Экспедиция MOSAiC - MOSAiC Expedition

Ученый перед колесным парком polarstern.jpg

В Многопрофильная дрейфующая обсерватория по изучению климата Арктики (MOSAiC, /ˌмəʊˈzɛɪɪk/) экспедиция - это однолетняя экспедиция в Центральную Арктический, которое планируется провести с 2019 по 2020 годы.[1][2] Впервые современное исследование ледокол будет работать в непосредственной близости от Северный полюс круглый год, включая почти полугодовую полярную ночь зимой.[3] С точки зрения логистических проблем, общего числа участников, количества стран-участниц и доступного бюджета MOSAiC представляет собой крупнейшую арктическую экспедицию в истории.[1]

Во время своего годичного путешествия центральный экспедиционный корабль, исследовательский ледокол Polarstern из Германии Институт Альфреда Вегенера, Центр полярных и морских исследований имени Гельмгольца (AWI), будет поддерживаться и пополняться ледоколами и исследовательскими судами. Академик Федоров и Капитан Драницын (Россия), Sonne и Мария С. Мериан (Германия) и Сюэ Лун II (Китай). Кроме того, запланированы масштабные операции с участием вертолетов и другой авиации.[2] Всего на разных этапах экспедиции в Центральной Арктике будут работать более 600 человек.[4] Международная экспедиция, в которой примут участие более 80 организаций из 20 стран, будет проводиться AWI под руководством полярного исследователя и исследователя климата Маркуса Рекса. Основные цели MOSAiC заключаются в изучении сложных и пока еще плохо изученных климатических процессов, действующих в Центральной Арктике, улучшении представления этих процессов в глобальных климатических моделях и внесении вклада в более надежные климатические прогнозы.[5]

Стоимость экспедиции 140 миллионов евро (примерно 154 миллиона долларов США); половина бюджета обеспечивается Федеральное министерство образования и исследований Германии (BMBF). Участие США в первую очередь поддерживается Национальный фонд науки, которая вносит в проект около 24 миллионов долларов, что является одной из крупнейших исследовательских инициатив в Арктике, когда-либо проводившихся агентством. В Департамент энергетики также вложил значительные средства в миссию, профинансировав почти 10 миллионов долларов и предоставив самый большой набор атмосферных инструментов.

Экспедиция MOSAiC

Polarstern ледокол.

Полугодовой арктической зимой морской лед слишком толстый для исследовательских ледоколов. Следовательно, данные по Центральной Арктике практически отсутствуют, особенно зимой. Чтобы добраться до Центральной Арктики зимой, экспедиция MOSAiC пойдет по стопам Знаменитая экспедиция Фритьофа Нансена с деревянным парусником Фрам в 1893–1896 годах, более 125 лет назад.[6] Его смелое путешествие показало, что можно позволить кораблю дрейфовать через полярную шапку, от Сибири до Атлантики, застрявшего в толстом морском льду и ведомого исключительно силами естественного дрейфа льда. Хотя Нансен продемонстрировал фундаментальную осуществимость такой попытки, научные измерения, возможные в его дни, были еще довольно примитивными. Во время MOSAiC впервые ФрамДрейф будет повторен с исследовательским ледоколом, оснащенным настоящим арсеналом передовых инструментов для исследования и регистрации сложных климатических процессов в Центральной Арктике.

