科學足跡出版社供稿：科學足跡出版社(SFP)

Science： Arctic stormchasers brave giant cyclones to understand how they chew up sea ice

科學： 北極風暴追逐者勇敢地面對巨大的氣旋，以瞭解它們是如何吞噬海冰的

研究夏季氣旋的首次空中活動可能有助於改善北極地區的預報和氣候模型

風暴開始於冰島和格陵蘭島之間的某個地方，大氣中的高低擾動合並成一個完整的氣旋。一天後，巨大的旋風幾乎和蒙古一樣大。它正直奔挪威和北極之間的群島斯瓦爾巴特群島，朝著環繞著北極夏季脆弱海冰的薄浮冰前進。這讓約翰·梅特文非常非常高興。

上周，雷丁大學的大氣動力學傢梅特文（Methven）在斯瓦爾巴德島最北端的朗伊爾拜恩（Longyearbyen）進行瞭一次空中行動，他在風暴中飛行。當他的雙水獺（飛機品牌）飛機在每小時100公裡的熱帶風暴中顫抖時，飛行距離海面僅15至30米，在返回斯瓦爾巴特島顛簸的著陸之前，麥文和機組人員測量瞭冰、水和空氣。這是英國、美國和法國團隊在一個月的努力中捕捉到的第三個也是最強的氣旋。

“獲得這一系列（氣旋）真的很令人興奮，”Methven說，他是薄冰運動英國部分的負責人，薄冰運動是第一個研究夏季風暴如何影響海冰的機載項目。“人們會很高興的。”

薄冰研究小組希望通過飛越風暴頂部的飛機和數十個氣象氣球的數據，瞭解這些常見但鮮為人知的風暴是如何形成、運行和吞噬海冰的。他們還計劃測量海冰的平滑、粗糙或缺失特性如何反饋到風暴本身。這些數據將有助於改善北極的天氣模型，並使人們更清楚地瞭解夏季氣旋可能如何加速北極海冰的消退，因為全球變暖已經造成北極海冰融化。

風暴激起瞭威脅北極漁船的海浪，並將風暴潮帶入沿海村莊。曼尼托巴大學（University of Manitoba）的極地科學傢朱利安·斯特羅伊夫（Julienne Stroeve）說：“這些社區中的很多人都不得不搬遷。”。“他們正在掉入海洋。”颶風還威脅到瞭夏季急於利用新的無冰通道的貨輪和遊輪。更好的模型將“使其更安全”在該地區旅行，麻省大學北極氣候科學傢亞歷克斯·克勞福德說，“你將有更好的線索留在港口或繼續前進。”

夏季的北極氣旋與熱帶氣旋截然不同：強度不如熱帶氣旋，但有時更大。2012年被恰當命名為“北極大旋風”的颶風綿延5000公裡，橫跨整個北冰洋。由於地形起伏不大，風暴可以連續數周在北冰洋周圍徘徊。“沒有什麼可以擺脫它們，”麥文說。

颶風是由溫暖海洋中上升的水蒸氣中的能量驅動的，但北極氣旋的火花來自水平溫差。在高海拔地區，極地渦旋中的彎曲，即5至8公裡高的風圈，使溫暖的中緯度空氣與寒冷的北極空氣分離，可以開始空氣旋轉。在地表附近，海洋和冰鋒之間或陸地和海洋之間的溫差也能起到同樣的作用。當低層螺旋上升與頂部螺旋上升相遇時，它們會增強為氣旋。克勞福德說，其他的北極氣旋是從低緯度地區進入的風暴，最終進入北極的“垃圾桶”。

與颶風不同，北極氣旋吹過部分被海冰覆蓋的海洋，對風和冰都有復雜的影響。初夏，風暴的雲層會抑制融化。但到瞭8月，當冰層邊緣變薄時，氣旋可以通過將浮冰推到更溫暖的水域，將冰分解成更小的浮冰，更容易融化，並產生波浪攪動更溫暖的海水，從而加快融化速度。同時，粗糙的冰表面可以作為風的制動器。然而，通過保持風暴核心的穩定，摩擦力也可以幫助風暴持續。

天氣和氣候模型很難預測風暴及其與海冰的相互作用。海軍研究實驗室的大氣科學傢、薄冰美國組成部分的負責人吉姆·道爾說，8月初，兩個主要模型在預測一場大風暴將到來的時間上相差瞭整整一天。Methven說，英國氣象局的模型產生的風暴往往會使夏季的冰融化得太快，而歐洲中期天氣預報中心的模型會留下太多的冰。

這些模型表現不佳，部分原因是關於北極條件的數據相對較少，氣象站很少。這些模型還與北冰洋雲的物理特性進行瞭鬥爭，這些雲通常包含冰凍和液態水滴的混合物。東安格利亞大學的氣象學傢伊恩·倫弗雷說：“在液態和冰之間取得平衡真的非常困難。”。薄冰的高空飛行飛機將通過收集風暴內部的詳細雲數據來幫助調整模型。

建模者也渴望獲得地表數據，特別是沿著粗糙、破碎的冰層周邊，這一區域被稱為邊緣冰區。Renfrew說，在過去幾年中，一些模型已經開始包含一個參數來解釋邊緣冰的粗糙度，而不是將其視為均勻光滑。這似乎改善瞭模型對氣旋和冰損失的預測，但研究人員不知道他們的參數是否符合現實。通過直接測量冰的粗糙度及其摩擦力對風暴的推回作用，撇冰飛行將有助於模型預測風和冰的復雜相互作用。

風暴是海冰退縮的主要原因。諾曼俄克拉荷馬大學的大氣科學傢史蒂文·卡瓦洛（Steven Cavallo）說，2012年的北極大颶風摧毀瞭500000平方公裡的冰，面積相當於西班牙。他說，颶風通常會破壞幾十萬平方公裡的冰，最終可能造成每年40%的冰損失。“我們認為這非常重要，而且還在增長。”

至少在最近幾十年裡，Doyle沒有看到任何跡象表明氣候變化正在造成更強或更頻繁的夏季風暴。但他說，變暖使冰層更容易受到颶風的侵襲。“冰層正在變薄，因此北極氣旋的影響要大得多。”

模型顯示，如果不是更早的話，到2050年北極將失去所有夏季海冰。科羅拉多州立大學的大氣科學傢Elina Valkonen說，這將如何影響夏季風暴是一個“百萬美元的問題”。競爭的力量在起作用。開闊而溫暖的海洋預計會為風暴提供更多的水分和燃料，但它也會減少引發許多風暴的低層螺旋上升，因為它消除瞭曾經是冰鋒的溫度梯度，並減少瞭海洋和陸地之間的梯度。

在未發表的研究中，Valkonen和同事從一組調整為無冰北極的模型中研究瞭2100年的情景。他們發現夏季風暴壓力的預測沒有變化，這決定瞭它們的強度。盡管風暴的數量略有增加，但這隻是由於低緯度地區的外來風暴，而不是北極地區產生的氣旋。不過，這可能並不都是好消息。瓦爾科寧說，如果沒有糙面冰來減緩它們的速度，風暴往往會持續更長時間，風速更快。“當你是北極的漁夫時，這就是你所關心的。”

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