Dr Ola Persson och andra forskare från MOSAiC inrättade ett vetenskapligt instrument i centrala arktiska havet. Kredit: Daisy Dunne för Carbon Brief

Världens största polära forskningsekspedition pågår för närvarande i Arktis. Den år långa expeditionen, känd som det tvärvetenskapliga driftobservatoriet för studier av arktisk klimat (Mosaik), involverar 300 forskare från 19 länder. Från ett fartyg fångat i havsisen tar forskare mätningar som kan hjälpa till att förändra klimatmodeller. Carbon Briefs vetenskapsförfattare Daisy Dunne gick med på expeditionen under de första sex veckorna hösten 2019. Detta är den tredje av fyra artiklar som fokuserar på MOSAiC-expeditionen.

För fartyg som seglar nära nordpolen utgör få händelser större risker än en arktisk storm. 

Arktiska stormar kan släppa loss extremt höga vindar som krossar havet och får vågor att svälla med flera meter. Detta gör inte bara livet till havs outhärdligt för sjömän, utan gör också navigering i Arktis - och dess isberg - mer utmanande.

Kraftiga vindar kan också riva igenom havsisen och få den att bryta sönder och röra sig i olika riktningar. Ett växande forskningsfält tyder på att stormvindens inverkan på havsis kan vara större än tidigare trott - och potentiellt betydande för prognoser om framtida isförlust.

Det finns också nya bevis som tyder på att arktiska stormar kan påverka vädret bort från polerna.

"Det korta svaret är att det är en viss påverkan på mellanlängderna från arktiska cykloner, men vi vet inte med vilken regelbundenhet som händer," säger Dr Ola Persson, en polär meteorolog från National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA).

Persson är en av 600 personer som deltar i MOSAiC, den största arktiska forskningsekspeditionen som någonsin har försökt. (Kolbrief nyligen gick med expeditionen under de första sex veckorna.)

Som en del av expeditionen har Persson och hans kollegor inrättat en mängd instrument för att mäta olika aspekter av arktiska stormar - från vindens hastighet och de kommer till omfattningen av deras påverkan på havsisen.

Att samla in sådana uppgifter kan hjälpa till att svara på viktiga frågor om arktiska stormar, till exempel hur de kan påverka långsiktiga is- och klimatförhållanden och hur, om de alls skulle kunna förändras som svar på klimatförändringar.

Vriden

Arktiska stormar ”- även kallade arktiska eller polära cykloner - är lågtryckssystem som påverkar Arktiska havet och dess närliggande landmassor, inklusive Grönland, norra Kanada och norra Eurasien. I en arktisk storm spiralerar luften moturs.

Animationen nedan visar förflyttningen av arktiska stormar över norra polområdet 2012 - a rekordlågt år för havsis. I animeringen representeras ytvindens rörelse av små pilar färgade efter hastighet.

Rörelsen av sommarstormar över Arktis 2012. Kredit: NASA / Goddard Space Flight Center Scientific Visualization Studio

Arktiska stormar kan bildas både in och ut ur den polära regionen, säger Persson. ”En del av dem verkar komma från cykloner som kommer från de lägre breddegraderna och flyttar in i Arktis. Andra arktiska cykloner verkar utvecklas i den arktiska regionen. ”

Stormar som har sitt ursprung i Arktis kan bildas när det finns en störning i "tropopausen”- den del av atmosfären som fungerar som ett gränsskikt mellan troposfären och stratosfären, säger Persson. "Dessa störningar kan vara väldigt långlivade och om förhållandena är rätt verkar de orsaka en låg nivå cyklon."

I jämförelse med tropiska stormar (känd som tyfoner or orkaner beroende på var de finns) har det varit mycket lite forskning om arktiska stormar, säger Persson.

Detta beror till stor del på att arktiska cykloner påverkar väldigt få människor i jämförelse med medelstora latitudstörningar. Dock, snabb havsnedgång gör Arktis lättare att navigera under längre perioder av året. Detta i sin tur har lett till en välsignelse hos båda kommersiella och turist aktivitet i Arktis - vilket gör behovet av att förstå arktiska stormar mer angeläget.