Белые медведи в исследовательском лагере MOSAiC

Сердцем MOSAiC будет PolarsternОдногодичный дрейф через Центральную Арктику. 20 сентября 2019 года теплоход отправится из норвежского порта Тромсё вместе с Академик Федоровпродолжайте движение на восток по Сибирский берег и примерно на 125 ° восточной долготы повернуть на север и начать прорываться в морской лед в Центральной Арктике, что все еще будет возможно в это время года. Как только она достигнет 85 ° северной широты, Polarstern переведет двигатели в нейтральное положение и позволит себе попасть в ловушку морского льда. Затем вокруг корабля на льду будет разбит обширный исследовательский лагерь. В то же время, Академик Федоров развернет сеть исследовательских станций на льду, некоторые на расстоянии 50 км от PolarsternПозиция. Сеть будет состоять как из автономных, так и из дистанционно управляемых приборов, которые будут регулярно проверяться с использованием вертолетных рейсов из центрального офиса. Polarstern, которая образует Центральную обсерваторию.[7][8]

После доставки последней партии топлива в конце октября Академик Федоров вернется в Тромсё. С этого момента естественный дрейф будет Polarstern и его сеть исследовательских станций в регионе Северного полюса. Через год корабль достигнет Пролив Фрама, освободиться ото льда и вернуться в порт приписки в Бремерхафен к середине октября. В начале экспедиции и с лета 2020 года ледовые условия позволят ледоколам-партнерам MOSAiC достигнуть Polarstern для пополнения запасов и обмена кадрами; в фазе с середины февраля до середины июня лед будет слишком толстым.

В период с марта по апрель немецкий исследовательский самолет Полярный 5 и Полярный 6, работающий за пределами Шпицбергена и Гренландии, приземлится и заправится на взлетно-посадочной полосе, созданной на морском льду недалеко от Поларштерна, дополняя данные экспедиции измерениями в масштабах всей Арктики. Взлетно-посадочная полоса с морским льдом будет также использоваться для доставки продовольствия и снабжения, а также для обмена персоналом.[8][9]

Топливные склады, созданные на островах у берегов Сибири специально для экспедиции, будут поддерживать возможные аварийные операции с помощью вертолетов дальнего действия, которые смогут достичь Polarstern в случае возникновения чрезвычайной ситуации, по крайней мере, на ранних и поздних этапах экспедиции.[8]

Направления исследований

Основная цель MOSAiC - понять взаимосвязанные климатические процессы в Центральной Арктике, чтобы их можно было более точно интегрировать в региональные и глобальные климатические модели. Полученные результаты будут способствовать созданию более надежных климатических прогнозов для Арктики и всего мира, а также для улучшения прогнозов погоды и прогнозов состояния морского льда в Арктике.[5][10]

Кроме того, результаты миссии MOSAiC помогут понять региональные и глобальные последствия изменения климата в Арктике и потери морского льда.[11] Они улучшат подготовленность сообществ в Арктике и средних широтах северного полушария, обеспечат научную основу для разработки политики устойчивого развития Арктики и поддержат принятие решений, основанных на фактах, в областях смягчения последствий и адаптации к глобальному климату. изменять.[7][10]

Атмосфера

Всеобъемлющие и сложные атмосферные измерения, выполненные во время MOSAiC, обеспечат физическую основу для понимания локальных и вертикальных взаимодействий в атмосфера и взаимодействие между атмосферой, морским льдом и океаном. Характеристика процессов в облака, в атмосферном пограничный слой, поверхностный слой и поток поверхностной энергии приведут к лучшему пониманию нижнего тропосфера, взаимодействующий с поверхностью в Арктике. Одной из самых больших проблем будет последовательное выполнение этих измерений на всем протяжении морской лед весь годовой цикл, особенно в начале периода замерзания, чтобы отслеживать переход от открытой воды к очень тонкому слою льда. Показания, сделанные на больших высотах, дадут представление о характеристиках среднего и верхнего тропосфера и взаимодействие со стратосферой. Чтобы улучшить наше понимание аэрозоли и взаимодействия аэрозолей с облаками над Центральной Арктикой, особенно зимой, будут проводиться измерения состава частиц, их физических свойств, их прямого и косвенного радиационного воздействия и их взаимодействия со свойствами облаков.[7] Рутина радиозондовые наблюдения в комбинации с привязанный воздушный шар измерения обеспечат профили с высоким разрешением атмосферных условий в столбе воздуха над площадкой MOSAiC. Кроме того, радиолокационные измерения будут использоваться для определения вертикального профиля скорости и направления ветра, а также основных свойств облаков, включая лед и содержание жидкой воды. Ключ tгермодинамические параметры, а также кинематические структуры атмосфера, будут исследованы с помощью микроволновая печь и инфракрасные радиометры, Раман и Доплеровский лидар.

