ميزانية الحرارة السطحية للمحيط المتجمد الشمالي
كانت دراسة ميزانية الحرارة السطحية للمحيط المتجمد الشمالي (SHEBA) مشروعًا بحثيًا ممولًا من المؤسسة الوطنية للعلوم، صُمم لتحديد كمية عمليات انتقال الحرارة التي تحدث بين المحيط والغلاف الجوي على مدار عام في المحيط المتجمد الشمالي ، حيث تكون الشمس فوق الأفق من الربيع إلى الصيف وتحت الأفق بقية الوقت. صُممت الدراسة لتوفير بيانات تُستخدم في نماذج المناخ العالمية ، التي يستخدمها العلماء لدراسة تغير المناخ العالمي . [ 2 ]
خلفية
يعكس الجليد ضوء الشمس بسهولة أكبر من المياه المفتوحة. ويعكس الجليد البحري المغطى بالثلوج حوالي 80% من ضوء الشمس الساقط. وتؤدي التغيرات الموسمية في القطب الشمالي إلى صفاء السماء وتبريد إشعاعي ناتج عن الجليد البحري المغطى بالثلوج خلال فصل الشتاء القطبي المظلم باستمرار. وفي الربيع، مع عودة ضوء الشمس، تبدأ برك الذوبان بالتشكل، مما يزيد من معدل امتصاص الحرارة من الشمس. وفي الصيف، خلال ساعات النهار المتواصلة، تتشكل السحب التي تعكس الإشعاع الشمسي، بينما تقلل من فقدان الحرارة من المحيط. ولتحديد هذه التأثيرات كميًا على مساحة واسعة من سطح الأرض، تطلبت دراسة المحيط المتجمد الشمالي جهدًا علميًا واسع النطاق لجمع البيانات وتحليلها على مدار عام كامل. [ 2 ] ونتيجة لذلك، مولت المؤسسة الوطنية للعلوم ، بالتعاون مع جهات راعية أخرى، [ 3 ] دراسة لتحسين تحديد هذه العمليات كميًا. [ 4 ]
محطة ثلج شيبا
سافر الفريق العلمي على متن سفينة خفر السواحل الكندية "دي غروسيلييه" إلى المحيط المتجمد الشمالي. وصل الفريق إلى موقع محدد في 2 أكتوبر 1997، حيث كان من المقرر أن تتجمد السفينة في الجليد البحري لتكون قاعدة للملاحظات العلمية. أُقيم المخيم الجليدي في بحر بوفورت ، ثم انجرف غربًا إلى بحر تشوكشي ، مما أتاح إجراء ملاحظات عبر مختلف الأنظمة المحيطية والجوية في القطب الشمالي . [ 5 ] صُممت التجربة كنظام رصد متكامل يجمع بين القياسات السطحية والملاحظات الجوية والفضائية لدراسة تفاعلات السحب والإشعاع في القطب الشمالي وعمليات تبادل الطاقة السطحية. [ 5 ] شملت هذه الملاحظات قياسات للعمليات المحيطية والجوية من المياه تحت الجليد، بالقرب من السفينة، إلى أعلى الغلاف الجوي. تضمنت القياسات ما يلي:
- التدفقات الإشعاعية: الموجات الطويلة والموجات القصيرة
- تدفق الحرارة: تدفقات مضطربة للحرارة الكامنة والمحسوسة
- ارتفاع السحابة وسمكها وخصائصها الأخرى
- عمليات تبادل الطاقة في الطبقات الحدية للغلاف الجوي والمحيط
- عمق الثلج وسمك الجليد
- ملوحة المحيط ودرجة حرارته وتياراته
بقيت السفينة ثابتة بالنسبة للجليد لمدة عام واحد، وغادرت في 11 أكتوبر 1998. وأصبحت تُعرف باسم "محطة الجليد شيبا". [ 2 ] [ 6 ] تم اعتماد نهج المرصد العائم المستخدم خلال شيبا لاحقًا وتوسيعه في رحلات استكشافية لاحقة في القطب الشمالي، وأبرزها رحلة موزاييك الاستكشافية (2019-2020)، والتي استخدمت انجرافًا مماثلًا لمدة عام لدراسة نظام مناخ القطب الشمالي.