Det finns också några bevis som tyder på att klimatförändringar kan göra arktiska stormar oftare, säger Prof Jenny Hutchings, en MOSAiC-forskare och forskare av havets dynamik från Oregon State University. "Det verkar vara en ökning av cyklonaktiviteten fram till Arktis," berättar hon för Carbon Brief.

Men bristen på historiska data om arktiska stormar gör det svårt att fastställa om det finns en ökande trend, säger Persson:

”Det finns några förslag på att arktiska cykloner kan vara vanligare nu, men problemet är att vi inte har en hel del mätningar från tidigare. Kanske den tidigare lägre frekvensen som vi har sett beror på att våra modeller eller våra rekonstruktioner av det förflutna inte är tillräckligt fullständiga. ”

En annan aspekt av arktiska stormar som forskare ännu inte får en klar bild av är deras fysiska struktur, säger Persson:

”Arktiska cykloner verkar ha en annan struktur än mittlängdscykloner. Det har gjorts några studier under de senaste två till fyra åren som har föreslagit att de har en vertikal struktur som är mer liknar en orkan än till en medelstort latitud. "

Under MOSAiC-expeditionen syftar han till att samla in data om den vertikala strukturen i arktiska stormar. Expeditionen är centrerad kring Polarstern, en tysk isbrytare som medvetet har frysts ner i isisen. Fartyget kommer att driva passivt med isen när det rör sig norrut under nästa år.

Karta som visar Polarsterns rutt från sin avgång från Tromso den 20 september 2019 till cirka 85 grader norr i centrala arktiska havet, där den fäst sig till en isflak den 6 oktober 2019 (röd). Den halmtakspilen illustrerar det område som fartyget kan driva över på sin år långa resa, som slutar nära Fram-sundet. Kredit: Tom Prater för Carbon Brief

För att studera strukturen i arktiska stormar måste Persson och hans kollegor vänta på att de passerar över fartyget. De samlar sedan in data om stormarna med hjälp av en serie instrument, inklusive väderballonger, som fångar förändringar i atmosfärstemperatur, tryck, luftfuktighet och vind. De kommer också att använda specialiserade väderradarer, som använder radiovågor för att upptäcka förändringar i nederbörd och vindhastighet.

Uppsättningen av instrument kommer att mäta i olika höjder i atmosfären under en storm. Genom att sammanföra denna information hoppas forskarna att lära sig mer om den vertikala strukturen för förbipasserande arktiska stormar.

Juergen Graeser lanserar en väderballong på helikopterdäcket i Polarstern. 22 september 2019. Kredit: Esther Horvath

Bryta isen

Förutom att undersöka strukturen i arktiska stormar, kommer MOSAiC-forskare också att försöka få en bild av hur de kan påverka havets is. Persson säger:

"Vad folk har lagt märke till under de senaste åren är att när vi har en riktigt stor arktisk cyklon försvinner havisen."

Ett dramatiskt exempel på detta inträffade i 2012, när Arktis drabbades av en kraftfull, långsamt rörande storm i augusti. Cyklonen varade i nästan två veckor, vilket gav kraftigt regn och 30mph vindar.

Det året nådde den arktiska havsisen sin lägsta nivån på posten. Det är möjligt att stormen spelade en roll för att driva den snabba nedgången i havsisen.

Forskare har antagit att stormen förbättrade isförlusten genom att få isen att gå sönder, vilket lämnade den mer sårbar för smältning. De stormiga vindarna kan till och med ha pressat is i varmare vatten, vilket ytterligare förbättrat smältningen, säger forskare.

Andra forskare har dock hävdat att stormen bara spelade en mindre roll i rekordlågen.

A studera publicerad 2013 analyserade effekten av stormen med klimatmodellering. Forskarna körde två uppsättningar av simuleringar: en speglar arktiska förhållanden 2012 med augusti-stormen inklusive och en speglar förhållandena 2012 utan stormen.

Forskningen fann att i båda uppsättningarna av simuleringar föll den arktiska havsisen till ett nytt rekordlågt. I simuleringarna inklusive stormen fastställdes emellertid rekordläggen ungefär tio dagar tidigare än i simuleringarna utan stormen.

