La dott.ssa Ola Persson e altri scienziati MOSAiC hanno istituito uno strumento scientifico nell'Oceano Artico centrale. Ringraziamento: Daisy Dunne per Carbon Brief
La spedizione di ricerca polare più grande del mondo è attualmente in corso nell'Artico. La spedizione di un anno, nota come Osservatorio multidisciplinare alla deriva per lo studio del clima artico (Mosaico), coinvolge 300 ricercatori di 19 paesi. Da una nave intrappolata nel ghiaccio marino, gli scienziati stanno prendendo misure che potrebbero aiutare a trasformare i modelli climatici. Scrittore scientifico di Carbon Brief Daisy Dunne si è unito alla spedizione per le sue prime sei settimane nell'autunno del 2019. Questo è il terzo di quattro articoli incentrati sulla spedizione MOSAiC.
Per le navi che navigano vicino al polo nord, pochi eventi comportano rischi maggiori di una tempesta artica.
Le tempeste artiche possono scatenare venti estremamente forti, che agitano l'oceano, facendo gonfiare le onde di diversi metri. Questo non solo rende la vita in mare insopportabile per i marinai, ma rende anche la navigazione nell'Artico e nei suoi iceberg più impegnativi.
I forti venti possono anche lacerare il ghiaccio marino, facendolo rompere e spostarsi in direzioni diverse. Un campo di ricerca in crescita suggerisce che l'impatto dei venti tempestosi sul ghiaccio marino potrebbe essere maggiore di quanto si pensasse in precedenza e potenzialmente significativo per le previsioni di futura perdita di ghiaccio.
Ci sono anche prove emergenti che suggeriscono che le tempeste dell'Artico potrebbero influenzare il tempo lontano dai poli.
"La risposta breve è che c'è un certo impatto sulle medie latitudini dei cicloni artici, ma non sappiamo con quale regolarità accada", afferma Dott.ssa Ola Persson, un meteorologo polare dell'Amministrazione nazionale oceanica e atmosferica (NOAA).
Persson è una delle 600 persone che prendono parte a MOSAiC, la più grande spedizione di ricerca nell'Artico mai tentata. (Carbon Brief iscritto di recente la spedizione per le sue prime sei settimane.)
Come parte della spedizione, Persson e i suoi colleghi hanno installato una serie di strumenti per misurare diversi aspetti delle tempeste dell'Artico - dalla velocità dei venti che portano alla portata del loro impatto sul ghiaccio marino.
La raccolta di tali dati potrebbe aiutare a rispondere alle domande chiave sulle tempeste dell'Artico, ad esempio come potrebbero influenzare le condizioni del ghiaccio e del clima a lungo termine e come, se non del tutto, potrebbero spostarsi in risposta ai cambiamenti climatici.
Ritorto
Le tempeste artiche ”- chiamate anche cicloni artici o polari - sono sistemi a bassa pressione che colpiscono l'Oceano Artico e le sue masse terrestri vicine, tra cui la Groenlandia, il Canada settentrionale e l'Eurasia settentrionale. In una tempesta artica, l'aria si muove a spirale in senso antiorario.
L'animazione di seguito mostra il movimento delle tempeste artiche nella regione polare settentrionale nel 2012: a anno record per il ghiaccio marino. Nell'animazione, il movimento dei venti superficiali è rappresentato da piccole frecce colorate in base alla velocità.
Il movimento delle tempeste estive attraverso l'Artico nel 2012. Credit: NASA / Goddard Space Flight Center Scientific Visualization Studio
Le tempeste artiche possono formarsi sia dentro che fuori dalla regione polare, afferma Persson. “Alcuni sembrano originati come cicloni provenienti dalle latitudini più basse e che si spostano nell'Artico. Altri cicloni artici sembrano svilupparsi nella regione artica. "
Le tempeste che si originano nell'Artico possono formarsi quando c'è un disturbo nella "tropopausa"- la parte dell'atmosfera che funge da strato limite tra la troposfera e la stratosfera, afferma Persson. "Questi disturbi possono essere di lunga durata e, se le condizioni sono giuste, sembrano indurre un ciclone di basso livello."
