北極加速融化的罪魁禍?zhǔn)?– 灰塵

“目前，北極地區(qū)的變化比地球上任何其它區(qū)域的變化都要快。人們關(guān)注的焦點(diǎn)是：北極地區(qū)真的會(huì)快速改變嗎？這種改變速度有多快？”

科學(xué)家在格陵蘭島開(kāi)展“北極輻射云氣溶膠表面相互作用實(shí)驗(yàn)”項(xiàng)目，其中需要采集的一項(xiàng)重要數(shù)據(jù)是：對(duì)低空薄云層的測(cè)定。圖片來(lái)自美國(guó)航空航天局蘭利研究中心的加里?班吉爾，以及美國(guó)航空航天局戈達(dá)德飛行中心/科羅拉多大學(xué)的拉爾夫?卡恩。

迄今為止，美國(guó)航空航天局雄心勃勃的北極航行已經(jīng)揭示了一個(gè)令人吃驚的現(xiàn)象：格陵蘭地區(qū)上空存在冰晶微粒的大量聚集。這一線索很可能解釋了北極海冰融化速度比預(yù)期更快的原因。

帕特里克?泰勒是“北極輻射云氣溶膠表面相互作用實(shí)驗(yàn)”項(xiàng)目的副手，他對(duì)本文作者表示：“北極地區(qū)的變化比地球上任何其它區(qū)域的變化都要快。人們關(guān)注的焦點(diǎn)是：北極地區(qū)真的會(huì)快速改變嗎？這種改變速度有多快？”。

“北極輻射云氣溶膠表面相互作用實(shí)驗(yàn)”項(xiàng)目是一項(xiàng)大膽的計(jì)劃，它通過(guò)向北極地區(qū)派出若干載有儀器的飛機(jī)（包括C-130運(yùn)輸機(jī)和P-3獵戶座飛機(jī)），將浮標(biāo)從北極上空的云層中投入到北冰洋的浮冰縫隙之中進(jìn)行測(cè)量。雖然去年夏天收集到的數(shù)據(jù)研究尚未完成，但是研究人員表示：格陵蘭地區(qū)不斷暴露的大陸塊產(chǎn)生的灰塵正在導(dǎo)致脆弱的海冰加速融化到整個(gè)北半球！

壯觀，但是正在快速消失的北極海冰

這就像一個(gè)自我增強(qiáng)的循環(huán)，不斷危及著這顆星球上最脆弱的區(qū)域。

“北極輻射云氣溶膠表面相互作用實(shí)驗(yàn)”項(xiàng)目的原理

這個(gè)科研項(xiàng)目所用的飛機(jī)是在2024年夏天（5月到8月16日）飛行采集數(shù)據(jù)的，此時(shí)正是海冰季節(jié)性融化的高峰期?？蒲腥藛T本以為能夠找到至少3.5米厚的海冰，但是最終發(fā)現(xiàn)的海冰厚度只有2.2米。此項(xiàng)目的研究負(fù)責(zé)人是萊奈特?布瓦維爾，他告訴本文作者：“格陵蘭北部厚厚的海冰已經(jīng)不再像以往那樣堅(jiān)固?！?/p>

自從1979年有衛(wèi)星數(shù)據(jù)記錄以來(lái)，北極地區(qū)每10年就會(huì)失去12%的冰層覆蓋，對(duì)應(yīng)面積約為116萬(wàn)平方英里（300萬(wàn)平方公里），這個(gè)面積比美國(guó)的阿拉斯加、德克薩斯、加利福尼亞和蒙大拿州四個(gè)州的面積之和還要大。關(guān)鍵在于：北極海冰融化的趨勢(shì)還在加快，如今每10年融化12.2%，比上個(gè)世紀(jì)90年代的速度已經(jīng)快了6倍。

在這一背景下，美國(guó)航空航天局發(fā)起了“北極輻射云氣溶膠表面相互作用實(shí)驗(yàn)”項(xiàng)目，想要確認(rèn)北極海冰的剩余情況。泰勒表示：“夏季的飛行采集到了北極地區(qū)迄今為止最全面的有關(guān)海冰、云層、輻射、氣溶膠的觀測(cè)數(shù)據(jù)?！?/p>

項(xiàng)目飛行艙內(nèi)部照片（圖片來(lái)自網(wǎng)絡(luò)）

當(dāng)然，在遙遠(yuǎn)的北極地區(qū)，要收集如此龐大的數(shù)據(jù)對(duì)后勤是一個(gè)極大的挑戰(zhàn)，這需要一個(gè)龐大的支援團(tuán)隊(duì)。克里斯蒂娜?邁克拉斯基是國(guó)家氣象科學(xué)中心的氣象科學(xué)家，他在項(xiàng)目中感受到了后勤的巨大壓力。美國(guó)航空航天局不得不在太空部門(mén)的運(yùn)輸機(jī)上租賃更多的空間，以裝載貨物和支援物資。后來(lái)，其中一架運(yùn)輸機(jī)攜帶著美國(guó)航空航天局的標(biāo)志飛到格陵蘭北部的皮圖菲克空間基地，作為送給基地指揮官的禮物，這個(gè)標(biāo)志被指揮官放在基地咖啡館和社交中心，驕傲的展示出來(lái)。

2024年6月15日，美國(guó)航空航天局的泰拉衛(wèi)星上的中分辨率成像光譜儀獲得的照片，“北極輻射云氣溶膠表面相互作用實(shí)驗(yàn)”項(xiàng)目的大本營(yíng)就位于圖中的皮圖菲克空間基地處。

