学家大学大气研究公司(UCAR),他将使用马赛克数据对北极的未来做出预测。她说:
“达到一个无冰的北极的夏天只是一个进一步的感叹号,强调这是发生戏剧性的和空前的。但是从我的角度来看,变化已经戏剧性和前所未有的,我们不能忽视。”
急剧下滑的海冰在近几十年来气候变化密切相关。北极是地球上最迅速变暖的地区之一。全球平均气温已经上升了1 c自年初以来的工业时代,但北极附近双这个数量的变暖。在北极的一些地区,温度上升四次高于全球平均水平。
研究在2016年出版的计算,每吨二氧化碳排放到大气中,在北极夏季海冰覆盖将缩水3平方米。(一吨二氧化碳排放数量大约是有人乘坐返回的经济舱机票伦敦到纽约。)
世界作为一个整体的温度上升了0.9摄氏度是自1960年以来,一些地区的北极变暖超过4 c。这是变暖的地图1960年1月至2019年8月:pic.twitter.com/npJrw5TIeb
——齐克Hausfather (@hausfath)2019年10月2日,
这种现象的北极升温速度对全球其他地区被称为“北极放大”。北极正在发生放大的原因是复杂的,但研究表明,这一现象与大气之间的相互作用密切相关,海冰与海洋。
这种相互作用的一个例子发生在海冰融化。北极气候变化带来更多的热量的大气和海洋,导致海冰融化得更快。海冰是明亮的白色,所以,反映了大多数的阳光。当冰川消失,它揭示了黑暗的海洋,吸收更大比例的阳光。这意味着冰盖萎缩导致北极变暖更加迅速,这反过来导致更多的海冰消失。
这种交互被称为“冰反射反馈”,或者“反照率效应”。(“反照率”是一个术语,用来描述一个表面的反省。)它是最知名的反馈循环影响北极海冰融化的速度,但有很多其他人,解释道米歇尔博士Tsamados海冰研究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。
积极的反馈是自我强化的过程,比如海冰的消失导致更多的变暖,因此,更多的冰融化。然而,负面的反馈过程,导致监管系统的变化。
例如,近年来,科学家已经观察到增加的速度在冬季海冰生长。这部分是因为“薄冰就能成长得更快比厚冰”,Tsamados说。“这是一个负面的反馈——一种弹性系统中。”
然而,冬天海冰生长观测的增加不足以应对快速增长在夏季融化,他补充道。“我们把如此多的二氧化碳,北极不能反击。现在,正反馈是赢了负面的反馈——这意味着海冰会浪费掉。”
把正面和负面反馈对北极海冰的主要目标马赛克探险。为此,研究人员正在研究北极气候系统的方方面面。
这次考察极地斯特恩号为中心,是德国研究船故意冻结,海冰一整年。船周围是一个庞大的冰营地,仪器测量海冰的变化,以及大气、海洋和生态系统。
“如果你想理解海冰,你必须理解海洋和大气。你必须把它看作一个完整的包,”说杰里米·威尔金森博士海冰的物理学家英国南极调查参加马赛克。
这是因为许多反馈循环影响海冰涉及海洋和大气的变化。
例如,马赛克科学家研究冰反射反馈不仅需要记录更改冰面积和厚度,也穿透冰层的太阳光量和被海洋吸收的热量低于海冰。要做到这一点,他们建立了仪器测量冰层厚度密切的那些变化测量海洋温度变化和传入的阳光。
“我们有光谱仪,测量可见光。我们有一些向上看向天空,看下行的冰面,“折射”的反照率,”说马塞尔Nicolaus博士海冰科学家从马赛克巡航领袖是谁在极地斯特恩号探险的第一站。
“折射”是一个术语,用来描述发生的弯曲的光,因为它从空气进入冰。当光照射到表面,其中一些将折射或吸收,而其中的一些将会被反射回太空。计算部分光线被折射,因此,给冰的整体反省的照片,也被称为反照率。
理解之间的交互变化阳光,海冰和回答问题的气氛将非常关键的未来北极海冰,Shupe说。“我们回答问题的方式对北极的未来是与我们的模型,我们必须要有模型,可靠地代表的基本流程和他们如何互动。”
另一种马赛克科学家希望得到一个更好的海冰融化的照片是通过研究小规模的过程发生在北极。例如,大气和海冰团队研究人员使用专门的仪器来测量热量逃离在海冰的微小裂缝,而生态系统团队已经部署了一个水下相机记录下藻类的生长的海冰。
这么小的支撑更大规模的系统过程,最终确定海冰覆盖,Shupe说。
获得数据在这样小规模的流程也可以改善的关键气候模型用来对未来海冰水平进行预测,说托马斯博士Rackow,气候模型专家从AWI参加马赛克。“马赛克的想法是为了更好地理解小规模的过程,通常需要parameterised的气候模型,”他说。
