El estudio Surface Heat Budget of the Arctic Ocean (SHEBA) fue un proyecto de investigación financiado por la National Science Foundation diseñado para cuantificar los procesos de transferencia de calor que ocurren entre el océano y la atmósfera durante el transcurso de un año en el Océano Ártico , donde el sol está por encima del horizonte desde la primavera hasta el verano y por debajo del horizonte el resto del tiempo. El estudio fue diseñado para proporcionar datos para su uso en modelos climáticos globales , que los científicos utilizan para estudiar el cambio climático global . [1]
Fondo
El hielo refleja la luz del sol más fácilmente que el agua abierta. El hielo marino cubierto de nieve refleja aproximadamente el 80% de la luz solar incidente. Los cambios estacionales en el Ártico dan como resultado cielos despejados y enfriamiento por radiación del hielo marino cubierto de nieve en el invierno ártico constantemente oscuro. En primavera, con el retorno de la luz solar, comienzan a formarse charcos de fusión y aumentan la tasa de absorción de calor del sol. En el verano, durante el día constante, se forman nubes que reflejan la luz hacia el cielo, pero impiden el flujo de calor desde el océano. Para cuantificar estos efectos en una gran parte del área terrestre, el Océano Ártico, se requirió un esfuerzo de recopilación y análisis de datos científicos a gran escala durante un año. [1] En consecuencia, la National Science Foundation , junto con otros patrocinadores, [2] financió un estudio para cuantificar mejor estos procesos. [3]
Estación de hielo SHEBA
El grupo científico viajó a bordo del barco de la Guardia Costera canadiense Des Groseilliers hacia el Océano Ártico. Llegó a un lugar el 2 de octubre de 1997 donde el plan era permitir que el barco se congelara en el hielo y fuera la base para las observaciones científicas. Esas observaciones incluyeron mediciones de los procesos oceánicos y atmosféricos desde el agua debajo del hielo, cerca del barco, hasta la parte superior de la atmósfera. Medidas incluidas:
- Flujos radiativos: onda larga y onda corta
- Flujo de calor: flujos turbulentos de calor latente y sensible.
- Altura, grosor y otras propiedades de las nubes
- Procesos de intercambio de energía en las capas limítrofes de la atmósfera y el océano.
- Profundidad de la nieve y espesor del hielo
- Salinidad, temperatura y corrientes del océano
El barco permaneció estacionado con respecto al hielo durante un año, partiendo el 11 de octubre de 1998. Se conoció como "Estación de Hielo SHEBA". [1] [4]
Resultados
Los científicos encontraron que las nubes son comunes en la ubicación del barco durante todo el año. En pleno invierno, según los informes, estaba nublado el 40% del tiempo y en el verano el cielo estaba continuamente nublado. La temperatura del aire fue 0.6 ° C menor que la temperatura promedio climatológica regional. Sin sol en el invierno, el flujo neto de calor (flujo) fue desde la superficie del océano hacia el cielo, marcado con grandes diferencias en el flujo con cambios en la cobertura de nubes. En abril, el flujo cambió hacia el calentamiento solar de la superficie del mar, que alcanzó un máximo en julio, cuando la luz solar era más fuerte y el hielo desarrolló estanques de deshielo que eran mucho más oscuros que la nieve y podían absorber la luz solar de manera más eficiente. [1]
Los científicos también midieron el cambio neto en la masa del hielo y la nieve en 100 sitios. Notaron una amplia variabilidad de cambio en la región que rodea al barco. Determinaron que, con la luz del sol menguante del otoño, la temperatura en el hielo descendió de tal manera que, en noviembre, estaba generando un nuevo crecimiento en la parte inferior del paquete de hielo. A partir de estas observaciones, identificaron cinco fases de cambio en el balance de calor: [1]
- Nieve seca
- Nieve derritiendose
- Formación de estanques
- Evolución del estanque
- Caída congelada.
