Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Ученый перед колесным парком polarstern.jpg

Многопрофильная дрейфующих обсерватория по изучению арктического климата (мозаичных, / ˌ м ə ʊ г ɛ ɪ ɪ к / ) экспедиции был один-летней экспедиции в Центральную Арктику (сентябрь 2019 - октябрь 2020). [1] [2] Впервые современный исследовательский ледокол смог работать в непосредственной близости от Северного полюса круглый год, включая полярную ночь в течение почти полугода зимой. [3]С точки зрения логистических проблем, общего числа участников, числа участвующих стран и доступного бюджета MOSAiC представляет собой крупнейшую арктическую экспедицию в истории. [1]

Во время своего годичного путешествия центральный экспедиционный корабль, исследовательский ледокол Polarstern из Института Альфреда Вегенера в Германии , Центра полярных и морских исследований им. Гельмгольца (AWI) , получил поддержку и пополнение запасов ледоколов и исследовательских судов Академик Федоров и Капитан Драницын. (Россия), Сонне и Мария С. Мериан (Германия) и Академик Трёшников (Россия). [4] Кроме того, были запланированы обширные операции с участием вертолетов и других самолетов. [2] Всего на разных этапах экспедиции в Центральной Арктике работало более 600 человек. [5]Международная экспедиция, в которой приняли участие более 80 организаций из 20 стран, была проведена AWI под руководством полярного исследователя и исследователя климата Маркуса Рекса. Основные цели MOSAiC заключались в исследовании сложных и пока еще плохо изученных климатических процессов, действующих в Центральной Арктике, в улучшении представления этих процессов в глобальных климатических моделях и в содействии созданию более надежных климатических прогнозов. [6]

Стоимость экспедиции 140 миллионов евро (примерно 154 миллиона долларов США); Половина бюджета была предоставлена Федеральным министерством образования и науки Германии (BMBF). Участие США было в первую очередь поддержано Национальным научным фондом , который вложил в проект около 24 миллионов долларов, что стало одной из крупнейших исследовательских инициатив в Арктике, которые когда-либо проводилось агентством. Департамент энергетики также высоко инвестирован в миссии, финансирование почти 10 млн и $ обеспечивая самый большой набор атмосферных инструментов.

Экспедиция MOSAiC [ править ]

Ледокол Polarstern .

В течение полугодовой арктической зимы морской лед слишком толстый для исследовательских ледоколов. Следовательно, данные по Центральной Арктике практически отсутствуют, особенно зимой. Чтобы добраться до Центральной Арктики зимой, экспедиция MOSAiC пошла по стопам знаменитой экспедиции Фритьофа Нансена на деревянном паруснике « Фрам» в 1893–1896 годах, более 125 лет назад. [7]Его смелое путешествие показало, что можно позволить кораблю дрейфовать через полярную шапку, от Сибири до Атлантики, застрявшего в толстом морском льду и ведомого исключительно силами естественного дрейфа льда. Хотя Нансен продемонстрировал фундаментальную осуществимость такой попытки, научные измерения, возможные в его дни, были еще довольно примитивными. Во время MOSAiC впервые дрейф « Фрама » был повторен с помощью исследовательского ледокола, оснащенного настоящим арсеналом передовых инструментов для исследования и регистрации сложных климатических процессов в Центральной Арктике.

Белые медведи в исследовательском лагере MOSAiC

Сердцем MOSAiC был одногодичный дрейф Polarstern через Центральную Арктику. 20 сентября 2019 года судно вышло из норвежского порта Тромсё вместе с `` Академиком Федоровым '' , проследовало на восток вдоль сибирского побережья и примерно на 125 ° в.д. повернуло на север и начало прорваться в морской лед Центральной Арктики, который все еще оставался неизменным. возможно в это время года. 4 октября 2019 года в точке 85 ° северной широты и 134 ° восточной долготы экспедиция MOSAiC обнаружила подходящую льдину размером примерно 2,5 на 3,5 километра. Polarsternпоставила двигатели на нейтраль и позволила себе оказаться в ловушке морского льда. Затем вокруг корабля на льду был разбит обширный исследовательский лагерь. В то же время Академик Федоров развернул сеть исследовательских станций на льду, некоторые на расстоянии 50 км от позиции Polarstern . [8] Сеть состояла как из автономных, так и из дистанционно управляемых приборов, которые проверялись через регулярные промежутки времени с помощью полетов вертолетов из центрального Поларштерна, образующего Центральную обсерваторию. [9] [10]

