Dr Ola Persson dan saintis MOSAiC yang lain menubuhkan instrumen saintifik di Lautan Arktik Pusat. Kredit: Daisy Dunne untuk Carbon Brief

Ekspedisi kutub terbesar di dunia sedang dijalankan di Artik. Ekspedisi sepanjang tahun, yang dikenali sebagai Balai Cerap yang diselidiki Multidisiplin untuk Kajian Iklim Arktik (MOSAiC), melibatkan 300 penyelidik dari 19 buah negara. Dari sebuah kapal yang terperangkap dalam ais laut, saintis mengambil ukuran yang boleh membantu mengubah model iklim. Penulis sains Carbon Brief Daisy Dunne menyertai ekspedisi ini selama enam minggu pertama pada musim luruh 2019. Ini adalah yang ketiga daripada empat artikel yang memberi tumpuan kepada ekspedisi MOSAiC.

Bagi kapal belayar berhampiran kutub utara, beberapa kejadian menimbulkan risiko yang lebih besar daripada badai Arktik. 

Ribut Artik dapat melepaskan angin yang sangat tinggi, yang menggegarkan lautan, menyebabkan gelombang membengkak beberapa meter. Ini bukan sahaja menjadikan kehidupan di laut tidak tertahankan bagi pelaut, tetapi juga menjadikan pelayaran di Kutub Utara - dan gunung esnya - lebih mencabar.

Angin kencang juga dapat merobek es laut, menyebabkannya pecah dan bergerak ke arah yang berbeza. Bidang penyelidikan yang semakin meningkat menunjukkan bahawa kesan angin ribut pada ais laut mungkin lebih besar daripada yang difikirkan sebelumnya - dan berpotensi signifikan untuk ramalan kehilangan ais masa depan.

Terdapat bukti yang muncul juga untuk menunjukkan bahawa ribut Arktik boleh menjejaskan cuaca dari kutub.

"Jawapan ringkasnya adalah terdapat beberapa kesan pada lintang pertengahan dari siklon Arktik, tetapi kita tidak tahu dengan apa keteraturan yang berlaku," kata Dr Ola Persson, seorang ahli meteorologi kutub dari Pentadbiran Oseanik dan Atmosfera Negara (NOAA).

Persson adalah salah satu daripada 600 orang yang mengambil bahagian dalam MOSAiC, ekspedisi penyelidikan Artik terbesar yang pernah dicuba. (Carbon Brief baru-baru ini menyertai ekspedisi untuk enam minggu pertama.)

Sebagai sebahagian daripada ekspedisi, Persson dan rakan-rakannya telah menubuhkan pelbagai instrumen untuk mengukur aspek-aspek yang berbeza dari ribut Arktik - dari kelajuan angin yang mereka bawa ke skala impak mereka pada es laut.

Mengumpul data sedemikian boleh membantu menjawab soalan-soalan penting mengenai ribut-ribut Artik, seperti bagaimana mereka dapat mempengaruhi keadaan ais dan iklim jangka panjang dan bagaimana, jika boleh, mereka dapat beralih sebagai tindak balas terhadap perubahan iklim.

Twisted

Ribut Artik ”- juga disebut Artik atau siklon kutub - adalah sistem tekanan rendah yang mempengaruhi Lautan Artik dan tanahnya yang berdekatan, termasuk Greenland, Kanada utara dan Eurasia utara. Dalam ribut Artik, udara berputar berlawanan arah jarum jam.

Animasi di bawah menunjukkan pergerakan ribut Artik melintasi wilayah kutub utara pada tahun 2012 - a tahun rekod rendah untuk ais laut. Dalam animasi, pergerakan angin permukaan diwakili oleh anak panah kecil berwarna mengikut halaju.

