Dr Ola Persson dan ilmuwan MOSAiC lainnya membuat instrumen ilmiah di Samudra Arktik Tengah. Kredit: Daisy Dunne untuk Carbon Brief

Ekspedisi penelitian kutub terbesar di dunia saat ini sedang berlangsung di Kutub Utara. Ekspedisi selama setahun, yang dikenal sebagai Observatory drifting Multidisipliner untuk Studi Iklim Arktik (Mosaik), melibatkan 300 peneliti dari 19 negara. Dari kapal yang terperangkap di es laut, para ilmuwan melakukan pengukuran yang dapat membantu mengubah model iklim. Penulis sains Carbon Brief Daisy Dunne bergabung dengan ekspedisi selama enam minggu pertama di musim gugur 2019. Ini adalah yang ketiga dari empat artikel yang berfokus pada ekspedisi MOSAiC.

Untuk kapal yang berlayar dekat dengan kutub utara, beberapa peristiwa menimbulkan risiko lebih besar daripada badai Arktik. 

Badai Arktik dapat menimbulkan angin yang sangat tinggi, yang mengaduk-aduk lautan, menyebabkan gelombang membengkak beberapa meter. Hal ini tidak hanya membuat kehidupan di laut tak tertahankan bagi para pelaut, tetapi juga membuat navigasi Kutub Utara - dan gunung esnya - lebih menantang.

Angin kencang juga dapat merobek es laut, menyebabkannya pecah dan bergerak ke arah yang berbeda. Bidang penelitian yang berkembang menunjukkan bahwa dampak angin badai pada es laut bisa lebih besar dari yang diperkirakan sebelumnya - dan berpotensi signifikan untuk prakiraan hilangnya es di masa depan.

Ada bukti yang muncul juga, untuk menunjukkan bahwa badai Kutub Utara dapat mempengaruhi cuaca jauh dari kutub.

"Jawaban singkatnya adalah ada beberapa dampak pada garis lintang pertengahan dari topan Arktik, tetapi kita tidak tahu dengan keteraturan apa yang terjadi," kata Dr Ola Person, seorang ahli meteorologi kutub dari Administrasi Kelautan dan Atmosfer Nasional (NOAA).

Persson adalah satu dari 600 orang yang ikut serta dalam MOSAiC, ekspedisi penelitian Arktik terbesar yang pernah dicoba. (Carbon Brief baru saja bergabung ekspedisi untuk enam minggu pertama.)

Sebagai bagian dari ekspedisi, Persson dan rekan-rekannya telah menyiapkan serangkaian instrumen untuk mengukur berbagai aspek badai Arktik - mulai dari kecepatan angin yang mereka bawa hingga skala dampaknya terhadap es laut.

Mengumpulkan data tersebut dapat membantu menjawab pertanyaan kunci tentang badai Arktik, seperti bagaimana mereka dapat mempengaruhi kondisi es dan iklim jangka panjang dan bagaimana, jika sama sekali, mereka dapat berubah dalam menanggapi perubahan iklim.

Memutar

Badai Arktik ”- juga disebut Arktik atau siklon kutub - adalah sistem bertekanan rendah yang memengaruhi Samudra Arktik dan daratan di dekatnya, termasuk Greenland, Kanada utara, dan Eurasia utara. Dalam badai Arktik, udara berputar berlawanan arah jarum jam.

Animasi di bawah ini menunjukkan pergerakan badai Arktik melintasi wilayah kutub utara pada tahun 2012 - a tahun terendah untuk es laut. Dalam animasi, gerakan angin permukaan diwakili oleh panah kecil berwarna sesuai dengan kecepatan.

Pergerakan badai musim panas di Arktik pada 2012. Kredit: NASA / Goddard Space Flight Center, Pusat Visualisasi Ilmiah Studio

Badai Arktik dapat terbentuk baik di dalam maupun di luar wilayah kutub, kata Persson. "Beberapa dari mereka tampaknya berasal dari siklon yang berasal dari garis lintang lebih rendah dan pindah ke Kutub Utara. Topan Arktik lain tampaknya berkembang di wilayah Arktik. "

Badai yang berasal dari Arktik dapat terbentuk ketika ada gangguan di "tropopause”- bagian dari atmosfer yang bertindak sebagai lapisan batas antara troposfer dan stratosfer, kata Persson. "Gangguan ini bisa sangat lama dan, jika kondisinya benar, mereka tampaknya menyebabkan topan tingkat rendah."