Modelado
Los resultados experimentales permitieron modelar significativamente los procesos de balance de calor estacional que ocurren a través del hielo marino y la atmósfera del Océano Ártico. El alcance del modelo fue la columna desde debajo del paquete de hielo hasta la parte superior de la atmósfera. Los científicos se dieron cuenta de que la clave del modelo era caracterizar correctamente la reflectividad cambiante o el albedo de la superficie del hielo, debido a los cambios en la capa de nieve y el derretimiento del hielo. La cubierta de nubes fue clave para describir cuánta energía alcanzó o escapó de la superficie del océano. [1]
Procesos oceánicos
El modelo incorporó la observación de que la radiación solar es la fuente de calor dominante en la superficie. Explicó el cambio en mar abierto desde un máximo del 5% en junio y los cambios en el albedo. Aproximadamente el 8% de la radiación solar entrante fue absorbida por el océano a través del hielo. [1]
Procesos de la atmósfera
Los científicos pudieron definir parámetros para la turbulencia cercana a la superficie que caracterizan el grado en que el movimiento del aire puede enfriar o calentar la superficie del hielo, estacionalmente. En verano, la superficie se vuelve más rugosa y ralentiza el flujo de aire. Las mediciones de la nube lidar y los datos de temperatura y turbulencia de la sonda del globo permitieron la caracterización científica del papel de la atmósfera sobre el hielo en la promoción o inhibición del calentamiento o enfriamiento de la superficie del océano. [1]
Participantes
Las siguientes personas y organizaciones participaron en SHEBA: [3]
Nombre | Afiliación | Localización |
---|---|---|
Uttal e Intrieri | NOAA / Laboratorio de tecnología ambiental | Boulder, Colorado |
Curry y Maslanik | Universidad de Colorado | Boulder, Colorado |
Mcphee | Compañía de investigación McPhee | Naches, Washington |
Perovich y Grenfeld | Laboratorio de Ingeniería e Investigación de las Regiones Frías , Ejército de EE. | Hannover, Nueva Hampshire |
Moritz, Stern, Heiberg, Morison y Lindsey | Universidad de Washington | Seattle, Washington |
Guest y Stanton | Escuela de Postgrado Naval | Monterey, California |
Moore | Corporación Universitaria de Investigación Atmosférica | Boulder, Colorado |
Turenne | Guardia Costera Canadiense | Ciudad de Quebec, Quebec , Canadá |
Serreze y Persson | Instituto Cooperativo de Investigación en Ciencias Ambientales | Boulder, Colorado |
Wylie | Universidad de Wisconsin-Madison | Madison, Wisconsin |
Paulson, Wheeler y Pegau | La Universidad Estatal de Oregon | Corvallis, Oregón |
Halle y Pinkel | Instituto Scripps de Oceanografía | La Jolla, California |
Makshtas | Universidad de Alaska | Fairbanks, Alaska |
Welch | Instituto de agua dulce | Winnipeg, Manitoba , Canadá |
Shupe | Corporación de Ciencia y Tecnología | Boulder, Colorado |
Stamnes | Instituto de Tecnología Stevens | Maplewood, Nueva Jersey |
Referencias
- ^ a b c d e f g h Perovich, Donald; Moritz, Richard C .; Weatherly, John (2003), SHEBA: The Surface Heat Budget of the Arctic Ocean (PDF) (03048 ed.), National Science Foundation
- ^ El patrocinio principal provino del Programa de Ciencias del Sistema Ártico de la NSF, bajo subvenciones de la Oficina de Programas Polares (División de Ciencias Oceánicas y División de Ciencias Atmosféricas), con apoyo adicional de la Oficina de Investigación Naval y el Centro de Ciencia y Tecnología Marinas de Japón.
- ^ a b Uttal, Taneil; Curry, Judith A .; McPhee, Miles G .; Perovich, Donald K .; et al. (Febrero de 2002), "Surface Heat Budget of the Arctic Ocean" (PDF) , Bulletin of the American Meteorological Society , 83 (2): 255-275, doi : 10.1175 / 1520-0477 (2002) 083 <0255: SHBOTA> 2.3.CO; 2 , 2011-01-12, archivado desde el original (PDF) el 2011-07-26
- ^ "Ice Station SHEBA" es una referencia a la novela, Ice Station Zebra , o película .
enlaces externos
- Fundación Nacional de Ciencia