Pergerakan ribut musim panas menyeberangi Arctic pada tahun 2012. Kredit: NASA / Goddard Space Flight Center Visual Visualization Studio

Badai Artik boleh membentuk kedua-dua masuk dan keluar dari kawasan kutub, kata Persson. "Sesetengah daripada mereka nampaknya berasal sebagai siklon yang datang dari lintang bawah dan bergerak ke Arktik. Siklon Artik lain kelihatannya berkembang di rantau Artik. "

Ribut yang berasal dari Artik boleh dibentuk apabila terdapat gangguan dalam "tropopause"- bahagian atmosfera yang bertindak sebagai lapisan sempadan antara troposfera dan stratosfera, kata Persson. "Gangguan ini boleh menjadi sangat lama dan, jika syarat-syarat yang betul, mereka seolah-olah mendorong siklon peringkat rendah."

Berbanding dengan badai tropika (dikenali sebagai taufan or angin ribut bergantung kepada di mana mereka ditemui) terdapat sedikit penyelidikan ke ribut Arktik, kata Persson.

Ini sebahagian besarnya kerana, berbanding dengan ribut tengah latitud, siklon Artik memberi kesan kepada sangat sedikit orang. Walau bagaimanapun, penurunan es laut pesat menjadikan Arctic lebih mudah untuk menavigasi untuk tempoh yang lebih lama tahun ini. Ini seterusnya telah mencetuskan rahmat di kedua-dua belah pihak komersial and pelancongan aktiviti di Artik - membuat keperluan untuk memahami badai Artik lebih mendesak.

Terdapat juga beberapa bukti yang menunjukkan bahawa perubahan iklim boleh menyebabkan ribut Artik lebih kerap, kata Prof Jenny Hutchings, seorang saintis MOSAiC dan penyelidik dinamika ais laut dari Universiti Negeri Oregon. "Nampaknya peningkatan dalam aktiviti taufan sehingga Arktik," katanya kepada Carbon Brief.

Walau bagaimanapun, kekurangan data sejarah mengenai ribut Arktik menjadikannya sukar untuk menentukan sama ada terdapat peningkatan trend, kata Persson:

"Terdapat beberapa cadangan bahawa siklon Artik mungkin lebih kerap sekarang, tetapi masalahnya ialah kita tidak mempunyai banyak pengukuran dari sebelumnya. Mungkin kekerapan yang lebih rendah sebelumnya yang kami perhatikan adalah kerana model kami, atau pembinaan semula kami masa lalu, tidak lengkap. "

Satu lagi aspek ribut Arktik yang saintis belum mendapat gambaran jelas ialah struktur fizikal mereka, Persson berkata:

"Siklon Artik kelihatan mempunyai struktur yang berbeza daripada siklon pertengahan latitud. Terdapat beberapa kajian dalam tempoh dua hingga empat tahun yang lalu yang telah mencadangkan bahawa mereka mempunyai struktur menegak lebih serupa dengan taufan berbanding dengan badai pertengahan latitud. "

Semasa ekspedisi MOSAiC, beliau bertujuan untuk mengumpul data mengenai struktur menegak ribut Artik. Ekspedisi ini berpusat di sekitar Polarstern, pemecah ais Jerman yang sengaja dibekukan ke dalam ais laut. Kapal itu akan bergerak pasif dengan ais kerana bergerak ke arah utara ke tahun depan.

Peta menunjukkan laluan Polarstern dari berlepas dari Tromso pada 20 September 2019 ke sekitar 85 darjah utara di Lautan Arktik Tengah, di mana ia melekat pada floe ais pada 6 Oktober 2019 (merah). Anak panah jerami menggambarkan kawasan bahawa kapal itu mungkin hanyut dalam perjalanan selama setahun, yang akan berakhir di dekat Selat Fram. Kredit: Tom Prater untuk Carbon Brief

Untuk mempelajari struktur ribut Arktik, Persson dan rakan-rakannya perlu menunggu mereka untuk melepasi kapal. Mereka kemudiannya akan mengumpul data mengenai ribut menggunakan siri instrumen, termasuk belon cuaca, yang menangkap perubahan suhu, tekanan, kelembapan dan angin atmosfera. Mereka juga akan menggunakan radar cuaca khusus, yang menggunakan gelombang radio untuk mengesan perubahan hujan dan kelajuan angin.

Pelbagai instrumen akan mengambil ukuran pada ketinggian yang berbeza di atmosfer semasa ribut. Dengan menyusun maklumat ini, para penyelidik berharap untuk mempelajari lebih lanjut mengenai struktur menegak lulus ribut Artik.

