Полярная метеорология — это изучение атмосферы полярных регионов Земли . Инверсия температуры поверхности типична для полярных сред и приводит к явлению катабатического ветра . Вертикальная структура температуры полярных сред, как правило, более сложная, чем в климате средних широт или тропическом климате.
Сбор данных полярной метеорологии начался в 1893 году с Фритьофа Нансена во время его экспедиции на Северный полюс . Одной из целей экспедиции было проведение подробных метеорологических и ранних океанографических измерений. Измерения, сделанные с корабля Нансена, который был назван «Фрам», были использованы Вагном Вальфридом Экманом для разработки теории поворота поверхностного потока с трением ( спираль Экмана ). [1]
Холодная война послужила катализатором прогресса в полярной метеорологии. Аэростатные приборы вдоль северных границ США и Канады использовались для профилирования атмосферы . ПВО Северной Америки часто использовали приборы, установленные на аэростатах, для профилирования Арктики. Атомные подводные лодки , которые Соединенные Штаты использовали в качестве оборонительного механизма, были оснащены гидролокаторами, направленными вверх . Позднее данные были рассекречены и в период с 1958 по 1979 год стали основой для оценки истончения льда с 1980-х годов по настоящее время. [1] Россия также предоставила высокоточные данные в период с 1937 по 1991 год.
Сегодня подводное картирование и измерения были радикально сокращены. Один из классических способов измерения толщины льда — это просверлить отверстие во льду и проанализировать полученный лед. Существует также множество более сложных методов и устройств, предназначенных для измерения и отслеживания погодных условий в полярных районах. К ним относятся буи баланса массы льда , направленный вверх гидролокатор с подо льдом буев и спутники. Глобальное потепление повысило интерес к полярной метеорологии. Это связано с тем, что большая часть снега и льда Земли находится в полярных регионах, и ожидается, что эти регионы будут больше всего затронуты эффектом обратной связи альбедо снега/льда-поверхности . Поэтому, если повышенная концентрация углекислого газа в атмосфере вызывает глобальное потепление, то полярные регионы должны нагреваться быстрее, чем другие места на Земле. [2]
Взаимодействие между атмосферой, льдом и океаном ограничивается пограничным слоем атмосферы , на который в основном влияют характеристики поверхности. В полярных регионах это шероховатость морского льда и концентрация морского льда, которые в значительной степени влияют на распределение температуры поверхности. Скорость и направление ветра, температура воздуха и место контакта ветра являются другими факторами. [3] Как морской лед, так и ветер оказывают большое влияние на пограничный слой атмосферы, который часто используется для измерения условий в полярных регионах.
Атмосферная часть гидрологического цикла в полярных регионах играет важную роль в следующем: [3]
Углекислый газ (CO 2 ) представляет особый интерес для полярной метеорологии, поскольку он влияет на таяние морского льда. Человеческая деятельность выбрасывает углекислый газ в атмосферу при сжигании нефти, угля и природного газа. Дюжина килограммов арктического морского льда исчезает на каждый килограмм выброшенного углекислого газа. Это подчеркивает тепловую силу углекислого газа, который выбрасывает в наш климат в 100 000 раз больше энергии, чем выделялось при сжигании нефти, угля или природного газа. [4] Белый арктический лед, в настоящее время находящийся на самом низком уровне в недавней истории, вызывает большее поглощение. Питер Уодхэмс из Кембриджского университета в статье BBC 2012 года подсчитал, что это поглощение солнечных лучей имеет эффект, «эквивалентный примерно 20 годам дополнительного CO 2 , добавляемого человеком». Он сказал, что арктическая ледяная шапка «идет к забвению». [5]
Метан , мощный парниковый газ, вносит существенную положительную обратную связь , поскольку глобальное потепление приводит к отступлению обширных областей сплошной и прерывистой вечной мерзлоты в северном полушарии. По мере отступления вечной мерзлоты все больше территорий становятся источниками метана. Оценки выбросов метана из северных болот сильно различаются из-за
Недавние достижения теперь позволяют датчикам напрямую измерять турбулентные потоки метана с естественно излучающих поверхностей. Быстродействующий датчик метана также может быть установлен на исследовательских самолетах, таких как самолет Polar 5 Института Альфреда Вегенера .