После доставки последней партии топлива в конце октября Академик Федоров вернулся в Тромсё. С этого момента естественный дрейф разнес Polarstern и его сеть исследовательских станций по всему региону Северного полюса. 24 февраля 2020 года Polarstern побил рекорд: во время дрейфа он достиг 88 ° 36 'северной широты, всего в 156 километрах от Северного полюса. [11] Летом 2020 года корабль достиг пролива Фрама . 13 августа, после последней большой дозаправки и ротации персонала, «Поларстерн» начал движение в сторону Центральной Арктики, чтобы изучить начало и раннюю фазу замерзания морского льда. [12]19 августа корабль достиг Северного полюса. Путешествие от северного пролива Фрама до полюса заняло всего шесть дней. [13] После непродолжительных поисков команда MOSAiC нашла новую льдину. Так называемая льдина MOSAiC 2.0 была обнаружена в одиннадцати морских милях от маршрута, по которому исходная льдина прошла в январе 2020 года. [14] Polarstern покинул льдину MOSAiC 2.0 20 сентября 2020 года, через год после начала экспедиции. 12 октября 2020 года Polarstern вернулся в свой порт приписки в Бремерхафене . [15]

В период с августа по сентябрь 2020 года немецкие исследовательские самолеты Polar 5 и Polar 6 вылетели со Шпицбергена для проведения аэрофотосъемки морского льда и атмосферы над Северным Ледовитым океаном в дополнение к исследовательской программе экспедиции MOSAiC. [16]

Топливные склады, созданные на островах у берегов Сибири специально для экспедиции, поддерживали потенциальные аварийные операции с помощью вертолетов дальнего действия, которые могли достичь Поларштерна в случае аварии, по крайней мере, на ранних и поздних этапах экспедиции. [10]

Основные направления исследований [ править ]

Основная цель проекта MOSAiC - понять взаимосвязанные климатические процессы в Центральной Арктике, чтобы их можно было более точно интегрировать в региональные и глобальные климатические модели. Полученные результаты будут способствовать созданию более надежных прогнозов климата в Арктике и во всем мире, а также в улучшении прогнозов погоды и прогнозов состояния морского льда в Арктике. [6] [17]

Кроме того, результаты миссии MOSAiC помогут понять региональные и глобальные последствия изменения климата в Арктике и потери морского льда. [18] Они улучшат подготовленность сообществ в Арктике и северных средних широтах, обеспечат научную основу для разработки политики устойчивого развития Арктики и поддержат принятие решений, основанных на фактах, в областях смягчения последствий и адаптации к глобальному изменению климата. [9] [17]

Атмосфера [ править ]

Ученые размещают портативную климатическую обсерваторию на полярном льду.

Всеобъемлющие и комплексные атмосферные измерения, выполненные во время MOSAiC, обеспечивают физическую основу для понимания локальных и вертикальных взаимодействий в атмосфере и взаимодействий между атмосферой, морским льдом и океаном. Характеристика процессов в облаках , пограничном слое атмосферы , приземном слое и потоке поверхностной энергии приведет к лучшему пониманию нижней тропосферы , которая взаимодействует с поверхностью в Арктике. Одной из самых больших проблем было последовательное выполнение этих измерений по всему морскому льду.весь годовой цикл, особенно в начале периода замерзания, чтобы отслеживать переход от открытой воды к очень тонкому слою льда. Показания, полученные на больших высотах, позволили получить представление о характеристиках средней и верхней тропосферы и о взаимодействии со стратосферой. Чтобы улучшить наше понимание аэрозолей и взаимодействий аэрозолей с облаками над Центральной Арктикой, особенно зимой, были проведены измерения состава частиц, их физических свойств, их прямого и косвенного радиационного воздействия, а также их взаимодействия со свойствами облаков. [9] Регулярные радиозондовые наблюдения в сочетании с привязным аэростатом.Измерения позволили получить профили атмосферных условий в столбе воздуха над площадкой MOSAiC с высоким разрешением. Кроме того, радиолокационные измерения использовались для определения вертикального профиля скорости и направления ветра, а также основных свойств облаков, включая лед и жидкую воду. Основные термодинамические параметры , а также кинематические структуры атмосферы исследовались с помощью микроволновых и инфракрасных радиометров , рамановского и доплеровского лидара .

