Исследование баланса тепла у поверхности Северного Ледовитого океана (SHEBA) было финансируемым Национальным научным фондом исследовательским проектом, предназначенным для количественной оценки процессов теплопередачи, происходящих между океаном и атмосферой в течение года в Северном Ледовитом океане , где солнце находится над горизонтом с весны до лета и ниже горизонта в остальное время. Исследование было разработано, чтобы предоставить данные для использования в глобальных климатических моделях , которые ученые используют для изучения глобального изменения климата . [1]
Задний план
Лед лучше отражает солнечный свет, чем открытая вода. Заснеженный морской лед отражает около 80% падающего солнечного света. Сезонные изменения в Арктике приводят к чистому небу и радиационному похолоданию из-за заснеженного морского льда в постоянно темную арктическую зиму. Весной, с возвращением солнечного света, начинают формироваться тающие лужи, которые увеличивают скорость поглощения тепла от солнца. Летом, при постоянном дневном свете, образуются облака, которые отражают свет в небо, но препятствуют потоку тепла из океана. Для того, чтобы количественно оценить эти эффекты на большой части земного шара - Северном Ледовитом океане - потребовались широкомасштабные усилия по сбору и анализу научных данных в течение года. [1] Следовательно, Национальный научный фонд вместе с другими спонсорами [2] профинансировал исследование для более точной количественной оценки этих процессов. [3]
Ледовая станция ШЕБА
Группа ученых отправилась на борт корабля канадской береговой охраны Des Groseilliers в Северный Ледовитый океан. 2 октября 1997 года он прибыл в место, где, по плану, судно могло замерзнуть в паковых льдах и стать базой для научных наблюдений. Эти наблюдения включали измерения океанических и атмосферных процессов от воды подо льдом, около корабля, до верхних слоев атмосферы. Включенные измерения:
- Потоки излучения: длинноволновые и коротковолновые.
- Тепловой поток: турбулентные потоки скрытого и явного тепла.
- Высота, толщина и другие свойства облака
- Процессы энергообмена в пограничных слоях атмосферы и океана.
- Высота снежного покрова и толщина льда
- Соленость океана, температура и течения
Судно оставалось неподвижным по отношению ко льду в течение одного года и покинуло его 11 октября 1998 года. Оно стало известно как «Ледовая станция ШЕБА». [1] [4]
Полученные результаты
Ученые обнаружили, что облака в месте нахождения корабля являются обычным явлением в течение года. По сообщениям, в середине зимы в 40% случаев было пасмурно, а летом небо постоянно было затянуто облаками. Температура воздуха была на 0,6 ° C ниже средней региональной климатологической температуры. В отсутствие солнца зимой чистый поток тепла (поток) шел от поверхности океана к небу, отмеченный большими различиями в потоке с изменениями облачного покрова. В апреле поток изменился в сторону солнечного потепления поверхности моря, которое достигло максимума в июле, когда солнечный свет был наиболее сильным и лед образовал тающие пруды, которые были намного темнее снега и могли более эффективно поглощать солнечный свет. [1]
Ученые также измерили чистое изменение массы льда и снежного покрова на 100 участках. Они отметили широкий диапазон изменений в регионе, окружающем корабль. Они определили, что с убывающим солнечным светом осени температура льда упала так, что к ноябрю образовался новый рост на дне пакета льда. На основании этих наблюдений они выделили пять фаз изменения теплового баланса: [1]
- Сухой снег
- Тающий снег
- Формирование пруда
- Эволюция пруда
- Замерзание осени.
Моделирование
Результаты экспериментов позволили провести содержательное моделирование процессов сезонного баланса тепла, протекающих через морской лед и атмосферу Северного Ледовитого океана. Объем модели - колонна из-под льда сквозь верхнюю часть атмосферы. Ученые поняли, что ключом к модели была правильная характеристика изменяющейся отражательной способности или альбедо ледяной поверхности из-за изменений снежного покрова и таяния льда. Облачный покров был ключом к описанию того, сколько энергии достигло поверхности океана или покинуло ее. [1]
Океанские процессы
Модель включала наблюдение, что солнечное излучение является преобладающим источником тепла на поверхности. Это объясняет изменение в открытом океане от максимума в 5% в июне и изменения альбедо. Примерно 8% приходящей солнечной радиации поглощалось океаном через лед. [1]
Атмосферные процессы
Ученые смогли определить параметры приповерхностной турбулентности, которые характеризуют степень, в которой движение воздуха может охлаждать или нагревать поверхность льда в зависимости от сезона. Летом поверхность становится более шероховатой и замедляет воздушный поток. В лидарном измерения облака и balloonsonde данные о температуре и турбулентности позволили научной характеристике роли атмосферы над льдом в стимуляции или ингибировании потепления или охлаждении поверхности океана. [1]
Участников
Следующие люди и организации участвовали в SHEBA: [3]
Имя | Принадлежность | Место расположения |
---|---|---|
Утталь и Интриери | NOAA / Лаборатория экологических технологий | Боулдер, Колорадо |
Карри и Масланик | Колорадский университет | Боулдер, Колорадо |
Макфи | Исследовательская компания McPhee | Начес, Вашингтон |
Перович и Гренфельд | Исследовательская и инженерная лаборатория холодных регионов , Армия США | Ганновер, Нью-Гэмпшир |
Мориц, Стерн, Хейберг, Морисон и Линдси | Вашингтонский университет | Сиэтл, Вашингтон |
Гость и Стэнтон | Военно-морская аспирантура | Монтерей, Калифорния |
Мур | Университетская корпорация атмосферных исследований | Боулдер, Колорадо |
Turenne | Канадская береговая охрана | Квебек, Квебек , Канада |
Серрез и Перссон | Кооперативный институт исследований в области наук об окружающей среде | Боулдер, Колорадо |
Wylie | Университет Висконсина, Мэдисон | Мэдисон, Висконсин |
Полсон, Уиллер и Пегау | Государственный университет Орегона | Корваллис, Орегон |
Галле и Пинкель | Институт океанографии Скриппса | Ла-Хойя, Калифорния |
Макштас | Университет Аляски | Фэрбенкс, Аляска |
Уэлч | Институт пресной воды | Виннипег, Манитоба , Канада |
Шупе | Корпорация науки и технологий | Боулдер, Колорадо |
Stamnes | Технологический институт Стивенса | Мэйплвуд, Нью-Джерси |
Рекомендации
- ^ a b c d e f g h Перович, Дональд; Мориц, Ричард С .; Уэтерли, Джон (2003), SHEBA: баланс тепла у поверхности Северного Ледовитого океана (PDF) (изд. 03048), Национальный научный фонд
- ^ Основное спонсорство было предоставлено Программой NSF Arctic System Science Program по грантам Управления полярных программ (Отдел наук об океане и Отдел атмосферных наук) при дополнительной поддержке Управления военно-морских исследований и Японского центра морских наук и технологий.
- ^ а б Уттал, Танейл; Карри, Джудит А .; Макфи, Майлз Дж .; Перович, Дональд К .; и другие. (Февраль 2002), "Поверхностные тепла Бюджет Северного Ледовитого океана" (PDF) , Бюллетень Американского метеорологического общества , 83 (2): 255-275, DOI : 10,1175 / 1520-0477 (2002) 083 <0255: SHBOTA> 2.3.CO; 2 , 2011-01-12, архивировано из оригинального (PDF) на 2011-07-26
- ^ "Ice Station SHEBA" является ссылкой на роман, Ice Station Zebra , или фильм .
Внешние ссылки
- Национальный фонд науки