Баланс поверхностного тепла Северного Ледовитого океана

исследовательский проект Исследование «Бюджет поверхностного тепла Северного Ледовитого океана» (SHEBA) представляло собой , финансируемый Национальным научным фондом, предназначенный для количественной оценки процессов теплопередачи, которые происходят 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. Целью исследования было предоставление данных для использования в моделях глобального климата , которые ученые используют для изучения глобального изменения климата . ^{[ 1 ]}

Фон

Лед отражает солнечный свет лучше, чем открытая вода. Покрытый снегом морской лед отражает около 80% падающего солнечного света. Сезонные изменения в Арктике приводят к ясному небу и радиационному похолоданию от заснеженного морского льда в постоянно темную арктическую зиму. Весной, с возвращением солнечного света, начинают образовываться лужи талой воды, увеличивающие скорость поглощения солнечного тепла. Летом при постоянном дневном свете образуются облака, которые отражают свет на небо, но затрудняют поток тепла с океана. Чтобы количественно оценить эти эффекты на значительной части территории Земли – в Северном Ледовитом океане – потребовались крупномасштабные научные усилия по сбору и анализу данных в течение года. ^{[ 1 ]} Следовательно, Национальный научный фонд вместе с другими спонсорами ^{[ 2 ]} профинансировал исследование для лучшей количественной оценки этих процессов. ^{[ 3 ]}

Ледовая станция ШЕБА

Научная группа отправилась на борту корабля канадской береговой охраны Des Groseilliers в Северный Ледовитый океан. 2 октября 1997 года он прибыл в место, где планировалось позволить кораблю замерзнуть в паковых льдах и стать базой для научных наблюдений. Эти наблюдения включали измерения океанических и атмосферных процессов от воды подо льдом, возле корабля, до верхних слоев атмосферы. Включенные измерения:

Радиационные потоки: длинноволновые и коротковолновые.
Тепловой поток: турбулентные потоки скрытого и явного тепла.
Высота, толщина и другие свойства облаков.
Процессы энергообмена в пограничных слоях атмосферы и океана
Глубина снега и толщина льда
Соленость океана, температура и течения

Корабль оставался неподвижным относительно льда в течение года и вышел 11 октября 1998 года. Он стал известен как «Ледяная станция ШЕБА». ^{[ 1 ]}^{[ 4 ]}

Результаты

Ученые обнаружили, что облака в месте нахождения корабля являются обычным явлением в течение всего года. Сообщается, что в середине зимы 40% времени было пасмурно, а летом небо было постоянно пасмурным. Температура воздуха была на 0,6 °С ниже средней региональной климатологической температуры. В отсутствие солнца зимой чистый поток тепла (поток) шел от поверхности океана к небу, что отмечено 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 самым сильным и во льду образовались талые пруды, которые были намного темнее снега и могли более эффективно поглощать солнечный свет. ^{[ 1 ]}

Ученые также измерили общее изменение массы льда и снежного покрова на 100 участках. Они отметили широкую изменчивость изменений в регионе, окружающем корабль. Они определили, что с угасанием осеннего солнечного света температура льда упала настолько, что к ноябрю на дне пакового льда начал образовываться новый нарост. На основе этих наблюдений они определили пять фаз изменения теплового баланса: ^{[ 1 ]}

Сухой снег
Тающий снег
Формирование пруда
Эволюция пруда
Осеннее замерзание

Точные измерения баланса массы льда с помощью абляционных столбов во время SHEBA показали, что наибольшее поверхностное таяние наблюдалось на затопленном льду, а наибольшее таяние придонного наблюдалось на напорных торосах . Донная таяние торосов была на 60% выше, чем у недеформированного однолетнего льда. Потока энергии солнечной радиации в океан через выводы было недостаточно, чтобы сбалансировать наблюдаемую абляцию дна. ^{[ 5 ]} В летний период 15% подледной площади было покрыто подледными слоями талых вод и ложным дном . Средняя глубина подледных слоев талой воды составила 0,31 м при солености 1,5. Средняя толщина ложного дна составила 0,2 м. ^{[ 6 ]}

Моделирование

Результаты экспериментов позволили значимо смоделировать процессы сезонного баланса тепла, происходящие в морском льду и атмосфере Северного Ледовитого океана. Областью применения модели был столбик льда, проходящий через верхние слои атмосферы. Ученые поняли, что ключом к модели является правильная характеристика изменения отражательной способности или альбедо поверхности льда из-за изменений снежного покрова и таяния льда. Облачный покров был ключом к описанию того, сколько энергии достигло поверхности океана или покинуло ее. ^{[ 1 ]}

Океанические процессы

Модель учитывала наблюдение о том, что солнечное излучение является доминирующим источником тепла на поверхности. Это объясняет изменение в открытом океане максимума в 5% в июне и изменения альбедо. Примерно 8% поступающей солнечной радиации поглощалось океаном через лед. ^{[ 1 ]}

Атмосферные процессы

Ученым удалось определить параметры приповерхностной турбулентности, которые характеризуют степень, в которой движение воздуха может охлаждать или нагревать поверхность льда в зависимости от сезона. Летом поверхность становится шероховатой и замедляет поток воздуха. , Измерения облаков с помощью лидара а также данные о температуре и турбулентности с помощью баллонных зондов позволили научно охарактеризовать роль атмосферы надо льдом в содействии или сдерживании потепления или охлаждения поверхности океана. ^{[ 1 ]}

