Глубокий взгляд на Арктику завтрашнего дня

Сотни международных исследователей в настоящее время анализируют наблюдения годовой экспедиции MOSAiC, в ходе которой сотни параметров окружающей среды были зарегистрированы с беспрецедентной точностью и частотой в течение полного годового цикла в центральной части Северного Ледовитого океана. Они опубликовали в журнале Elementa три обзорные статьи об атмосфере, снеге и морском льду и океанских программах MOSAiC, в которых подчеркивается важность совместного изучения всех компонентов климатической системы. Эти результаты представляют собой первую полную картину климатических процессов в центральной части и, которая нагревается более чем в два раза быстрее, чем остальная часть планеты, — процессов, влияющих на погоду и климат во всем мире.


Уменьшение морского льда является символом продолжающегося глобального потепления: в Арктике его площадь летом сократилась почти вдвое с тех пор, как в 1980-х годах начались спутниковые наблюдения. Менее изучены, но не менее важны толщина и другие свойства льда. Вопрос о том, что это означает для будущего Арктики и как эти изменения повлияют на глобальный климат, стал стимулом для исторической экспедиции MOSAiC с немецким исследовательским ледоколом Polarstern с сентября 2019 года по октябрь 2020 года. наиболее полная наблюдательная картина климатических процессов в Арктике, где с 1970-х годов температура приземного воздуха повышается более чем в два раза быстрее, чем на остальной части планеты. Для изучения соответствующих процессов в течение всего года потребовалась специальная концепция, отчасти потому, что центральная часть Северного Ледовитого океана по-прежнему покрыта льдом зимой и поэтому труднодоступна. В ходе экспедиции ледокол смерзся на крупную льдину и дрейфовал естественным трансполярным дрейфом через Северный Ледовитый океан. И тут нас ждали первые сюрпризы. «Мы обнаружили более динамичный и быстрый дрейфующий паковый лед, чем ожидалось. Это не только усложнило ежедневную работу наземных групп, но, прежде всего, привело к изменению свойств морского льда и распределения толщины морского льда», — сообщает д-р Марсель Николаус. физик морского льда в Институте Альфреда Вегенера, Центре полярных и морских исследований Гельмгольца (AWI) и соруководитель Team Ice в проекте MOSAiC.

Одна из причин быстрого дрейфа содержится в анализе группы исследователей атмосферы: «Вблизи поверхности были особенно низкие температуры и связанные с ними постоянные сильные ветры в зимние месяцы, которые толкали Полярную звезду быстрее, чем ожидалось. Крупномасштабное атмосферное давление и ветры с января по март привели к особенно сильному полярному вихрю вокруг Арктики, в дополнение к рекордной озоновой дыре в арктической стратосфере», — объясняет доктор Мэтью Шуп, ученый-атмосферник из CIRES в Университете Колорадо и NOAA и соруководитель. атмосферы команды.

Команда океанографов анализирует, как изменения атмосферы и морского льда связаны с температурой и соленостью воды. «Мы наблюдаем растущую связь между верхними слоями океана и более глубокими слоями теплой воды в центральной части Северного Ледовитого океана круглый год», — сообщает д-р Селин Хёзе, физический океанограф из Гетеборгского университета и соруководитель команды MOSAiC Team Ocean. «Во время экспедиции мы смогли полностью составить карту океанских водоворотов за полный годовой цикл. Практически одновременные измерения с «Поларштерна», нашего лагеря, расположенного рядом с ним на льду, и распределенной сети на расстоянии до 50 километров от корабля дают первую оценку. от мелкомасштабных событий до регионального масштаба», — добавляет д-р Бенджамин Рабе, соруководитель команды MOSAiC Team Ocean и физический океанограф из AWI.