In confronto alle tempeste tropicali (noto come tifoni or uragani a seconda di dove sono stati trovati) ci sono state pochissime ricerche sulle tempeste dell'Artico, dice Persson.
Ciò è in gran parte dovuto al fatto che, rispetto alle tempeste a media latitudine, i cicloni artici colpiscono pochissime persone. Tuttavia, rapido declino del ghiaccio marino sta facilitando la navigazione nell'Artico per periodi più lunghi dell'anno. Questo a sua volta ha suscitato un vantaggio in entrambi ed turista attività nell'Artico - rendendo più urgente la necessità di comprendere le tempeste dell'Artico.
Ci sono anche alcune prove che suggeriscono che i cambiamenti climatici potrebbero rendere più frequenti le tempeste artiche Prof. Jenny Hutchings, uno scienziato MOSAiC e ricercatore della dinamica del ghiaccio marino di Oregon State University. "Sembra che ci sia un aumento dell'attività dei cicloni fino all'Artico", dice a Carbon Brief.
Tuttavia, la mancanza di dati storici sulle tempeste dell'Artico rende difficile stabilire se vi sia una tendenza crescente, afferma Persson:
"C'è qualche suggerimento che i cicloni artici potrebbero essere più frequenti ora, ma il problema è che non abbiamo fatto molte misurazioni da prima. Forse la precedente frequenza più bassa che abbiamo osservato è dovuta al fatto che i nostri modelli o le nostre ricostruzioni del passato non sono abbastanza completi. "
Un altro aspetto delle tempeste artiche di cui gli scienziati devono ancora avere un quadro chiaro è la loro struttura fisica, afferma Persson:
“I cicloni artici sembrano avere una struttura diversa rispetto ai cicloni a media latitudine. Ci sono stati alcuni studi negli ultimi XNUMX-XNUMX anni che hanno suggerito di avere una struttura verticale più simile a un uragano che a una tempesta a metà latitudine. "
Durante la spedizione MOSAiC, mira a raccogliere dati sulla struttura verticale delle tempeste artiche. La spedizione è incentrata sul Polarstern, un rompighiaccio tedesco che è stato deliberatamente congelato nel ghiaccio marino. La nave andrà alla deriva passivamente con il ghiaccio mentre si sposta verso nord nel corso dell'anno successivo.
Mappa che mostra il percorso del Polarstern dalla sua partenza da Tromso il 20 settembre 2019 a circa 85 gradi a nord nell'Oceano Artico centrale, dove si è attaccato a una banchisa il 6 ottobre 2019 (rosso). La freccia di paglia illustra l'area su cui la nave potrebbe spostarsi durante il suo viaggio lungo un anno, che si concluderà vicino allo stretto di Fram. Credito: Tom Prater per Carbon Brief
Per studiare la struttura delle tempeste artiche, Persson e i suoi colleghi dovranno aspettare che passino sopra la nave. Raccoglieranno quindi dati sulle tempeste usando una serie di strumenti, inclusi palloni meteorologici, che catturano i cambiamenti di temperatura atmosferica, pressione, umidità e vento. Utilizzeranno anche radar meteorologici specializzati, che utilizzano onde radio per rilevare i cambiamenti nelle precipitazioni e nella velocità del vento.
La gamma di strumenti effettuerà misurazioni a diverse altezze nell'atmosfera durante una tempesta. Mettendo insieme queste informazioni, i ricercatori sperano di saperne di più sulla struttura verticale del passaggio delle tempeste artiche.