Морской лед

Наблюдения за морским льдом охватят широкий диапазон от физический и механические характеристики арктического морского льда, его морфология, оптический свойства и баланс массы. Акцент будет сделан на характеристике снежного и ледяного покрова, а также на достижении лучшего понимания процессов, определяющих их свойства. Снежные траншеи и ледяные керны поможет исследователям собрать эти ценные данные. Дальнейшие аспекты наблюдения за морским льдом будут включать определение баланса массы путем измерения глубины снежного покрова и толщины льда, а также измерения диффузии Солнечный лучик во льду, во льду спектральное альбедо, и это коробка передач. Кроме того, в течение всего годового цикла будет проводиться мониторинг различных типов льда с целью определения пространственной изменчивости и развития лед покроют Арктику с течением времени.[7][8]

Океан

Океанские процессы влияют на энергетический баланс в Арктике, а также на рост и таяние морского льда из-за дополнительного тепла. Они также играют важную роль в биологическая активность что связывает и потенциально экспортирует CO2. Измерения в толще воды прольют новый свет на ключевые механизмы, происходящие в океане, например: (1) теплообмен между морским льдом и океан, (2) поглощение солнечного света и обработка полученного высокая температура, (3) взаимодействие с глубокое море процессы, и (4) первичная биологическая продуктивность и экспорт органического вещества из эвфотическая зона.

Учитывая это понимание эволюции морской лед одна из основных задач экспедиции MOSAiC, океанические процессы воздействие на лед, например приповерхностное перемешивание, лежит в основе океанографические исследования. В дополнение динамика и термодинамика слоя смешения мы исследуем подробно.[7] Для этого будут проводиться непрерывные измерения бурный потоков непосредственно под границей океана и льда, чтобы помочь понять скорость льда и океана, вертикальные тепловые и импульсные потоки, диффузию массы и другие ключевые процессы. Более того, глубоководный океан будет наблюдаться в более широком контексте, создав профили скорости потока, температуры, соленость и растворенный кислород в верхних сотнях метров Арктический океан на регулярной основе, чтобы лучше понять его влияние на верхний пограничный слой океана и льда.[8]

Экосистема и биогеохимия

Замечания о биологический и биогеохимический трансформация и последовательность будут в основном сосредоточены на анализе образцов всех трех основных физических режимов, то есть льда, снега и воды. Кроме того, измерения расхода будут проводиться как в пограничном слое лед / вода, так и в пограничном слое лед / воздух. Они будут повторяться в течение всего арктического года для количественной оценки биологии и биогеохимии системы морской лед / атмосфера в любое время года, особенно в недостаточно изученную арктическую зиму. Например, годовой массовый бюджет для органический и неорганический углерод будет контролироваться, и кристаллографические показания будет принято на икаите в каналах морского дна.[8] Последний предложит понимание биогеохимия чистого воздушного / ледяного потока CO2 производится морским льдом, а также в потенциал для улавливания органического углерода и вдыхания CO2. Вторая цель - количественно оценить метан накопление, окисление под морским льдом и потоки воздуха / океана с учетом потенциала основных океанических потоков метана в атмосферу. Третий ключевой элемент: наблюдение за циклами биогенных газов, таких как N2О, О2, ДМС (диметилсульфид) и бромоформ в снег, морской лед и воды, что будет способствовать нашему пониманию основных биогеохимических путей.[8] Дополнительным важным аспектом является создание годового баланса массы и цикла лед / вода для макро- и микронутриентов; в связи с этим вертикальные потоки питательных веществ между океаном, эвфотическая зона, смешанные и глубокие слои океана будут исследованы, частично с помощью молекулярных инструментов, чтобы прийти к лучшему пониманию цепочек рециркуляции.