Dibandingkan dengan badai tropis (dikenal sebagai topan or badai tergantung pada di mana mereka ditemukan), hanya ada sedikit penelitian tentang badai Arktik, kata Persson.

Ini sebagian besar karena, dibandingkan dengan badai pertengahan-lintang, topan Arktik mempengaruhi sangat sedikit orang. Namun, penurunan es laut yang cepat membuat Kutub Utara lebih mudah dinavigasi untuk periode yang lebih lama dalam setahun. Ini pada gilirannya telah menghasilkan keuntungan dalam keduanya komersial dan turis aktivitas di Kutub Utara - membuat kebutuhan untuk memahami badai Kutub Utara lebih mendesak.

Ada juga beberapa bukti yang menunjukkan bahwa perubahan iklim bisa membuat badai Arktik lebih sering terjadi, kata Prof Jenny Hutchings, seorang ilmuwan MOSAiC dan peneliti dinamika es laut dari Jakarta Oregon State University. "Tampaknya ada peningkatan aktivitas siklon hingga Arktik," katanya kepada Carbon Brief.

Namun, kurangnya data historis tentang badai Arktik membuat sulit untuk menentukan apakah ada tren yang meningkat, kata Persson:

“Ada beberapa saran bahwa topan Arktik mungkin lebih sering terjadi sekarang, tetapi masalahnya adalah kita tidak memiliki banyak pengukuran dari sebelumnya. Mungkin frekuensi rendah sebelumnya yang kami amati adalah karena fakta bahwa model kami, atau rekonstruksi kami di masa lalu, tidak cukup lengkap. "

Aspek lain dari badai Arktik yang belum mendapatkan gambaran jelas dari para ilmuwan adalah struktur fisik mereka, kata Persson:

“Siklon Arktik tampaknya memiliki struktur yang berbeda dari siklon mid-latitude. Sudah ada beberapa penelitian dalam dua hingga empat tahun terakhir yang menyatakan bahwa mereka memiliki struktur vertikal lebih mirip dengan badai daripada badai mid-latitude. "

Selama ekspedisi MOSAiC, ia bertujuan untuk mengumpulkan data tentang struktur vertikal badai Arktik. Ekspedisi ini berpusat di sekitar Polarstern, kapal pemecah es Jerman yang sengaja dibekukan ke dalam es laut. Kapal akan melayang secara pasif dengan es saat bergerak ke utara pada tahun berikutnya.

Peta yang menunjukkan rute Polarstern dari kepergiannya dari Tromso pada 20 September 2019 ke sekitar 85 derajat utara di Samudra Arktik Tengah, tempat ia menempelkan diri pada gumpalan es terapung pada 6 Oktober 2019 (merah). Panah jerami menggambarkan area yang mungkin dilalui kapal dalam perjalanan setahun, yang akan berakhir di dekat Selat Fram. Kredit: Tom Prater untuk Carbon Brief

Untuk mempelajari struktur badai Arktik, Persson dan rekan-rekannya perlu menunggu mereka melewati kapal. Mereka kemudian akan mengumpulkan data tentang badai menggunakan serangkaian instrumen, termasuk balon cuaca, yang menangkap perubahan suhu atmosfer, tekanan, kelembaban dan angin. Mereka juga akan menggunakan radar cuaca khusus, yang menggunakan gelombang radio untuk mendeteksi perubahan curah hujan dan kecepatan angin.

Berbagai instrumen akan melakukan pengukuran pada ketinggian yang berbeda di atmosfer selama badai. Dengan menyatukan informasi ini, para peneliti berharap untuk belajar lebih banyak tentang struktur vertikal dari melewati badai Arktik.

Juergen Graeser meluncurkan balon cuaca di dek helikopter Polarstern. 22 September 2019. Kredit: Esther Horvath

Memulai percakapan

Selain menyelidiki struktur badai Arktik, peneliti MOSAiC juga akan mencoba untuk mendapatkan gambaran tentang bagaimana mereka dapat berdampak pada es laut. Persson mengatakan:

"Apa yang diperhatikan orang dalam beberapa tahun terakhir adalah ketika kita memiliki topan Arktik yang sangat besar, es laut menghilang."