Juergen Graeser lancia un pallone meteorologico sul ponte dell'elicottero di Polarstern. 22 settembre 2019. Credito: Esther Horvath
Rompere il ghiaccio
Oltre a indagare sulla struttura delle tempeste dell'Artico, i ricercatori MOSAiC cercheranno anche di farsi un'idea di come possono avere un impatto sul ghiaccio marino. Persson dice:
"Ciò che la gente ha notato negli ultimi anni è che quando abbiamo un ciclone artico davvero grande, il ghiaccio marino scompare."
Ne è stato un esempio drammatico 2012, quando l'Artico è stato colpito da una potente tempesta che si muove lentamente ad agosto. Il ciclone è durato quasi due settimane, portando forti piogge e 30mph venti.
Quell'anno, il ghiaccio marino artico raggiunse il suo livello più basso in registrazione. È possibile che la tempesta abbia avuto un ruolo nel guidare la rapida flessione del ghiaccio marino.
Gli scienziati hanno ipotizzato che la tempesta abbia aumentato la perdita di ghiaccio provocando la rottura del ghiaccio, rendendolo più vulnerabile allo scioglimento. I venti tempestosi potrebbero aver persino spinto il ghiaccio in acque più calde, migliorando ulteriormente lo scioglimento, affermano i ricercatori.
Tuttavia, altri ricercatori hanno sostenuto che la tempesta ha giocato solo un ruolo minore nel minimo storico.
A studio pubblicato nel 2013 ha analizzato l'impatto della tempesta utilizzando la modellazione climatica. I ricercatori hanno eseguito due serie di simulazioni: una rispecchia le condizioni dell'Artico nel 2012 con la tempesta di agosto inclusa e l'altra rispecchia le condizioni del 2012 senza la tempesta.
La ricerca ha scoperto che, in entrambe le serie di simulazioni, il ghiaccio marino artico è sceso a un nuovo record. Tuttavia, nelle simulazioni tra cui la tempesta, il minimo record è stato fissato circa 10 giorni prima rispetto alle simulazioni senza tempesta.
I risultati suggeriscono che altri fattori erano più importanti per le condizioni di ghiaccio record osservate nel 2012, hanno detto i ricercatori. Ad esempio, quell'anno, le temperature estive artiche erano più calde della media e la banchisa consisteva principalmente di "ghiaccio del primo anno"- giovane ghiaccio più incline allo scioglimento.
Cambiamenti nell'estensione del ghiaccio marino artico invecchiato meno di un anno (blu chiaro) in ghiaccio invecchiato di quattro anni e oltre (blu scuro) nel tempo. L'estensione è mostrata per la stessa settimana (22-28 ottobre) dal 1985-2019. Fonte dei dati: National Snow and Ice Data Center. Grafico di Carbon Brief con Highcharts
Mentre lo studio ha contribuito a far luce sul ciclone del 2012, il vero impatto delle tempeste artiche sul ghiaccio marino rimane in gran parte sconosciuto. "Abbiamo osservato solo una grande tempesta" disse studio coautore Dott. Ron Lindsay, dal Università di Washington nel 2013. "Se vogliamo capire come le tempeste influenzeranno la copertura del ghiaccio in futuro, dobbiamo capire l'effetto delle tempeste in diverse condizioni."
Uno degli obiettivi di ricerca della spedizione MOSAiC è studiare l'impatto delle tempeste artiche sul ghiaccio marino per un anno intero, in una vasta gamma di condizioni.
In un raggio di 50 km attorno al campo di ghiaccio principale di MOSAiC, gli scienziati hanno installato una rete di stazioni di ricerca galleggianti. Queste stazioni ospitano una serie di strumenti che, per il prossimo anno, effettueranno misurazioni quasi continue dei cambiamenti nell'atmosfera, nel ghiaccio marino e nell'oceano.
Uno di questi strumenti, a slitta gigante in metallo allestito da Persson e dai suoi colleghi, sarà utilizzato per studiare le tempeste dell'Artico. La slitta è coperta da vari pezzi di equipaggiamento che misurano i cambiamenti nell'atmosfera.