Juergen Graeser melancarkan balon cuaca di dek helikopter Polarstern. 22 September 2019. Kredit: Esther Horvath

Pecahkan ais

Selain menyiasat struktur ribut Arktik, para penyelidik MOSAiC juga akan cuba mendapatkan gambaran tentang bagaimana mereka dapat mempengaruhi ais laut. Persson berkata:

"Apa yang orang perasan dalam beberapa tahun kebelakangan ini adalah apabila kita mempunyai siklon Arctic yang sangat besar, es laut hilang."

Contoh dramatik ini berlaku di 2012, apabila Artik telah dilanda ribut yang kuat dan perlahan pada bulan Ogos. Siklon itu berlangsung hampir dua minggu, membawa hujan lebat dan 30mph angin.

Pada tahun itu, ais laut Artik telah mencapai tahap terendah pada rekod. Ada kemungkinan ribut memainkan peranan dalam memacu kemerosotan pesat dalam ais laut.

Para saintis menegaskan bahawa ribut itu meningkatkan kehilangan ais dengan menyebabkan ais pecah, menjadikannya lebih terdedah kepada lebur. Angin ribut mungkin juga mendorong ais ke perairan yang lebih panas, meningkatkan pencairan, kata penyelidik.

Walau bagaimanapun, penyelidik lain berpendapat bahawa badai hanya memainkan peranan kecil dalam rekod rendah.

A mengkaji yang diterbitkan pada tahun 2013 menganalisis kesan ribut menggunakan pemodelan iklim. Para penyelidik berlari dua set simulasi: satu pencerminan keadaan Artik pada tahun 2012 dengan badai Ogos termasuk dan satu pencerminan 2012 keadaan tanpa ribut.

Penyelidikan mendapati bahawa, dalam kedua-dua set simulasi, ais laut Artik jatuh ke rekod baru yang rendah. Walau bagaimanapun, dalam simulasi termasuk ribut, rekod yang rendah telah ditetapkan sekitar 10 hari lebih awal daripada simulasi tanpa ribut.

Hasil kajian menunjukkan bahawa faktor lain lebih penting bagi keadaan ais rendah yang dilihat pada tahun 2012, kata para penyelidik. Contohnya, pada tahun itu, suhu musim panas Arktik lebih panas daripada rata-rata dan bungkusan ais sebahagian besarnya terdiri daripada “ais tahun pertama"- ais muda yang lebih mudah dicairkan.

Perubahan sejauh mana ais laut Artik yang berumur kurang dari satu tahun (biru muda) hingga ais berumur empat tahun ke atas (biru tua) dari masa ke masa. Tunjang ditunjukkan untuk minggu yang sama (22-28 Oktober) dari 1985-2019. Sumber data: Pusat Data Salji dan Es Kebangsaan. Carta dengan Carbon Brief menggunakan Highcharts

Walaupun kajian itu membantu menyuarakan cyclone 2012, kesan sebenar badai Artik pada ais laut masih tidak diketahui. "Kami hanya melihat satu badai besar," berkata penyelidik bersama kajian Dr Ron Lindsay, daripada Universiti Washington pada tahun 2013. "Jika kita mahu memahami bagaimana ribut akan menjejaskan penutup ais pada masa akan datang kita perlu memahami kesan ribut dalam keadaan yang berbeza."

Salah satu penyelidikan yang bertujuan untuk ekspedisi MOSAiC ialah mengkaji kesan badai Artik di atas ais laut sepanjang tahun, di bawah pelbagai keadaan.

Dalam radius 50km di sekitar kem ais utama MOSAiC, saintis ada dipasang rangkaian stesen penyelidikan terapung. Stesen-stesen ini adalah rumah kepada satu siri instrumen yang, untuk tahun yang akan datang, akan mengambil pengukuran perubahan berterusan dalam atmosfera, es laut dan lautan.

Salah satu instrumen ini, a sledge metal gergasi ditubuhkan oleh Persson dan rakan-rakannya, akan digunakan untuk mengkaji ribut-ribut Artik. The sledge dilindungi oleh pelbagai peralatan yang mengukur perubahan di atmosfera.