Resultaten tyder på att andra faktorer var viktigare för de rekordlåga isförhållandena som sågs 2012, sa forskarna. Till exempel det året var den arktiska sommartemperaturen varmare än genomsnittet och ispaketet bestod till stor del av ”första året is”- ung is som är mer benägen att smälta.

Förändringar i omfattningen av arktisk havsålder som är mindre än ett år (ljusblå) till isåldern fyra år och över (mörkblå) över tid. Omfattningen visas för samma vecka (22-28 oktober) från 1985-2019. Datakälla: National Snow and Ice Data Center. Diagram av Carbon Brief med hjälp av Highcharts

Medan studien hjälpte till att belysa cyklonen 2012 förblir den verkliga inverkan av arktiska stormar på havis till stor del okänd. "Vi tittade bara på en stor storm," sade studera medförfattare Dr Ron Lindsay, från University of Washington 2013. "Om vi ​​vill förstå hur stormar kommer att påverka ishöljet i framtiden måste vi förstå effekten av stormar under olika förhållanden."

Ett av forskningsmålen för MOSAiC-expeditionen är att studera effekterna av arktiska stormar på havsisen under ett helt år under ett stort antal förhållanden.

I en 50 km-radie runt MOSAiCs största isläger har forskare installerad ett nätverk av flytande forskningsstationer. Dessa stationer är hem för en serie instrument som för nästa år kommer att göra nästan kontinuerliga mätningar av förändringar i atmosfären, havsisen och havet.

Ett av dessa instrument, a jätte metall släde uppsättning av Persson och hans kollegor, kommer att användas för att studera arktiska stormar. Släden täcks av olika utrustningsdelar som mäter förändringar i atmosfären.

Den viktigaste satsen för att övervaka arktiska stormar är en "sonisk anemometer" - ett instrument som sticker ut från slädens sida som använder ljudvågor för att mäta förändringar i vindhastighet och riktning.

Dr Ola Persson och en kollega fäster en sonisk anemometer till ett vetenskapligt instrument i centrala arktiska havet. Kredit: Daisy Dunne för Carbon Brief

Släden har också ett avancerat GPS-system som gör det möjligt för forskare att spåra isflakens placering i realtid.

Med hjälp av dessa instrument planerar forskarna att övervaka vindens hastighet och styrka under stormar - och om dessa vindar får havsis att bryta sönder och röra sig i olika riktningar.

”Vi kommer förhoppningsvis att kunna kartlägga isens svar under en cyklon och se om de höga vindarna som cyklonerna medför gör att isen avviker,” säger Hutchings.

Forskningen är riskabel. En särskilt allvarlig storm kan få havets is att delas upp i två delar eller helt bryta isär, vilket kan leda till att forskarnas instrument faller i havet.

"Det är något som kommer att vara intressant att se, vilka isflöden överlever i slutändan - och vilka inte," säger Dr Thomas Krumpen, en havsforskare från AWI och medkryssningsledare ombord på Akademik Fedorov.

De mätningar som gjorts fram till expeditionens slut i september 2020 kunde förhoppningsvis kasta mer ljus på effekterna av arktiska stormar på isbeläggningen.

Stormar på språng

En anledning till att MOSAiC-forskare är angelägna om att samla in data om arktiska stormar är att vissa bevis tyder på att de kan påverka klimatförhållandena borta från polerna.

Detta beror på att det under vissa förhållanden verkar som att arktiskt väder kan undkomma den polära regionen och nå ner i mellanlängderna, säger Persson.

Ett exempel på detta inträffade i början av 2019, då delar av USA och Kanada drabbades av en extrem kallt snäpp som skickade temperaturer som sjönk till -17C och under.

En man gräver ut en röd Chevrolet-bil från parkeringssnön på morgonen. Toronto, Kanada. 29 januari 2019. Kredit: Toronto / Alamy Stock Photo

Även om vetenskapen är ännu inte säker, verkar det som om arktiska stormar kan röra sig ut från Arktis och in i mellanlängderna när det finns en störning i "stratosfärisk polär vortex”- ett lågtrycksvädersystem som ligger cirka 50 km över Arktis.

När den störs kan den polära virveln försvagas - vilket gör att det kalla vädret som det vanligtvis innehåller sprider ut i mitten av breddgraderna. "[Detta] ger mycket sval luft och snurrar upp mycket stormar och snöfall", säger Persson.

