气候变化的一些最著名和最令人担忧的方面是它对天气模式的潜在影响,以及它如何加速天然冰的融化。研究已经证明,由于全球变暖,北极的海冰面积正在迅速减少,整个北极的温度和水分含量已经发生了重大变化。不幸的是,准确理解这些变化如何影响该地区的云形成是非常具有挑战性的,而云的组成和相位是预测数值模型中需要考虑的重要方面。
在最近发表于地球物理研究快报日本国立极地研究所(National Institute of Polar Research)的井上俊(Jun Inoue)博士领导的一组科学家试图回答一个奇怪的问题:北冰洋较高的海浪是否会促进含冰云的形成?这个问题一开始可能看起来很奇怪,因为大多数人都不会理解这两种自然现象之间存在联系。然而,正如这项研究的结果所表明的那样,很可能有一个。
研究中使用的实地数据是2018年11月在北极地区楚科奇海的一次探险中收集的房车Mirai这是一艘日本科考船。此前对该地区的研究表明,北极海冰的减少导致了更频繁的活跃天气系统、更强的风和更高的海浪。研究小组推测,这些因素可能会影响云的形成和组成,因为海浪和强风会使海面上的有机颗粒以浪花的形式分散在大气中。一旦这些悬浮的有机颗粒到达足够高的高度,它们就像“种子”一样促进冰晶的形成,因此它们被称为“冰核颗粒”(INPs)。这些冰晶通过冻结周围的水滴而不断生长,从而形成了所谓的冰云。
为了证明这个假设,井上博士和他的团队房车Mirai在12天的时间里,在楚科奇海的关键地点定期部署各种测量仪器。从船上用气球发射云粒子传感器来分析云的相位,定期在船上采样周围的气溶胶进行化学分析,并不断测量波浪高度和风速。此外,研究人员进行了不同深度的浊度测量,以澄清天气和海洋条件之间的关系。
在分析了所有收集到的数据后,科学家们设法描绘了一个更清晰、有证据支持的观点。”楚科奇海相对较浅,平均深度只有40米。在那里,一个混合的海洋层形成并进入海底,这些云提供了一个由湍流动能提升的INPs储存库。”井上博士解释道,“由强风和巨浪引起的浪花将这些INPs带到大气中,促进了冰云的形成。他补充说,这是第一批同时将海洋结构、海面条件、气溶胶和云特征联系起来的论文之一。
如果我们要准确预测全球变暖对北极的影响,从这项研究中获得的见解是非常重要的。冰云反射的短波太阳辐射比水云少得多,因此云的相位极大地影响了极地地区的地表热收支。它们还可能增加降雪量,这反过来又对海冰的形成产生积极影响。”了解云的形成与源于最近北极海冰减少的新海况之间的关系,对于熟练的天气和海冰预报以及未来的气候预测至关重要井上博士强调说。让我们希望在北极的进一步研究能让我们阐明决定天气的所有细节和隐藏的相互作用,这样气候变化的后果就不会让我们措手不及。
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