基于無人機的格陵蘭島水蒸氣數(shù)據(jù)正在改善氣候模型并加深對未來冰蓋損失的了解。

研究人員首次精確測量了格陵蘭冰蓋上層大氣中的水蒸氣。利用定制的無人機，他們的工作可以更準(zhǔn)確地估計迅速變暖的極地地區(qū)的冰損失。

一架氣動發(fā)射的無人機準(zhǔn)備前往格陵蘭島 EastGRIP 收集空氣樣本進(jìn)行同位素分析。圖片來源：Ole Zeising/Alfred-Wegener-Institute

“我們將能夠了解未來幾年水如何流入和流出格陵蘭島，”第一作者、科羅拉多大學(xué)博爾德分校北極和高山研究所 (INSTAAR) 的博士生 Kevin Rozmiarek 說?！白鳛橐粋€主要的淡水水庫，我們需要了解格陵蘭島的環(huán)境未來將如何變化?！?/span>

該研究結(jié)果于 3 月 14 日發(fā)表在JGR Atmospheres 雜志上。

根據(jù)美國國家海洋和大氣管理局 ( NOAA ) 的數(shù)據(jù)，2023 年秋季至 2024 年秋季期間，格陵蘭島損失了約 550 億噸冰雪。這是連續(xù)第 28 年冰雪損失。自 1992 年以來，科學(xué)家估計格陵蘭島損失了超過 5 萬億噸冰。

格陵蘭冰蓋蘊藏著全球約 8% 的淡水。隨著冰蓋融化，全球海平面上升，可能破壞全球海洋環(huán)流和生態(tài)系統(tǒng)。

大部分冰損失來自冰川上大塊冰塊的脫落和地表冰雪的融化。升華，即固體先變成氣體而不是先變成液體的過程，也可能起到一定作用。先前的研究表明，在格陵蘭島的一些地區(qū)，大約 30% 的夏季地表積雪可能會升華為水蒸氣。

羅茲米亞雷克說，目前還不清楚這些水蒸氣去了哪里。有些水蒸氣可能會以雪的形式落回地面，或者隨后重新凝結(jié)在地面上，但有些水蒸氣可能會完全離開格陵蘭的水系統(tǒng)。

在北極收集空氣樣本是一項昂貴且技術(shù)難度大的任務(wù)，因為它傳統(tǒng)上需要在惡劣天氣下駕駛飛機到達(dá)冰蓋中部，然后將空氣樣本帶回實驗室。

Rozmiarek 和他的團(tuán)隊通過將空氣采樣設(shè)備裝載到一架翼展 10 英尺的大型無人機上克服了這些挑戰(zhàn)。

2022 年整個夏天，該團(tuán)隊從哥本哈根大學(xué)管理的東格陵蘭冰芯項目營地起飛無人機 104 次，無人機在島內(nèi)的不同高度收集空氣樣本，最高可達(dá)距地面近 5000 英尺。

研究小組旨在研究空氣水蒸氣中氫原子和氧原子的類型。不同來源的水分子含有不同的氫和氧組合?？茖W(xué)家將這些變化稱為同位素。

“同位素是水的指紋。通過追蹤這些指紋，我們可以追溯到水蒸氣的來源，”羅茲米亞雷克說。科學(xué)家已經(jīng)收集了格陵蘭島水源的高質(zhì)量數(shù)據(jù)，包括從熱帶地區(qū)流出的水和匯水，即格陵蘭冰蓋的表面積雪?！暗覀儗α鲃铀耐凰亟M成知之甚少，即源頭和匯水之間的水蒸氣，”他補充道。

當(dāng)研究小組將無人機測量結(jié)果與現(xiàn)有的模擬北極水循環(huán)的計算機模擬結(jié)果進(jìn)行比較時，他們發(fā)現(xiàn)模擬結(jié)果低估了格陵蘭島的降水量。通過結(jié)合模擬中觀察到的同位素數(shù)據(jù)，該模型準(zhǔn)確預(yù)測了格陵蘭島的水流方式。

“能夠盡可能準(zhǔn)確地預(yù)測全球變暖對格陵蘭島的影響非常重要，”羅茲米亞雷克說?！拔覀兺ㄟ^成功改進(jìn)現(xiàn)有模型證明了水蒸氣同位素數(shù)據(jù)的實用性?！?/span>

大約 12.5 萬年前，地球溫度高于工業(yè)化前水平，格陵蘭島被一個明顯較小的冰蓋覆蓋，海平面比今天高出 19 英尺。羅茲米亞雷克說，隨著地球繼續(xù)變暖，格陵蘭島冰蓋可能會發(fā)生巨大變化，甚至縮小到當(dāng)時的規(guī)模。

格陵蘭冰蓋蘊藏著大量淡水，這些淡水一旦流出，將導(dǎo)致全球海平面大幅上升。聯(lián)合國估計，氣候變化導(dǎo)致的海平面上升目前影響著全球 10 億人。

羅茲米亞雷克希望重返格陵蘭島和北極其他地區(qū)，進(jìn)行更多飛行并收集更多數(shù)據(jù)。

“這就像我們剛剛弄清楚如何在犯罪現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)指紋一樣。在我們最需要水的時候，這是了解這個重要系統(tǒng)中水流向何處和水來自何處的一個具體步驟，”他說。

編譯自/ScitechDaily