科考队发现了“新北极”现象

作者：Chelsea Harvey 来源：中国数字科技馆

MOSAiC研究人员在极星号附近的浮冰上取样。图片来源：Esther Horvath，阿尔弗雷德·魏格纳研究所

一项为期一年的伟大北极科考任务的第一航段刚刚结束，科学家们称他们已对迅速变化的北极——这一地球上变暖速度最快的地区有了新的认识。

MOSAiC（Multidisciplinary Drifting Observatory for the Study of Arctic Climate，北极气候研究多学科漂移观测计划）科考队首批研究人员在海上度过三个多月后，于元旦抵达了挪威港口城市特罗姆瑟。2019年9月20日，这一据称历史上最大的北极科考任务，由德国破冰船“极星”号（the Polarstern）领导，在同一地点启航。

极星号现仍留在北冰洋中部，由一支接替的研究队负责。该任务打算用一年的时间近距离观察北极气候系统的细节，包括海洋，海冰和大气之间的相互作用。

为实现这一目标，极星号已将自身冻结在北冰洋中部的海冰中，它将随海冰漂流在世界之巅，同时保持相对固定的位置。该船有望于明年秋季带着一年连续科考后的数据出现在格陵兰以北的某处。

在北极，气候变化带来的影响正以惊人的速度蔓延。此次任务将为了解变化中的北极提供空前的视角，研究人员对之充满信心。

近年该地区的气温猛增；且数十年来海冰一直持续下降。当前，北极中部的部分地区全年（哪怕是在最温暖的月份）仍处于冻结状态；但科学家担心，如果温度以目前的速度上升，该地区可能在未来几十年内出现夏季无冰的现象。

科学家已开始称这些变化为“新北极”现象——一个被人为引起的气候变化强制重塑了的北极。

“新北极”中的科学

MOSAiC第一航段的大部分时间都在寻找能使船冻结在附近的合适浮冰，以用作主要研究基地。它必须足够大且足够稳固，以支撑起研究人员希望安置在冰上的所有科学设备。

选择合适的浮冰也是一个挑战，因为该地区的浮冰实际比任务发起者预期的更薄更不稳固。尽管如此，科学家们最终还是找到了一个合适的地点；到10月中旬，他们已经开始了扎营与冻结过程。科考队成员表示，接下来的几个月并非没有挑战，其中许多挑战都与北极变化时的自然特征有关。

在十月份停靠至选定的浮冰后不久，冰体开始发生变化。裂缝与凸起形成于一夜之间，浮冰的一部分开始移动。NOAA和科罗拉多大学研究员、MOSAiC科考队协调员Matt Shupe告诉我们。

他指出，浮冰与船刚到达时“看起来并不相同”。其他成员证实，此类事件在接下来几个月又发生了好几次。

不断变化的浮冰给研究扎营的某些方面带来了问题，迫使科学家不断搬迁设备。但对于一些研究者来说，这是一个绝佳的科研机会。“对我来说，那是一段美好的时光，”芬兰气象研究所海洋研究负责人、海冰专家Jari Haapala说。“我的研究主要集中在海冰的变形，破裂等方面。”

Haapala说，在极星号上的几个月时间，他采集到了宝贵的数据，他希望这些信息可以揭示北极海冰对持续变暖气候的响应方式。“冰的变形程度远超我们的预期，并且它们一直在持续不断地发生导致新的裂缝不断产生。”他表示，“这似乎是新北极的迹象。冰变薄时，会经历更严重的变形。浮冰不再是以前那么稳定的环境。

“我们观测到北极地区的冰层更加活跃的现象已经很多年了，但如今我们真正获得了反映冰层活跃程度的数据。”他补充道。

Haapala并不是唯一一个在研究中采集重要数据的人。Shupe的研究关注云层影响北极气候的方式，包括它们将如何加快或减缓未来变暖速度。他称自己的团队已经观测到一种涉及云层和海冰间热传递的“奇妙关系”。

他指出：“浮冰与我们预期的不同：它更薄且骨架略有不同。因此，冰中的能量传递可能与我们过去见过的有所不同，这一点很有意思。”

许多科学家还对北极空气中微粒及气溶胶的行为感兴趣，而这些微粒可能会影响云的形成。目前，北极气溶胶的来源及其在大气中的行为仍不确定。

研究表明，这些微粒中至少有一部分来自海洋，最终被卷入空气中。随着北极海冰持续融化，更大面积的洋面暴露在大气中。一些科学家认为，可能会有更多气溶胶进入空气影响区域云层。

Shupe指出，由于船周围活跃的海冰出现了很多裂缝，MOSAiC的研究人员能够观察到海洋中一些气溶胶的释放。

他说：“气溶胶会影响该地区的云层，这些数据对我们了解气溶胶的来源将非常重要。”

此次任务遇到的挑战也突出反映了北极科学活动开展过程中其他方面的一些实际情况。MOSAiC非传统设计的各个方面，如在海冰中冻结一年或在冰面建立一个复杂的研究站，将来可能再也无法实现。

因为冰变薄的速度太快了。

“未来我们无法再使用过去的技术。” Shupe说，“我们必须改变北极的观测方式。”

独自在世界之巅

任务首批成员见证了北极一年中最重要的转折之一：极夜的降临。

到10月中旬，太阳落下，进入冬天了。春天以前，太阳将不会再出现在地平线以上。随后几周，光线越来越暗。如今，该区域一直处于黑暗中。在首段航程的最初几周，极星号由另一艘支援船俄罗斯研究船费德洛夫院士号（Akademik Fedorov）相随。然而，极夜来临后不久，费德洛夫院士号就离开了北极中心，留下极星号独自冻入浮冰。

而距下一艘支援舰抵达进行第二航段研究的成员交换还有几个月的时间。“与外界隔绝确实是一段难忘而又有趣的经历。”Haapala说。

他补充说，尽管建立研究营地面临着挑战和压力，但科学家们相处融洽，没有出现严重冲突。实际上，据Shupe说，他们几乎没有反省或发呆的时间。

“我本以为我们会有更多的'休整时间'，可以让我们轻松一些。”他说道，“但确实没有时间放松。我们在那里的每时每刻都在接受日常工作的轰炸。”对大多数科学家而言，第一航段的结束是几个月来第一个喘息与享受工作成果的机会。数据正不断采集，下一班成员也已经接管了极星号上的工作。Shupe承认：“信任新成员、放手工作的整个过程让我有些紧张。但从近几周我从现场获得的消息来看，一切都进行得很顺利。我认为那里的人会让MOSAiC保持良好进展。”

但是，对于其他一些人来说，一段航程还不够。Ian Raphael是达特茅斯学院（Dartmouth College）的硕士研究生，在极星号上，他决定留下继续第二航段的研究。他表示，某种程度上这是一个更符合实际的选择。他告诉我们，他参与的这一研究项目没有任何科学家加入第二航段，而留下来似乎是“保持工作连续性的绝佳机会”。

在极地剩下的冬季里，Raphael将继续监测海冰与其周围环境间的能量通量，并观测积雪影响海冰生长的方式。但他也承认，他留下还有另一个原因。“就我个人而言，我不想这么快就离开这个地方。” 他说，“极冰、极光和人每天都在变化，我想尽可能多地看到这种演变。这里就像我的家。”