Contoh dramatis ini terjadi di 2012, ketika Arktik dilanda badai kuat yang bergerak lambat pada Agustus. Topan itu berlangsung hampir dua minggu, membawa hujan lebat dan 30mph angin.

Tahun itu, es laut Kutub Utara mencapai puncaknya level terendah pada catatan. Ada kemungkinan bahwa badai berperan dalam mendorong penurunan cepat di es laut.

Para ilmuwan telah berhipotesis bahwa badai meningkatkan hilangnya es dengan menyebabkan es pecah, sehingga lebih rentan terhadap pencairan. Angin badai mungkin bahkan mendorong es ke perairan yang lebih hangat, meningkatkan pencairan lebih lanjut, kata para peneliti.

Namun, peneliti lain berpendapat bahwa badai hanya memainkan peran kecil dalam rekor terendah.

A belajar diterbitkan pada 2013 menganalisis dampak badai menggunakan pemodelan iklim. Para peneliti menjalankan dua rangkaian simulasi: satu mirroring kondisi Arktik pada 2012 dengan termasuk badai Agustus dan satu mirroring kondisi 2012 tanpa badai.

Penelitian ini menemukan bahwa, dalam kedua rangkaian simulasi, es laut Kutub Utara jatuh ke rekor terendah baru. Namun, dalam simulasi termasuk badai, rekor terendah ditetapkan sekitar 10 hari lebih awal daripada dalam simulasi tanpa badai.

Temuan menunjukkan bahwa faktor lain lebih penting untuk kondisi es terendah yang terlihat pada 2012, kata para peneliti. Misalnya, tahun itu, suhu musim panas Arktik lebih hangat dari rata-rata dan bongkahan es sebagian besar terdiri dari "es tahun pertama”- es muda yang lebih mudah meleleh.

Perubahan luas es laut Kutub Utara yang berumur kurang dari satu tahun (biru muda) menjadi es yang berusia empat tahun ke atas (biru tua) seiring waktu. Luas ditunjukkan untuk minggu yang sama (22-28 Oktober) dari 1985-2019. Sumber data: Pusat Data Salju dan Es Nasional. Bagan oleh Carbon Brief menggunakan Highcharts

Sementara penelitian ini membantu menjelaskan topan 2012, dampak sebenarnya dari badai Arktik pada es laut sebagian besar masih belum diketahui. "Kami hanya melihat satu badai besar," tersebut belajar bersama penulis Dr. Ron Lindsay, Dari Universitas Washington pada 2013. "Jika kita ingin memahami bagaimana badai akan mempengaruhi lapisan es di masa depan kita perlu memahami efek badai dalam kondisi yang berbeda."

Salah satu tujuan penelitian ekspedisi MOSAiC adalah untuk mempelajari dampak badai Arktik pada es laut selama satu tahun penuh, di bawah berbagai kondisi.

Dalam radius 50 km di sekitar kamp es utama MOSAiC, para ilmuwan memilikinya diinstal jaringan stasiun penelitian terapung. Stasiun-stasiun ini adalah rumah bagi serangkaian instrumen yang, untuk tahun depan, akan melakukan pengukuran perubahan atmosfer, es laut, dan laut yang hampir terus menerus.

Salah satu instrumen ini, a kereta luncur logam raksasa set-up oleh Persson dan rekan-rekannya, akan digunakan untuk mempelajari badai Arktik. Kereta luncur ditutupi oleh berbagai peralatan yang mengukur perubahan atmosfer.

Perangkat yang paling penting untuk memantau lewat badai Arktik adalah “anemometer sonik” - instrumen yang mencuat dari sisi kereta luncur yang menggunakan gelombang suara untuk mengukur perubahan kecepatan dan arah angin.

Dr Ola Persson dan seorang koleganya menempelkan anemometer sonik pada instrumen ilmiah di Samudra Arktik Tengah. Kredit: Daisy Dunne untuk Carbon Brief

Kereta luncur ini juga dilengkapi dengan sistem GPS canggih, yang memungkinkan para peneliti untuk melacak lokasi es yang mengambang secara real time.