Автономные датчики были установлены на, внутри и под льдом для обеспечения скоординированных измерений таких свойств, как температура, ветер или течения в атмосфере, в морском льду и на глубине до нескольких сотен метров в океане под ним. Атмосферные ветры толкают лед и вызывают дрейф снега. Исследователи подробно исследовали, как ветры влияют на морской лед, например, записывая напряжение во льду и измеряя трещины и высоту поднимающихся ледяных торосов. Эти свойства, в свою очередь, влияют на то, где и как снег откладывается или сметается. Снег выделяется своими экстремальными физическими свойствами, поскольку он изолирует морской лед от атмосферы, отражает большую часть солнечного света и содержит пресную воду. «Мы смогли показать, как краткосрочные атмосферные явления (штормы зимой, теплые периоды весной, потоки талой воды летом или дожди осенью) оказывают большое влияние на свойства снега и морского льда в ближайшие месяцы», — Марсель Николаус. описывает текущие выводы. «Мы обнаружили большие пространственные вариации снежного покрова, чем ожидалось, из-за атмосферных процессов и структуры подстилающего морского льда. Эта чрезвычайная изменчивость означает, что мы должны рассматривать снежный покров гораздо более подробно для будущих моделей моделирования и интерпретации спутниковых данных. Поскольку мы также смогли провести дистанционное зондирование льда, они, в сочетании с подробными наблюдениями за снегом и льдом, прокладывают путь к новым и улучшенным наблюдениям за морским льдом с помощью предстоящих спутниковых миссий. позволяет лучше оценить неопределенность существующих спутниковых временных рядов», — продолжает физик AWI, занимающийся изучением морского льда.

Ученый-атмосферник Мэтью Шуп добавляет: «Во время MOSAiC мы наблюдали более 20 арктических циклонов или штормов разного масштаба, которые прошли над нашей льдиной. Мы описали эти события с беспрецедентной подробностью, характеризуя вертикальную структуру ветра и передачу импульса морских льдов и океана, приводя к подвижкам и разламываниям морского льда.Во время этих событий воздействие движущихся в Центральную Арктику теплых воздушных масс со связанными с ними облаками вызывало значительные сдвиги всех составляющих поверхностного энергетического баланса, влияя на состояние морского льда. температуры, роста и/или таяния. Кроме того, круглогодичная информация об изменчивости состава атмосферы и аэрозолей позволяет по-новому взглянуть на относительное влияние переноса на большие расстояния по сравнению с локальными процессами, что имеет важные последствия для циклов, связанных с климатом (например, углеродный цикл), облака и радиационный баланс».

Три обзорные статьи служат справочными материалами для широкого круга будущих научных работ. «Физические наблюдения являются основой для интерпретации биогеохимических циклов и экосистемных процессов, а также для поддержки связанных моделей, которые мы используем, чтобы еще больше узнать о климатических обратных связях и глобальных последствиях изменений в Арктике. Эти изменения могут повлиять на погоду и климат во всем мире», — говорит профессор. , Маркус Рекс, глава MOSAiC и исследователь атмосферы в AWI. «Удивительно, насколько точно мы можем отобразить отдельные процессы и связать их друг с другом. Я рад видеть, как несколько сотен участников MOSAiC сотрудничали в этих публикациях. Международное сотрудничество с участниками экспедиций из многих стран продолжается продуктивно и хорошо скоординировано. , несмотря на то, что экспедиция завершилась уже больше года. Таким образом, мы сможем предоставить еще более важную информацию об изменении климата, которая обеспечит базу знаний для преобразования общества в направлении устойчивого подхода к планете Земля», — говорит лидер MOSAiC Маркус Рекс.

Справочная информация о MOSAiC

Во время экспедиции Многопрофильной дрейфующей обсерватории для изучения арктического климата (MOSAiC) специалисты из 20 стран целый год исследовали Арктику. С осени 2019 года по осень 2020 года немецкий исследовательский ледокол «Поларштерн» дрейфовал вмерзшим во льдах Северным Ледовитым океаном. MOSAiC координировался Институтом Альфреда Вегенера, Центром полярных и морских исследований им. Гельмгольца (AWI). Чтобы сделать этот уникальный проект успешным и получить как можно более ценные данные, более 80 институтов объединили свои ресурсы в исследовательский консорциум. Общая стоимость экспедиции составила около 150 миллионов евро, в основном финансируемых Федеральным министерством образования и исследований Германии.