Kit yang paling penting untuk memantau melewati ribut Artik adalah "anemometer sonik" - instrumen yang keluar dari sisi sledge yang menggunakan gelombang bunyi untuk mengukur perubahan pada kelajuan dan arah angin.

Dr Ola Persson dan rakan sekerja melampirkan anemometer sonik kepada instrumen saintifik di Lautan Arktik Pusat. Kredit: Daisy Dunne untuk Carbon Brief

The sledge juga mempunyai sistem GPS canggih, yang membolehkan para penyelidik mengesan lokasi floes ais secara real time.

Dengan menggunakan instrumen ini, para penyelidik merancang untuk memantau kepantasan dan kekuatan angin semasa ribut - dan apakah angin ini menyebabkan ais laut pecah dan bergerak ke arah yang berbeza.

"Kami sememangnya akan dapat memaparkan tindak balas ais semasa siklon dan melihat jika angin kencang yang dibawa oleh siklon menyebabkan ais menyimpang," kata Hutchings.

Penyelidikan ini berisiko. Ribut yang sangat teruk boleh menyebabkan ais laut berpecah dua atau pecah sepenuhnya, menyebabkan instrumen penyelidik jatuh ke dalam lautan.

"Itu sesuatu yang menarik untuk dilihat, yang mana ais terapung hidup pada akhirnya - dan yang tidak," kata Dr Thomas Krumpen, seorang penyelidik ais laut dari AWI dan ketua bersama pelayaran di atas kapal Akademik Fedorov.

Ukuran yang diambil sehingga akhir ekspedisi pada bulan September 2020 diharapkan dapat menumpahkan lebih banyak cahaya pada kesan badai Arktik pada penutup ais.

Badai di jalan raya

Salah satu sebab saintis MOSAiC berminat untuk mengumpul data mengenai ribut Arktik ialah beberapa bukti menunjukkan bahawa mereka boleh mempengaruhi keadaan iklim dari kutub.

Ini kerana, dalam keadaan tertentu, cuaca Arctic dapat melarikan diri dari kawasan kutub dan menjangkau ke garis tengah, kata Persson.

Satu contoh kejadian ini berlaku pada awal tahun 2019, apabila bahagian Amerika Syarikat dan Kanada terpukul oleh sebuah snap sejuk yang melampau yang menghantar suhu menjunam ke -17C dan di bawah.

Seorang lelaki menggali kereta Chevrolet merah dari salji tempat letak kereta pada waktu pagi. Toronto, Kanada. 29 Januari 2019. Kredit: Torontonian / Foto Saham Alamy

Walaupun sains belum lagi pasti, nampaknya ribut Arktik dapat bergerak dari Arktik dan ke lintang pertengahan apabila terdapat gangguan dalam "vorteks kutub stratosferik"- sistem cuaca tekanan rendah yang terletak sekitar 50km di atas Arktik.

Apabila terganggu, pusaran polar dapat menjadi lemah - membiarkan cuaca sejuk yang biasanya dikandungnya tumpah ke lintang tengah. "[Ini] membawa banyak udara sejuk dan memicu ribut dan hujan salju," kata Persson.

Rajah di bawah menunjukkan bagaimana vorteks polar yang lemah dapat membenarkan cuaca Arctic sejuk melarikan diri dari tiang utara.

Ilmu di sebalik pusaran kutub. Kredit: NOAA

Walaupun latitud-latitud telah menyaksikan beberapa kekukuhan musim sejuk yang ketara dalam beberapa tahun kebelakangan ini, masih belum jelas sama ada kejadian seperti itu semakin berkemungkinan, kata Persson.

Dengan mengumpul data mengenai pergerakan badai Arktik sepanjang perjalanan MOSAiC, beliau berharap dapat memperoleh pemahaman yang lebih baik tentang seberapa sering mereka keluar dari Arktik. "Jawapan ringkasnya adalah terdapat sedikit kesan pada lintang pertengahan dari siklon Artik, tetapi kita tidak tahu dengan apa yang berlaku."