一些过程影响海冰发生在尺度小于气候模型模拟可以捕获。科学家而不是必须简化这些过程对海冰的作用用数学方程来表示。这就是所谓的“参数化”。
“熔体池”是一个小规模的过程的一个例子是在气候模型不能很好地代表,Tsamados说。在夏天,热空气温度会导致海冰融化,形成深潭的水——被称为熔体池——在冰面。
这些池塘在冰面上施加压力,增加崩溃的可能性。他们还改变冰层的反射能力——或“反照率”,使其吸收更多或更少的热量。尽管这些影响,一些气候模型不包括熔体池模拟,否则假设所有熔体池外观和行为以同样的方式。
原因之一,气候模型模拟小规模流程不好是因为字段数据相对较少,这些流程是如何工作的细节。或可用的数据只运行几周的课程——平常的时间在北极领域研究中,Shupe说。花一整年海冰漂移,马赛克团队旨在收集更全面的数据,这可能,随着时间的推移,被用来填补的缺口在气候模型中,他补充道。
改善气候模型模拟北极地区的能力将是一个关键步骤更好的压制北极的日期将首次无冰的夏季,Rackow说。“仍然有大范围和它取决于你看的模型。但是,基本上,所有的模型表明,在某种程度上,夏季海冰将丢失。”
北极的日期将会首次无冰的夏季,被证明是难以预测。不同的气候模型提出了一系列可能的日期,生成2005年到2100年之后。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。
尽管改善气候模型可能会提出一个更精确的估计的关键,有几个因素,问题变得更加复杂。
首先,人类产生温室气体排放的速度在未来几十年将发挥很大的作用在决定北极海冰消失的速度有多快。
一个研究出版于2016年发现,如果人类很少努力减少全球温室气体排放,北极可以看到第一个无冰的夏季,早在2032年。(这个发现假设世界是非常高排放的情况被称为“RCP8.5”。)
然而,将全球变暖限制在1.5摄氏度——抱负的温度设定的目标国家巴黎协定——可以大大减少的可能性在夏天北极成为无冰。
一个研究出版于2018年发现,如果全球气温限制在1.5摄氏度,北极是“不太可能”首次在2065年之前无冰的夏季。在这一点上,首次看到的几率无冰的北极夏季增加对于任何给定的五分之一左右。
相比之下,如果温度上升2摄氏度——巴黎协议设定的上限——北极有五分之一的机会看到首次无冰的夏季,2035年,根据这项研究。的机会一个无冰的夏季,在任何一年至2045年。
“我很惊讶,半度的变暖将使这么大的差异,”研究的主要作者亚历山德拉扬博士大气和海洋科学助理教授科罗拉多大学博尔德告诉碳短暂的2018年。必威手机官网biwei6868
第二个因素复杂化压制的日期第一个无冰的夏季,是“自然的变化”——一个术语用来描述同比自然事件和过程的影响,影响海冰。
北极风暴是一种自然事件,可以影响海冰。与中纬度气旋,北极风暴一般不携带大量的雨雪。不过,它们可以带来极强的风,可以撕开海冰导致分裂,解释道Ola佩尔森博士极地气象学家,美国国家海洋和大气管理局(美国国家海洋和大气管理局)参加马赛克。他说:
“人们已经注意到在过去的几年里,当我们有一个非常大的北极风暴,海冰消失了。”
夏季北极海冰在2012年达到了历史上的最低点——部分由于大风暴8月份的冰。
一个具有里程碑意义的报告在海洋和冰今年发布的政府间气候变化专门委员会(联合国政府间气候变化专门委员会)发现,夏季的海冰观测到一半的下降可能是因为北极气候的自然变化。
“有挑战按住一个日期第一无冰的夏季,仅仅因为有内部系统中自然变化——这意味着永远是不确定性,”Holland说。
一个研究在2016年出版的计算,在北极的自然变化系统达到二十年左右的不确定性。这意味着任何无冰的夏季,预测可能需要20年的窗口,只占自然事件和过程的影响。
现场测量在马赛克可能改善的能力在北极气候模型预测的变化,但这可能需要一些时间,说Jari Haapala教授马赛克科学家是谁的海洋研究单位芬兰气象研究所。
“如果我是现实的,它将需要至少五年的新结果镶嵌在气候模型中实现。它可能需要更长的时间。”
这是因为所有的字段的结果马赛克将首先需要分析,然后发表在同行评议的科学期刊,然后传送到气候模拟社区,Haapala说。
主要问题是北极海冰变化如此之快,气候模型可能无法跟上变化的步伐,Rackow说:
“我们的时间不多了。如果一个无冰的夏季发生最早预测日期——2035年左右,然后剩下的时间不多了。可能是现实超越我们做出预测的能力。”
首次看到的无冰的北极夏季影响极地和超过。
一个行业了海冰预报研究有浓厚的兴趣是商船。自从人类第一次开始在海洋、国际商人寻求世界港口之间的最具成本效益的途径。对许多人来说,大西洋和太平洋之间的最短路线将通过北极海冰——但厚的存在阻止了所有但坚强的船只。
夏季海冰的消失将允许船只找到新的、更快大西洋和太平洋之间的路线。一个研究出版于2016年发现,整个北极航线可能会用于标准由本世纪中叶开放水域的船只。“我认为北极会看起来非常不同的[那时],将有更多的活动和资源被利用。这可能是未来,”拉寇教授说:
新航线的开放可能带来的威胁增加北极地区独特的野生动物。一个研究出版于2018年发现,商业运输构成重大威胁的扩张范围广泛的北极海洋哺乳动物,包括独角鲸露脊鲸、白鲸和北极熊。
动物在北极海冰可能面临进一步的威胁消失,说埃里森博士方,co-coordinator生态系统研究小组从AWI马赛克。她告诉碳简要:必威手机官网
“没有海冰的持续整个夏天,可能有很强的影响生物群(野生动物),利用冰的栖息地。冰也是一个环境,把生物从北极中央北极的其他部分——这可能会影响播种种群在生长季节有。”
这些变化可能会影响北极生态系统的各个层面,方说,从植物藻类生长在底部的海冰北极熊,该地区的顶级捕食者。
一个研究出版于2018年发现,海冰下降可能会使北极熊更难找到食物。北极熊的首选猎物是环斑海豹,熊从冰面狩猎。这项研究跟踪一群女熊住在波弗特海2014 - 16和发现,平均而言,熊比前几年旅游进一步寻找食物,在这个过程中消耗更多的能量。必威体育在线注册
虽然有明显的联系还有待建立,可能是熊更远的距离旅游的原因是海冰下降也使他们有更少的地方捕猎海豹,安东尼Pagano博士研究遵循在圣地亚哥动物园的保护研究所,对碳2018年短暂的:必威手机官网
“令人担忧的是,随着每年冰破裂之前,熊会影响在三个方面:他们会那么成功捕捉海豹,因为他们被从他们的主要觅食生境早些时候流离失所;他们把重量比他们会做历史;然后他们也移动更大的距离。如果这一趋势持续下去,我们希望继续繁殖成功率的下降。”
第二个研究今年发表的发现,北极熊可能调整他们的觅食行为符合每年冰增长模式和撤退。这种“意味着即使是很小的进步的时机(冰)分解量可能有不利影响在觅食的机会,身体条件,和随后的繁殖和生存,”作者说。
冰条件变化影响土著人口,说,荷兰。“这也暗示了人们使用冰或狩猎旅行,因为年轻的冰不稳定或安全,”她说。
人生活在低纬度地区也可能受到影响,虽然不那么直接,海冰的减少。一个日益增长的领域的研究表明,海冰的变化会影响天气在其他地方,尤其是在中纬度地区。
“在北极不呆在北极,“Tsamados说。“海洋环流,在较低的纬度气候模式——这些都是与北极紧密的联系在一起。”
科学家们已经指出,最近在北极快速变化似乎伴随着一段整个北半球更频繁的极端天气事件。这类事件包括严重的冬天美国,加拿大和欧洲,以及热浪和干旱。
一些科学家认为,这两种现象是有联系的。如何在北极变化可能导致极端天气事件增加的中纬度地区目前仍然存在争议。(必威手机官网碳今年发表了一份简短的详细的讲解员检查提出的机制)。
研究出版于2014年发现,北极海冰减少可能导致一倍在极端寒冷的冬天在欧亚大陆的可能性。后面的研究发现北极气候变暖还会导致更强烈的热浪在北半球。
然而,一个研究今年发表的发现,北极海冰变化可以有一个“最小影响”在中纬度地区严重的冬天。
利用气候模型,研究人员发现,海冰的下降并不总是先于寒冷的冬天。在模拟过程中,研究人员观察到,而不是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Blackport博士埃克塞特大学的研究员,说当时报纸的释放。”之间的相关性降低海冰和寒冷的冬天并不意味着一个是造成另一个。”
需要更多的研究来了解戏剧的真正影响北极下降——在该地区,方说:
“我们需要大量的数据,连续多年——年——实际上识别(海冰减少)的影响。这些二氧化碳的浓度在现代历史上从未见过。很明显,将会有影响,但这些影响是什么,很难说。”
黛西邓恩是五位记者报道马赛克。她的成本一旦离开特罗姆瑟是由阿尔弗雷德韦格纳研究所,有组织的探险。
卫星图像来源:NASA的科学可视化工作室