نتائج
أبرزت الملاحظات من مشروع SHEBA والتجارب ذات الصلة الدور المحوري للسحب في التحكم بميزانية طاقة سطح القطب الشمالي، لا سيما من خلال تأثيرها على الإشعاع طويل الموجة وقصير الموجة. [ 5 ] وُجد أن السحب شائعة في موقع السفينة على مدار العام. في منتصف الشتاء، كانت السماء ملبدة بالغيوم بنسبة 40% من الوقت، وفي الصيف، كانت السماء ملبدة بالغيوم باستمرار. كانت درجة حرارة الهواء أقل بمقدار 0.6 درجة مئوية من متوسط درجة الحرارة المناخية الإقليمية. مع غياب الشمس في الشتاء، كان التدفق الصافي للحرارة من سطح المحيط إلى السماء، ويتسم باختلافات كبيرة في التدفق مع تغيرات الغطاء السحابي. في أبريل، تحول التدفق نحو التسخين الشمسي لسطح البحر، والذي بلغ ذروته في يوليو عندما كانت أشعة الشمس في أقوى حالاتها، وتكونت برك ذوبان الجليد التي كانت أغمق بكثير من الثلج ويمكنها امتصاص ضوء الشمس بكفاءة أكبر. [ 2 ] لوحظ في كثير من الأحيان أن أنظمة السحب القطبية تستمر في حالة مختلطة الطور، تحتوي على كل من الماء السائل فائق التبريد وبلورات الجليد، مما يؤثر بشدة على توازن الإشعاع السطحي ويظل من الصعب تمثيله في نماذج المناخ. [ 5 ]
أُجريت قياسات أيضًا للتغير الصافي في كتلة الجليد والغطاء الثلجي في 100 موقع. ولاحظ الباحثون تباينًا واسعًا في التغير في المنطقة المحيطة بالسفينة. وخلصوا إلى أنه مع انحسار ضوء الشمس في الخريف، انخفضت درجة حرارة الجليد بحيث بدأ، بحلول شهر نوفمبر، في تكوين نمو جديد في أسفل الغطاء الجليدي. ومن خلال هذه الملاحظات، حددوا خمس مراحل للتغير في ميزانية الحرارة: [ 2 ]
- الثلج الجاف
- ذوبان الثلوج
- تكوين البركة
- تطور البركة
- تجمد الخريف
أظهرت القياسات الدقيقة لتوازن كتلة الجليد من أوتاد الذوبان خلال تجربة SHEBA أن أعلى معدل ذوبان سطحي لوحظ في الجليد المتجمع، بينما لوحظ أعلى معدل ذوبان قاعي في التلال الجليدية . وكان ذوبان قاع التلال الجليدية أعلى بنسبة 60% من ذوبان قاع الجليد غير المشوه في عامه الأول. ولم يكن تدفق الطاقة من الإشعاع الشمسي إلى المحيط عبر الممرات كافيًا لموازنة الذوبان القاعي الملحوظ. [ 7 ] خلال فصل الصيف، غطت طبقات مياه الذوبان والقيعان الزائفة 15% من مساحة ما تحت الجليد . وبلغ متوسط عمق طبقات مياه الذوبان 0.31 متر بملوحة 1.5. وبلغ متوسط سمك القيعان الزائفة 0.2 متر. [ 8 ]
النمذجة
قدمت رصدات SHEBA بيانات تحقق بالغة الأهمية لنماذج الغلاف الجوي والمناخ، لا سيما لتحسين تمثيل فيزياء السحب الدقيقة وعمليات انتقال الإشعاع في ظروف القطب الشمالي. [ 5 ] سمحت النتائج التجريبية بنمذجة ذات دلالة لعمليات ميزانية الحرارة الموسمية التي تحدث عبر جليد المحيط المتجمد الشمالي وغلافه الجوي. شمل نطاق النموذج العمود من أسفل الغطاء الجليدي إلى أعلى الغلاف الجوي. أدرك العلماء أن مفتاح النموذج يكمن في التوصيف الصحيح لتغير انعكاسية أو بياض سطح الجليد، نتيجة لتغيرات الغطاء الثلجي وذوبان الجليد. كان الغطاء السحابي عاملاً أساسياً في وصف كمية الطاقة التي تصل إلى سطح المحيط أو تتسرب منه. [ 2 ]
العمليات المحيطية
أخذ النموذج في الاعتبار ملاحظة أن الإشعاع الشمسي هو المصدر الحراري الرئيسي للسطح. وقد فسّر التغير في المحيط المفتوح من ذروة بلغت 5% في يونيو، والتغيرات في البياض. وقد امتص المحيط ما يقارب 8% من الإشعاع الشمسي الوارد عبر الجليد. [ 2 ]
العمليات الجوية
تمكن العلماء من تحديد معايير الاضطراب القريب من السطح، والتي تُحدد مدى قدرة حركة الهواء على تبريد أو تدفئة سطح الجليد، موسميًا. ففي الصيف، يصبح السطح أكثر خشونة، مما يُبطئ تدفق الهواء. وقد سمحت قياسات السحب بتقنية الليدار وبيانات درجة الحرارة والاضطراب التي جمعتها بالونات القياس، بالتوصيف العلمي لدور الغلاف الجوي فوق الجليد في تعزيز أو تثبيط تدفئة أو تبريد سطح المحيط. [ 2 ]
مشاركون
شارك الأفراد والمنظمات التالية في SHEBA: [ 4 ]
انظر أيضاً
مراجع
- ↑ ماكفي، م.؛ موريتز، ر. (2007). "موقع/اتجاه معسكر الجليد (كل ساعة)" . NSF NCAR EOL. doi : 10.5065/D6WS8RM4 . تاريخ الاسترجاع : 18 أبريل 2026 .