Морской лед [ править ]

Наблюдения за морским льдом охватывали широкий диапазон от физических и механических характеристик арктического морского льда до его морфологии , оптических свойств и баланса массы . Акцент был сделан на характеристике снежного и ледяного покрова, а также на достижении лучшего понимания процессов, определяющих их свойства. Снежные траншеи и ледяные керны помогли исследователям собрать эти ценные данные. Дальнейшие аспекты наблюдения за морским льдом включали определение баланса массы путем измерения глубины снежного покрова и толщины льда, а также измерение диффузии солнечного света во льду, спектрального альбедо льда и его пропускания.. Кроме того, в течение всего годового цикла проводился мониторинг различных типов льда, чтобы определить пространственную изменчивость и развитие ледяного покрова в Арктике с течением времени. [9] [10]

Океан [ править ]

Океанские процессы влияют на энергетический баланс в Арктике, а также на рост и таяние морского льда из-за дополнительного тепла. Они также играют важную роль в биологической активности, которая связывает и потенциально экспортирует CO 2 . Измерения в толще воды прольют новый свет на ключевые механизмы, происходящие в океане, например: (1) теплообмен между морским льдом и океаном , (2) поглощение солнечного света и обработка образующегося тепла , (3) взаимодействие с глубоководными морями. процессы, и (4) первичная биологическая продуктивность и экспорт органического вещества из эвфотической зоны .

Учитывая, что понимание эволюции морского льда было одной из основных целей экспедиции MOSAiC, океанические процессы, влияющие на лед, такие как приповерхностное перемешивание, были в центре океанографических исследований . Кроме того, были подробно исследованы динамика и термодинамика слоя смешения. [9] С этой целью проводились непрерывные измерения турбулентногопотоков непосредственно под границей океана и льда, чтобы помочь понять скорость льда и океана, вертикальные тепловые и импульсные потоки, диффузию массы и другие ключевые процессы. Более того, глубоководные слои океана наблюдались в более широком контексте путем создания профилей скорости потока, температуры, солености и растворенного кислорода в верхних сотнях метров Северного Ледовитого океана на регулярной основе, чтобы лучше понять его влияние на верхние слои океана. -ледный пограничный слой. [10]

Экосистема и биогеохимия [ править ]

Наблюдения за биологической и биогеохимической трансформацией и сукцессией в основном были сосредоточены на анализе проб из всех трех основных физических режимов, то есть льда, снега и водной среды. Дополнительно были проведены измерения расхода в пограничных слоях лед / вода и лед / воздух. Они повторялись в течение всего арктического года для количественной оценки биологии и биогеохимии системы морской лед / атмосфера в любое время года, особенно в недостаточно изученную арктическую зиму. Например, годовой бюджет массы для органического и неорганического углерода контролировали и кристаллографические показания были взяты на глендонит в донных каналах. [10]Последний дал представление о биогеохимии чистого воздушного / ледяного потока CO 2, производимого морским льдом, а также о возможности улавливания органического углерода и дыхания CO 2 . Вторая цель состояла в том, чтобы количественно оценить накопление метана , окисление под морским льдом и потоки воздуха / океана с учетом потенциала основных океанических потоков метана в атмосферу. Третий ключевой элемент: наблюдение за циклами биогенных газов, таких как N 2 O , O 2 , DMS (диметилсульфид) и бромоформ в снегу , морском льду и воде., что способствовало нашему пониманию основных биогеохимических путей. [10] Дополнительным важным аспектом было создание годового баланса массы и цикла лед / вода для макро- и микроэлементов; в связи с этим были исследованы вертикальные потоки питательных веществ между океаном, эвфотической зоной , смешанными и глубокими слоями океана, отчасти с помощью молекулярных инструментов, чтобы лучше понять цепочки рециркуляции.

Реализация модели [ править ]

Тесно взаимосвязанная концепция моделирования и наблюдений была центральной при определении и планировании экспедиции MOSAiC. Чтобы понять и объяснить изменения, происходящие в арктической климатической системе , будут разработаны новые модели , а предыдущие модели будут уточнены на основе наблюдений и показаний, сделанных во время экспедиции. Эти наблюдения также будут играть важную роль в улучшении этих моделей и разработке новых для прогнозов погоды и морского льда., и для климатических прогнозов. В свою очередь, модели предложат понимание явлений, которые нельзя наблюдать напрямую. Наблюдения, проводимые в рамках MOSAiC, предоставят новые рамочные условия для моделей в различных масштабах; например, модели с высоким разрешением будут использоваться для подробных исследований, и эти исследования могут обеспечить основу для улучшения региональных и глобальных климатических моделей. [2]

Кроме того, региональные арктические модели будут использоваться для ответа на важные вопросы, касающиеся роли Арктики как глобального поглотителя энергии; как изменяющийся объем льда в Арктике будет формировать схемы глобальных связей; и как эти изменения повлияют на кровообращение и погоду в более низких широтах. [2] Моделирование и наблюдения во время MOSAiC будут проводиться в тесном сотрудничестве с международными усилиями по моделированию Всемирной программы метеорологических исследований и Всемирной программы исследований климата.