為了測(cè)量冰層的厚度，研究團(tuán)隊(duì)從空中丟下很多帶著溫度計(jì)的浮標(biāo)，讓其卡在浮冰的縫隙之中。這是個(gè)麻煩的過(guò)程：部分浮標(biāo)會(huì)被冰川撞壞，另一些面臨著好奇的野生動(dòng)物帶來(lái)的威脅。為此，科學(xué)家不得不將浮標(biāo)漆成白色，以降低損壞率。

泰勒解釋：“如果你不將這些浮標(biāo)漆成白色，北極熊會(huì)被這些奇怪的東西吸引，然后毀壞它”。這些浮標(biāo)會(huì)產(chǎn)生大量有價(jià)值的數(shù)據(jù)，雖然單個(gè)浮標(biāo)只對(duì)應(yīng)一個(gè)位置，但結(jié)合飛機(jī)的軌跡數(shù)據(jù)，我們就可以獲得海冰厚度隨空間位置變化的情況，從而得到那些古老海冰的詳細(xì)厚度信息。

為什么罪魁禍?zhǔn)资腔覊m？

氣候模型是對(duì)地球氣候未來(lái)變化的科學(xué)估算，其通常運(yùn)行在超級(jí)計(jì)算機(jī)上，需要每日處理全世界各地的海量數(shù)據(jù)信息，這些信息又隨著云層的不斷形成和消散而不斷變化。這些模型其中的一個(gè)影響因素就是云層中的微粒，這些微粒有時(shí)只有納米大小，計(jì)算機(jī)需要將這些微粒進(jìn)行累計(jì)，并在全球范圍內(nèi)進(jìn)行測(cè)量。

邁克拉斯基表示：“我們需要研究的范圍之大令人發(fā)瘋，云是這個(gè)行星上最為迷人的景象，它帶來(lái)了一切?！?/p>

美國(guó)航空航天局的科學(xué)家們花了7年時(shí)間分析衛(wèi)星數(shù)據(jù)，他們一開(kāi)始就發(fā)現(xiàn)：當(dāng)?shù)陀?5攝氏度時(shí)，4.5%的云會(huì)因?yàn)榛覊m微粒而結(jié)冰。按照他們的估算，每立方米的云包含93納克的灰塵。但是“北極輻射云氣溶膠表面相互作用實(shí)驗(yàn)”項(xiàng)目的結(jié)果顯示，云中灰塵的實(shí)際含量比這一估計(jì)值要高很多。

在飛機(jī)上拍攝的北極地區(qū)海冰照片

泰勒表示：“我們正在研究云層里面的冰含量為何如此之高，這可以幫助人們理解北極地區(qū)冰層融化的問(wèn)題。”

那么云層究竟對(duì)冰川融化有什么作用呢？答案在于：云層會(huì)反射陽(yáng)光，降低融化的速度，以保護(hù)北極地區(qū)。而冰晶的存在會(huì)讓云層變得更重，更容易消散，導(dǎo)致冰川更多的暴露在陽(yáng)光下。但是，如果云層中缺少能夠讓冰晶“抓住”的東西，那么冰晶就很難形成?；覊m就是這個(gè)關(guān)鍵因素 - 它提供了云層里冰晶形成的“種子”，或者說(shuō)是“內(nèi)核”。

這是美國(guó)航空航天局的兩架飛機(jī)，用于在“北極輻射云氣溶膠表面相互作用實(shí)驗(yàn)”項(xiàng)目中協(xié)同測(cè)量北極地區(qū)的云層、氣溶膠和海冰情況。在這張5月30日拍攝的照片中，在灣流3型飛機(jī)的后面，美國(guó)航空航天局的P-3飛機(jī)正在從格陵蘭北部的皮圖菲克空間基地起飛。（圖片來(lái)自美國(guó)航空航天局/丹?基里克）

提供灰塵的罪魁禍?zhǔn)资歉窳晏m嗎？

美國(guó)航空航天局的科學(xué)家們提出了一種理論：當(dāng)冰川消退后，格陵蘭地區(qū)暴露的地面會(huì)釋放更多的灰塵，這些灰塵被強(qiáng)風(fēng)帶向北極，形成云層中的冰晶，于是云層開(kāi)始變得沉重并更快的消散，導(dǎo)致北極的冰暴露在陽(yáng)光下，從而加速了消融的進(jìn)度。

布瓦維爾說(shuō)：“在夏季的幾個(gè)月份中，格陵蘭北邊的海冰會(huì)大面積暴露在陽(yáng)光下，我們認(rèn)為這是從弗拉姆海峽（位于格陵蘭島和斯瓦巴特群島之間）吹來(lái)的風(fēng)導(dǎo)致的，其溫暖而潮濕，并且直吹向北極的中心地區(qū)?！?/p>

科研團(tuán)隊(duì)從項(xiàng)目中收集到的這些數(shù)據(jù)依然有待進(jìn)一步分析，這將有助于人們了解北極海冰損失的速度。

朱莉亞?施馬勒是參與項(xiàng)目的一名德國(guó)科學(xué)家，專注于研究氣溶膠和云層之間的相互作用，他告訴本文作者：“這些研究成果非常重要，可以幫助我們定量分析云層中含有的冰晶數(shù)量，從而將這一因素加入到模型之中，加深我們對(duì)云層變化的理解?！?/p>

BY:Tom Brown

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