Реализация модели

Тесно взаимосвязанная концепция моделирования и наблюдений была центральной при определении и планировании экспедиции MOSAiC. Чтобы понять и объяснить изменения, происходящие в Арктике климатическая система, новый модели будут разработаны, а предыдущие модели будут уточнены на основе наблюдений и показаний, сделанных во время экспедиции. Эти наблюдения также будут играть важную роль в улучшении этих моделей и разработке новых для Погода и прогнозирование морского льда, и для прогнозов климата. В свою очередь, модели предложат понимание явлений, которые нельзя непосредственно наблюдать. Наблюдения, проводимые в рамках MOSAiC, предоставят новые рамочные условия для моделей в различных масштабах; например модели с высоким разрешением будут использоваться для подробных исследований, и эти исследования могут стать основой для улучшения региональных и глобальных климатических моделей.[2]

Кроме того, региональные арктические модели будут использоваться для ответа на важные вопросы, касающиеся Арктический Роль глобального поглотителя энергии; как изменяющийся объем льда в Арктике будет формировать схемы глобальных связей; и как эти изменения повлияют на циркуляцию и погоду в более низких широтах.[2] Моделирование и наблюдения во время MOSAiC будут проводиться в тесном сотрудничестве с международными усилиями по моделированию Всемирной программы исследований погоды и Всемирной программы исследований климата.

Школа MOSAiC 2019

Первый этап экспедиции будет включать шестинедельный курс для 20 аспирантов на борту. Академик Федоров. Это осуществляется совместно партнерами MOSAiC и Ассоциация полярных ученых раннего возраста.[12]

Рекомендации

  1. ^ а б «MOSAiC - Междисциплинарная дрейфующая обсерватория по изучению климата Арктики». www.mosaic-expedition.org. Получено 2019-06-12.
  2. ^ а б c d «Экспедиция - МОЗАИКА». www.mosaic-expedition.org. Получено 2019-06-12.
  3. ^ Мейер, Робинсон (2017-09-05). «Год на льду». Атлантический океан. Получено 2019-06-12.
  4. ^ «Экспедиция в цифрах - МОЗАИКА». www.mosaic-expedition.org. Получено 2019-06-12.
  5. ^ а б Каплан, Сара (10 июня 2019 г.). «Дрейф в Арктике». Вашингтон Пост. Получено 12 июн 2019.
  6. ^ Девлин, Ханна (2017-02-20). «Ученые повторят переход корабля XIX века через полярную ледяную шапку». Хранитель. ISSN  0261-3077. Получено 2019-06-12.
  7. ^ а б c d е Научный план MOSAiC (PDF). Институт Альфреда Вегенера (AWI) / Международный арктический научный комитет (IASC). 2016. Архивировано с оригинал (PDF) на 2019-03-29. Получено 2019-04-03.
  8. ^ а б c d е ж грамм План реализации MOSAiC (PDF). Институт Альфреда Вегенера (AWI). 2018. Архивировано с оригинал (PDF) на 2019-03-29. Получено 2019-04-03.
  9. ^ Амос, Джонатан (20 февраля 2017 г.). «Застрявший во льдах корабль дрейфует над Северным полюсом». Получено 2019-06-12.
  10. ^ а б «Наука - МОЗАИКА». www.mosaic-expedition.org. Получено 2019-06-12.
  11. ^ «BBC World Service - Newshour, почему ученые хотят, чтобы их лодка застряла во льдах Арктики». BBC. Получено 2019-06-12.
  12. ^ «Школа МОСАиК 2019». Ассоциация полярных ученых раннего возраста. Получено 21 января 2019.

внешняя ссылка