{{cite web}}: صيانة CS1: أسماء متعددة: قائمة المؤلفين ( رابط ) - 1 2 3 4 5 6 7 8 بيروفيتش، دونالد؛ موريتز، ريتشارد سي؛ ويذرلي، جون (2003)، SHEBA: ميزانية الحرارة السطحية للمحيط المتجمد الشمالي (ملف PDF) (الطبعة 03048 )، المؤسسة الوطنية للعلوم
- ↑ جاءت الرعاية الأساسية من برنامج علوم النظام القطبي الشمالي التابع للمؤسسة الوطنية للعلوم، بموجب منح من مكتب البرامج القطبية (قسم علوم المحيطات وقسم علوم الغلاف الجوي)، مع دعم إضافي من مكتب البحوث البحرية ومركز اليابان للعلوم والتكنولوجيا البحرية.
- 1 2 أوتال، تانيل؛ كاري، جوديث أ.؛ ماكفي، مايلز ج.؛ بيروفيتش، دونالد ك.؛ وآخرون (فبراير 2002)، "ميزانية الحرارة السطحية للمحيط المتجمد الشمالي" (ملف PDF) ، نشرة الجمعية الأمريكية للأرصاد الجوية ، 83 (2): 255-275 ، doi : 10.1175/1520-0477(2002)083 < 0255:SHBOTA > 2.3.CO ؛ 2 ، 12 يناير 2011، مؤرشف من النسخة الأصلية (ملف PDF) في 26 يوليو 2011
- 1 2 3 4 5 كاري، جا؛ هوبز، الكهروضوئية. كينغ، دكتور في الطب؛ راندال، دا. مينيس، ب. إسحاق، جورجيا؛ بينتو، جو. أوتال، ت.؛ بوخولتز، أ. كريب، د.ج. جربر، ه.؛ فيرال، سي دبليو؛ غاريت، تي جيه؛ هدسون، J .؛ إنتريري ، جي إم . جاكوب، C .؛ جنسن، T.؛ لوسون، ب. ماركوت، د.؛ نجوين، L.؛ بيلوسكي، ب. رانجنو، أ. روجرز، العاصمة؛ ستروبريدج، كيلو بايت؛ فاليرو، فبج؛ ويليامز، AG. وايلي، د. (2000). "تجربة الغيوم القطبية الشمالية النارية" . نشرة جمعية الأرصاد الجوية الأمريكية . 81 (1): 5– 29. doi : 10.1175/1520-0477(2000)081 < 0005:FACE > 2.3.CO ; 2 . hdl : 2060/19990028514 . ISSN 0003-0007 . تاريخ الاسترجاع: 18 أبريل 2026 .
- ↑ "محطة الجليد شيبا" هي إشارة إلى الرواية، محطة الجليد زيبرا ، أو الفيلم .
- ↑ بيروفيتش، د.ك.؛ غرينفيل، ت.س.؛ ريختر-مينج، ج.أ.؛ لايت، ب.؛ تاكر، و.ب.؛ إيكن، هاجو (2003). "رقيق وأرق: قياسات توازن كتلة الجليد البحري خلال مشروع SHEBA" . مجلة البحوث الجيوفيزيائية: المحيطات . 108 (3). doi : 10.1029/2001JC001079 .
- ↑ إيكن، هـ. (1994). "بنية برك ذوبان الجليد تحت الجليد في القطب الشمالي الأوسط وتأثيرها على الغطاء الجليدي البحري" . علم البحيرات والمحيطات . 29 (3). doi : 10.4319/lo.1994.39.3.0682 .
روابط خارجية
- البحوث المناخية
- مؤسسة العلوم الوطنية
- العلوم والتكنولوجيا في الولايات المتحدة
- المحيط المتجمد الشمالي