Участники

В SHEBA приняли участие следующие лица и организации: ^{[ 3 ]}

Имя	Принадлежность	Расположение
Танейл Уттал и Джанет Интриери	NOAA / Лаборатория экологических технологий	Боулдер, Колорадо
Джудит Карри и Джеймс Масланик	Университет Колорадо	Боулдер, Колорадо
Майлз Макфи	Исследовательская компания Макфи	Начес, Вашингтон
Дональд Перович и Томас Гренфельд	Лаборатория исследований и инженерных исследований холодных регионов , Армия США	Ганновер, Нью-Гэмпшир
Ричард Мориц, Гарри Стерн, Андреас Хейберг, Джеймс Морисон и Рональд Линдси	Вашингтонский университет	Сиэтл, Вашингтон
Питер Гест и Тимоти Стэнтон	Военно-морская аспирантура	Монтерей, Калифорния
Джеймс Мур	Университетская корпорация атмосферных исследований	Боулдер, Колорадо
Рене Тюренн	Канадская береговая охрана	Квебек, Квебек , Канада
Марк Серрез и Ола Перссон	Кооперативный институт исследований в области наук об окружающей среде	Боулдер, Колорадо
Дональд Уайли	Университет Висконсина, Мэдисон	Мэдисон, Висконсин
Клейтон Полсон, Патриция Уиллер и Скотт Пегау	Государственный университет Орегона	Корваллис, Орегон
Крис Холл и Роберт Пинкель	Институт океанографии Скриппса	Ла-Хойя, Калифорния
Александр Макштас	Университет Аляски	Фэрбенкс, Аляска
Пол Уэлч	Институт пресной воды	Виннипег, Манитоба , Канада
Мэтью Шуп	Научно-технологическая корпорация	Боулдер, Колорадо
Кнут Стамнес	Технологический институт Стивенса	Мейплвуд, Нью-Джерси

Ссылки

^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час Перович, Дональд; Мориц, Ричард К.; Уэзерли, Джон (2003), SHEBA: Баланс поверхностного тепла Северного Ледовитого океана (PDF) (изд. 03048), Национальный научный фонд
^ Основное спонсорство поступило от Научной программы арктической системы NSF в рамках грантов Управления полярных программ (Отдел наук об океане и Отдел наук об атмосфере) при дополнительной поддержке со стороны Управления военно-морских исследований и Японского центра морской науки и технологий.
^ Перейти обратно: ^а ^б Уттал, Танейл; Карри, Джудит А.; Макфи, Майлз Г.; Перович, Дональд К.; и др. (Февраль 2002 г.), «Бюджет поверхностного тепла 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 , 12 января 2011 г., заархивировано из оригинала (PDF) 26 июля 2011 г.
^ «Ледяная станция ШЕБА» — отсылка к роману « Ледяная станция Зебра » или фильму .
^ Перович, Д.К.; Гренфелл, Калифорния; Рихтер-Менге, Дж.А.; Лайт, Б.; Такер, ВБ; Эйкен, Хаджо (2003). «Тонче и тоньше: измерения баланса массы морского льда во время SHEBA» . Журнал геофизических исследований: Океаны . 108 (3). дои : 10.1029/2001JC001079 .
^ Эйкен, Х. (1994). «Структура подледных талых прудов Центральной Арктики и их влияние на морской ледяной покров» . Лимнология и океанография . 29 (3). дои : 10.4319/lo.1994.39.3.0682 .

Внешние ссылки

Национальный научный фонд

[Perovich-1] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час Перович, Дональд; Мориц, Ричард К.; Уэзерли, Джон (2003), SHEBA: Баланс поверхностного тепла Северного Ледовитого океана (PDF) (изд. 03048), Национальный научный фонд

[2] Основное спонсорство поступило от Научной программы арктической системы NSF в рамках грантов Управления полярных программ (Отдел наук об океане и Отдел наук об атмосфере) при дополнительной поддержке со стороны Управления военно-морских исследований и Японского центра морской науки и технологий.

[Uttal-3] Перейти обратно: ^а ^б Уттал, Танейл; Карри, Джудит А.; Макфи, Майлз Г.; Перович, Дональд К.; и др. (Февраль 2002 г.), «Бюджет поверхностного тепла 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 , 12 января 2011 г., заархивировано из оригинала (PDF) 26 июля 2011 г.

[4] «Ледяная станция ШЕБА» — отсылка к роману « Ледяная станция Зебра » или фильму .

[5] Перович, Д.К.; Гренфелл, Калифорния; Рихтер-Менге, Дж.А.; Лайт, Б.; Такер, ВБ; Эйкен, Хаджо (2003). «Тонче и тоньше: измерения баланса массы морского льда во время SHEBA» . Журнал геофизических исследований: Океаны . 108 (3). дои : 10.1029/2001JC001079 .

[Eicken94-6] Эйкен, Х. (1994). «Структура подледных талых прудов Центральной Арктики и их влияние на морской ледяной покров» . Лимнология и океанография . 29 (3). дои : 10.4319/lo.1994.39.3.0682 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]