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揭开格陵兰冰盖降雨之谜:北极“变暗”与大气河流

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不只是格陵兰冰盖的最高点会下雨

2021年夏末,格陵兰冰盖中央最高点降下了有记录以来的第一场雨,这一非同寻常的天气事件之后,表面冰雪迅速消融。而直到如今,研究人员才终于确切地弄明白,在那些决定性的夏日里究竟发生了什么,我们又可以从中学到什么。

地球的海洋是巨大的热量仓库,吸收了过去70年间人类活动产生的93%的多余热量。洋流将全球的热量从赤道重新分配到两极,这种海洋热量的去向会影响天气模式和区域气候。除了吸收热量,海洋还是一个天然的碳汇,它吸收了人类活动产生的二氧化碳排放量的四分之一,这导致了海水酸化,威胁着海洋生物。吸收的热量和二氧化碳量取决于许多海洋变量,包括浮游植物、温度、海浪、盐度和冰盖,所有这些变量都可以从太空中测量。

视频来源:ESA/行星视觉(Planetary Visions)

字幕制作:哇喳

覆盖世界第一大岛格陵兰岛的冰盖正在大面积融化,这片世界第二大冰盖的面积将近180万平方公里,仅次于南极冰盖。去年夏季,格陵兰冰盖每天融冰约80亿吨,相当于往年夏季融冰速度的两倍。

2021年8月14日,前所未有的一场降雨成为了世界各地的新闻头条。格陵兰岛巨大冰盖的最高点曾经只有冰封雪飘,除雪以外的其他任何东西都无法落下,但现在,情况不再是如此了。

是什么导致了这场极端降雨,它又是如何影响冰盖的?

丹麦及格陵兰地质调查局(Geological Survey of Denmark and Greenland,GEUS)冰川学与气候系的研究人员与法国和瑞士的同事合作,仔细研究了这些问题并得出了答案。

不只是格陵兰冰盖的最高点会下雨,丹麦及格陵兰地质调查局的格陵兰冰盖监测项目(Programme for Monitoring the Greenland Ice Sheet,PROMICE)和格陵兰气候网络(Greenland Climate Network,GC-Net)在冰盖上设置的新的自动气象站,也测到过降雨。

研究人员研究了这些站的详细数据,结合欧洲航天局(ESA)哥白尼计划(Copernicus)“哨兵-3”卫星(Sentinel-3)任务的表面反射率或反照率(albedo)测量值以及大气环流模式信息,发现在一年中季节性融化变慢的时候,降雨前出现了热浪。

格陵兰岛2019年8月、2020年8月和2021年8月的气温,与1991年至2020年8月的平均值对比图(白色区域表示和平均值相同,越蓝表示比平均值低得越多,越红表示比平均值高得越多)。

图片来源:ESA

重要的不是降雨

来自丹麦及格陵兰地质调查局的贾森·博克斯(Jason Box)教授和论文的主要作者说:“事实证明,雨本身并不是最重要的因素。”该论文已被《地球物理研究快报》(Geophysical Research Letters)接受。

“这还挺讽刺的。真正对冰和雪造成破坏的并不是雨水,而是融水(meltwater)的‘变暗’效应以及变暗导致的吸收热量变多如何消融了覆盖在冰盖最下三分之一处较深冰层上的积雪。”

“在夏末的几个月里,异常温暖的大气河流(atmospheric river)席卷了格陵兰岛,在融化季节即将结束时带来了强劲的融化条件。”

格陵兰雪线的后退和降雨

图片来源:ESA

事实上,格陵兰岛表面冰突然的加速融化,可能是在没有任何雨水接触地面的情况下发生的。

罪魁祸首是热量本身,它让冰雪融化,也让地表的部分冰盖完全消融,进而改变地表的反照率(意为漫反射或是表面反射的能力),反照率的下降让格陵兰的冰雪吸收了更多的太阳光线。

研究人员发现,在2021年8月19日至20日期间,这种融化导致格陵兰岛康克鲁斯瓦格镇附近的冰盖雪线的后退在海拔高度上达到了788米之多,雪线的后退让大面积的深色裸冰暴露在外。

格陵兰冰盖上的融水与表面湖泊

图片来源:ESA

正常情况下,雪会覆盖并隔离这片裸冰,但雪的突然融化让这片冰暴露在热量中,导致了更多的融化。

自2017年以来,博克斯教授和他的同事一直在利用哥白尼计划“哨兵-3”卫星的数据监测这些融化动态,他们研究的这一部分受到了欧洲航天局社会地球观测科学计划(Earth Observation Science for Society)的支持。

他们发现,自研究开始以来,8月19日至20日这一天暴露的裸冰比其他任何一天都多。

这意味着什么?

作者得出结论,导致降雨事件的热浪是“初始融化扰动的融化影响被放大的融化-反照率反馈”的一个很好的例子。

除了揭示发生这种情况时冰盖更快融化的机制之外,来自丹麦及格陵兰地质调查局建造的冰上自动气象站网络的详细测量值,以及哥白尼计划“哨兵-3”卫星在太空中的测量值,让研究人员得以进一步了解冰盖融化的确切过程和动力学信息。

尽管去年夏末的那场降雨是气候历史上一次里程碑式的冲击,但研究人员知道,在北极气温上升的大背景下,这是迟早会发生的事。

格陵兰冰盖上的气象站

图片来源:ESA

因此,博克斯教授和论文的共同作者希望科研人员能进一步研究大气河流背后的工作原理,而不仅仅着眼在降雨上。

他们得出的结论是,相比热浪会不会带来降雨,了解热浪的频率似乎是一个更为重要的研究目标。

参考来源:

[1]https://www.esa.int/Applications/Observing_the_Earth/FutureEO/Historic_Greenland_ice_sheet_rainfall_unravelled

[2] https://www.youtube.com/watch?v=zO2153cJORI

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发布日期:2022-06-02 09:21:09

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