La parte più importante del kit per monitorare il passaggio delle tempeste artiche è un "anemometro sonico", uno strumento che sporge dal lato della slitta che utilizza le onde sonore per misurare i cambiamenti di velocità e direzione del vento.
La dottoressa Ola Persson e un collega collegano un anemometro sonico a uno strumento scientifico nell'Oceano Artico centrale. Ringraziamento: Daisy Dunne per Carbon Brief
La slitta è inoltre dotata di un avanzato sistema GPS, che consente ai ricercatori di tracciare la posizione delle banchise in tempo reale.
Usando questi strumenti, i ricercatori pianificano di monitorare la velocità e la forza dei venti durante le tempeste e se questi venti causano la rottura del ghiaccio marino e lo spostamento in direzioni diverse.
"Speriamo di riuscire a mappare la risposta del ghiaccio durante un ciclone e vedere se i forti venti portati dai cicloni fanno divergere il ghiaccio", dice Hutchings.
La ricerca è rischiosa. Una tempesta particolarmente grave potrebbe far dividere il ghiaccio marino in due o spezzarlo completamente, facendo cadere gli strumenti dei ricercatori nell'oceano.
"È qualcosa che sarà interessante vedere, quali banchi di ghiaccio sopravvivranno alla fine - e quali no", dice Dott. Thomas Krumpen, ricercatore di ghiaccio marino dell'AWI e leader della co-crociera a bordo dell'Akademik Fedorov.
Le misure prese fino alla fine della spedizione nel settembre 2020 potrebbero sperare di far luce sull'impatto delle tempeste artiche sulla copertura del ghiaccio.
Tempeste in fuga
Uno dei motivi per cui gli scienziati MOSAiC sono desiderosi di raccogliere dati sulle tempeste dell'Artico è che alcune prove suggeriscono che potrebbero influenzare le condizioni climatiche lontano dai poli.
Questo perché, in determinate condizioni, sembra che il clima artico possa sfuggire alla regione polare e raggiungere le medie latitudini, dice Persson.
Un esempio di ciò si è verificato all'inizio del 2019, quando parti degli Stati Uniti e del Canada sono state colpite da un scatto a freddo estremo che ha fatto precipitare le temperature a -17C e sotto.
Un uomo scava una macchina rossa Chevrolet dalla neve del parcheggio al mattino. Toronto, Canada. 29 gennaio 2019. Credito: Torontoniano / Alamy Foto d'archivio
Anche se la la scienza non è ancora certa, sembra che le tempeste artiche possano spostarsi fuori dall'Artico e verso le medie latitudini quando si verifica un disturbo nella "vortice polare stratosferico"- un sistema meteorologico a bassa pressione che si trova a circa 50 km sopra l'Artico.
Quando viene disturbato, il vortice polare può indebolirsi, consentendo al clima freddo che di solito contiene di riversarsi nelle medie latitudini. "[Questo] porta molta aria fresca e genera molte tempeste e nevicate", dice Persson.
Il diagramma seguente mostra come un vortice polare indebolito può consentire al freddo artico di sfuggire al polo nord.
La scienza dietro il vortice polare. Credito: NOAA
Anche se le medie latitudini hanno visto diversi scatti freddi notevoli negli ultimi anni, non è ancora chiaro se tali eventi stiano diventando più probabili, dice Persson.
Raccogliendo dati sui movimenti delle tempeste dell'Artico nel corso del MOSAiC, spera di ottenere una migliore comprensione della frequenza con cui escono dall'Artico. "La risposta breve è che c'è un certo impatto sulle medie latitudini dei cicloni artici, ma non sappiamo con quale regolarità accada."
Circa l'autore
Daisy Dunne è stata una delle cinque giornaliste selezionate per riferire su MOSAiC. Le sue spese una volta lasciate Tromso furono coperte dall'Istituto Alfred Wegener, che organizzò la spedizione.
Questo articolo è originariamente apparso su Breve descrizione del carboniof
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