Tentang Pengarang

Daisy Dunne adalah salah satu daripada lima wartawan yang dipilih untuk melaporkan mengenai MOSAiC. Kosnya sekali meninggalkan Tromso diliputi oleh Institut Alfred Wegener, yang menganjurkan ekspedisi itu.

Artikel ini pada asalnya muncul Karbon Brief

Buku-buku yang berkaitan

Perubahan Iklim: Apa Yang Harus Anda Ketahui Setiap Orang

oleh Joseph Romm
Buku asas penting mengenai apa yang akan menjadi isu penentu masa kita, Perubahan Iklim: Apa Yang Harus Diketahui Semua Orang adalah gambaran menyeluruh tentang sains, konflik, dan implikasi dari planet pemanasan kami. Dari Joseph Romm, Ketua Penasihat Sains untuk National Geographic Tahun Hidup Berbahaya siri dan salah satu daripada "100 Rolling Stone yang mengubah Amerika," Perubahan iklim menawarkan jawapan yang mesra pengguna dan saintifik terhadap soalan yang paling sukar (dan biasa dipolitikkan) yang mengelilingi ahli klimatologi Lonnie Thompson sebagai "bahaya yang jelas dan terkini terhadap tamadun." Tersedia di Amazon

Perubahan Iklim: Sains Pemanasan Global dan edisi Edisi Edisi Kedua kami

oleh Jason Smerdon
Edisi kedua ini Perubahan iklim adalah panduan yang boleh diakses dan komprehensif kepada sains di sebalik pemanasan global. Dengan ilustrasi yang indah, teks itu ditujukan kepada pelajar di pelbagai peringkat. Edmond A. Mathez dan Jason E. Smerdon menyediakan pengantar yang luas dan informatif kepada sains yang mendasari pemahaman kita mengenai sistem iklim dan kesan aktiviti manusia terhadap pemanasan planet kita. Mathez dan Smerdon menerangkan peranan bahawa atmosfer dan lautan bermain dalam iklim kita, memperkenalkan konsep keseimbangan sinaran, dan menerangkan perubahan iklim yang berlaku pada masa lalu. Mereka juga memperinci aktiviti manusia yang mempengaruhi iklim, seperti gas rumah hijau dan pelepasan aerosol dan penebangan hutan, serta kesan fenomena alam.  Tersedia di Amazon

Sains Perubahan Iklim: Kursus Hands-On

oleh Blair Lee, Alina Bachmann
Sains Perubahan Iklim: Kursus Hands-On menggunakan teks dan lapan belas aktiviti tangan untuk menjelaskan dan mengajar sains pemanasan global dan perubahan iklim, bagaimana manusia bertanggungjawab, dan apa yang boleh dilakukan untuk memperlahankan atau menghentikan kadar pemanasan global dan perubahan iklim. Buku ini adalah panduan lengkap dan komprehensif untuk topik persekitaran yang penting. Subjek yang terkandung dalam buku ini termasuk: bagaimana molekul memindahkan tenaga dari matahari untuk memanaskan atmosfera, gas rumah hijau, kesan rumah hijau, pemanasan global, Revolusi Perindustrian, tindak balas pembakaran, gelung maklum balas, hubungan antara cuaca dan iklim, perubahan iklim, sinki karbon, kepupusan, jejak karbon, kitar semula, dan tenaga alternatif. Tersedia di Amazon

Dari Penerbit:
Pembelian di Amazon pergi untuk membiayai kos membawa anda InnerSelf.comelf.com, MightyNatural.com, and ClimateImpactNews.com tanpa sebarang kos dan tanpa pengiklan yang mengesan tabiat melayari anda. Walaupun anda mengklik pada pautan tetapi tidak membeli produk-produk terpilih ini, apa-apa lagi yang anda beli dalam lawatan yang sama di Amazon memberi kami komisen kecil. Tiada kos tambahan untuk anda, jadi sila sumbangkan kepada usaha. Anda juga boleh gunakan pautan ini untuk digunakan untuk Amazon pada bila-bila masa supaya anda boleh membantu menyokong usaha kami.