Diagrammet nedan visar hur en försvagad polarvirvel kan tillåta kallt arktiskt väder att fly från norra polen.

Vetenskapen bakom den polära virveln. Upphovsman: NOAA

Även om mellanbredderna har sett flera anmärkningsvärda kalla snaps de senaste åren, är det ännu inte klart om sådana händelser blir mer troliga, säger Persson.

Genom att samla in data om rörelser av arktiska stormar under MOSAiC, hoppas han få en bättre förståelse för hur ofta de reser ut ur Arktis. "Det korta svaret är att det påverkar mellanlängderna från arktiska cykloner, men vi vet inte med vilken regelbundenhet som händer."

Om författaren

Daisy Dunne var en av fem journalister som valts ut för att rapportera om MOSAiC. Hennes kostnader när hon lämnade Tromso täcktes av Alfred Wegener Institute, som organiserade expeditionen.

Den här artikeln visades ursprungligen på Kolbrief

relaterade böcker

Klimatförändring: Vad alla behöver veta

av Joseph Romm
Den väsentliga grunden för vad som kommer att bli den avgörande frågan om vår tid, Klimatförändring: Vad alla behöver veta är en tydlig överblick över vetenskapens, konflikterna och konsekvenserna av vår uppvärmningsplan. Från Joseph Romm, chefvetenskapliga rådgivare för National Geographic's År av Living Dangerously serier och en av Rolling Stone's "100-personer som förändrar Amerika" Klimatförändring erbjuder användarvänliga, vetenskapligt stränga svar på de svåraste (och oftast politiserade) frågorna kring vilken klimatolog Lonnie Thompson har ansett "en klar och nuvarande fara för civilisationen". Finns på Amazon

Klimatförändring: Vetenskapen om global värme och vår energi Framtidens andra utgåvan Edition

av Jason Smerdon
Denna andra upplagan av Klimatförändring är en tillgänglig och omfattande guide till vetenskapen bakom global uppvärmning. Exklusivt illustrerad, texten riktas mot studenter på olika nivåer. Edmond A. Mathez och Jason E. Smerdon ger en bred, informativ introduktion till vetenskapen som ligger till grund för vår förståelse av klimatsystemet och effekterna av mänsklig aktivitet på uppvärmningen av vår planet.Mathez och Smerdon beskriver rollerna som atmosfären och havet spela i vårt klimat, introducera begreppet strålningsbalans och förklara klimatförändringar som inträffade tidigare. De beskriver också de mänskliga aktiviteter som påverkar klimatet, som växthusgas och aerosolutsläpp och avskogning samt effekterna av naturfenomen.  Finns på Amazon

Vetenskapen om klimatförändring: En hands-on-kurs

av Blair Lee, Alina Bachmann
Vetenskapen om klimatförändring: En hands-on-kurs använder text och arton hands-on-aktiviteter att förklara och undervisa vetenskapen om global uppvärmning och klimatförändringar, hur människor är ansvariga och vad som kan göras för att sakta eller stoppa graden av global uppvärmning och klimatförändringar. Denna bok är en komplett, omfattande guide till ett viktigt miljöämne. Ämnen som omfattas av denna bok är: hur molekyler överför energi från solen för att värma atmosfären, växthusgaser, växthuseffekten, den globala uppvärmningen, den industriella revolutionen, förbränningsreaktionen, återkopplingsslingorna, förhållandet mellan väder och klimat, klimatförändringar, kolsänkor, utrotning, kolavtryck, återvinning och alternativ energi. Finns på Amazon

Från Utgivaren:
Inköp på Amazon går för att täcka kostnaden för att få dig InnerSelf.comelf.com, MightyNatural.com, och ClimateImpactNews.com utan kostnad och utan annonsörer som spåra dina surfvanor. Även om du klickar på en länk men inte köper dessa valda produkter, betalar allt annat du köper i samma besök på Amazon oss en liten provision. Det finns ingen extra kostnad för dig, så var vänlig bidra till insatsen. Du kan också använd denna länk att använda till Amazon när som helst så att du kan hjälpa till att stödja våra ansträngningar.