Школа MOSAiC 2019 [ править ]

На первом этапе экспедиции на « Академике Федорове» прошли шестинедельные курсы для 20 аспирантов . Это было сделано совместно партнерами MOSAiC и Ассоциацией полярных ученых раннего возраста . [19]

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b «MOSAiC - Многопрофильная дрейфующая обсерватория для изучения климата Арктики» . www.mosaic-expedition.org . Проверено 12 июня 2019 .
  2. ^ a b c d "Экспедиция - МОЗАИКА" . www.mosaic-expedition.org . Проверено 12 июня 2019 .
  3. ^ Мейер, Робинсон (2017-09-05). «Год на льду» . Атлантика . Проверено 12 июня 2019 .
  4. ^ "Дрифт" . Экспедиция MOSAiC . Проверено 30 декабря 2020 .
  5. ^ "Экспедиция в цифрах - МОЗАИКА" . www.mosaic-expedition.org . Проверено 12 июня 2019 .
  6. ^ a b Каплан, Сара (10 июня 2019 г.). «Дрейф в Арктике» . Вашингтон Пост . Проверено 12 июня 2019 .
  7. ^ Девлин, Ханна (2017-02-20). «Ученые повторили переход корабля XIX века через полярную ледяную шапку» . Хранитель . ISSN 0261-3077 . Проверено 12 июня 2019 . 
  8. ↑ Данн, Дейзи (18 ноября 2019 г.). «Внутри MOSAiC: как годичная арктическая экспедиция помогает климатологии» . Carbon Brief . Проверено 30 декабря 2020 .
  9. ^ a b c d e Научный план MOSAiC (PDF) . Институт Альфреда Вегенера (AWI) / Международный арктический научный комитет (IASC). 2016. Архивировано из оригинального (PDF) 29 марта 2019 года . Проверено 3 апреля 2019 .
  10. ^ a b c d e f План реализации MOSAiC (PDF) . Институт Альфреда Вегенера (AWI). 2018. Архивировано из оригинального (PDF) 29 марта 2019 года . Проверено 3 апреля 2019 .
  11. ^ "Два новых рекорда на Северном полюсе" . www.awi.de . Проверено 30 декабря 2020 .
  12. ^ «Время попрощаться - пресс-релиз AWI» . www.awi.de . Проверено 30 декабря 2020 .
  13. ^ "Экспедиция MOSAiC достигает Северного полюса" . www.awi.de . Проверено 30 декабря 2020 .
  14. ^ «MOSAiC WebApp, 22 августа 2020 г.» . follow.mosaic-expedition.org . Проверено 30 декабря 2020 .
  15. ^ Амос, Джонатан (2020-10-12). «Немецкий корабль завершает историческую арктическую экспедицию» . BBC News . Проверено 30 декабря 2020 .
  16. ^ «Воздушная кампания MOSAiC: первые полеты для аэрофотосъемки в Арктике с момента вспышки пандемии коронавируса» . www.awi.de . Проверено 30 декабря 2020 .
  17. ^ a b "Наука - МОЗАИКА" . www.mosaic-expedition.org . Проверено 12 июня 2019 .
  18. ^ "BBC World Service - Newshour, Почему ученые хотят, чтобы их лодка застряла во льдах Арктики" . BBC . Проверено 12 июня 2019 .
  19. ^ "Школа MOSAiC 2019" . Ассоциация полярных ученых раннего возраста . Проверено 21 января 2019 .

Внешние ссылки [ править ]

  • Официальный сайт экспедиции MOSAiC
  • Следите за экспедицией MOSAiC (Progressive Web App)
  • «Исследователи Арктики закроют этот корабль во льдах на год, чтобы изучить меняющийся полярный регион» , журнал Science, 20 августа 2019 г.
  • Интервью с руководителем проекта Маркусом Рексом из Института Альфреда Вегенера (AWI)