Dengan menggunakan instrumen ini, para peneliti berencana untuk memantau kecepatan dan kekuatan angin selama badai - dan apakah angin ini menyebabkan es laut pecah dan bergerak ke arah yang berbeda.

"Kami berharap dapat memetakan respons es selama topan dan melihat apakah angin kencang yang dibawa oleh topan menyebabkan es itu berbeda," kata Hutchings.

Penelitian ini berisiko. Badai yang sangat parah dapat menyebabkan es laut terbelah dua atau pecah seluruhnya, menyebabkan instrumen peneliti jatuh ke laut.

"Itu adalah sesuatu yang menarik untuk dilihat, es yang mengapung bertahan pada akhirnya - dan yang tidak," kata Dr. Thomas Krumpen, seorang peneliti es laut dari AWI dan pemimpin pelayaran bersama di atas Akademik Fedorov.

Pengukuran yang dilakukan sampai akhir ekspedisi pada bulan September 2020 mudah-mudahan bisa menjelaskan lebih lanjut tentang dampak badai Arktik pada lapisan es.

Badai dalam pelarian

Salah satu alasan mengapa para ilmuwan MOSAiC ingin mengumpulkan data tentang badai Arktik adalah karena beberapa bukti menunjukkan bahwa mereka dapat mempengaruhi kondisi iklim yang jauh dari kutub.

Ini karena, dalam kondisi tertentu, tampaknya cuaca Kutub Utara dapat keluar dari wilayah kutub dan mencapai ke pertengahan garis lintang, kata Persson.

Contoh dari ini terjadi pada awal 2019, ketika bagian dari AS dan Kanada dilanda oleh snap dingin yang ekstrim yang mengirim suhu jatuh ke -17C dan di bawah.

Seorang pria menggali mobil Chevrolet merah dari tempat parkir salju di pagi hari. Toronto Kanada. 29 Januari 2019. Kredit: Torontonia / Foto Alamy Stock

Meskipun sains belum pasti, tampaknya badai Arktik dapat bergerak keluar dari Kutub Utara dan ke pertengahan garis lintang ketika ada gangguan di "pusaran kutub stratosfer“- sistem cuaca bertekanan rendah yang berada sekitar 50 km di atas Kutub Utara.

Saat diganggu, pusaran kutub bisa melemah - memungkinkan cuaca dingin yang biasanya dikandungnya tumpah ke pertengahan garis lintang. “[Ini] membawa banyak udara sejuk dan menyebabkan banyak badai dan salju turun,” kata Persson.

Diagram di bawah ini menunjukkan bagaimana pusaran kutub yang lemah dapat memungkinkan cuaca Kutub Utara yang dingin untuk melarikan diri dari kutub utara.

Ilmu di balik pusaran kutub. Kredit: NOAA

Meskipun pertengahan garis lintang telah melihat beberapa bidikan dingin yang terkenal dalam beberapa tahun terakhir, masih belum jelas apakah peristiwa seperti itu menjadi lebih mungkin, kata Persson.

Dengan mengumpulkan data tentang pergerakan badai Arktik selama MOSAiC, ia berharap untuk mendapatkan pemahaman yang lebih baik tentang seberapa sering mereka bepergian keluar dari Kutub Utara. "Jawaban singkatnya adalah ada beberapa dampak pada garis lintang pertengahan dari topan Arktik, tetapi kita tidak tahu dengan keteraturan apa yang terjadi."

Tentang Penulis

Daisy Dunne adalah satu dari lima jurnalis yang dipilih untuk melaporkan MOSAiC. Biaya yang dikeluarkannya untuk meninggalkan Tromso ditanggung oleh Alfred Wegener Institute, yang mengatur ekspedisi.

Artikel ini awalnya muncul di Brie karbonf

Buku terkait

Perubahan Iklim: Apa yang Harus Diketahui Setiap Orang

oleh Joseph Romm
Primer penting tentang apa yang akan menjadi masalah yang menentukan waktu kita, Perubahan Iklim: Apa yang Harus Diketahui Setiap Orang® adalah gambaran yang jelas tentang sains, konflik, dan implikasi dari planet kita yang memanas. Dari Joseph Romm, Kepala Penasihat Sains untuk National Geographic Tahun Hidup Dangerously seri dan salah satu dari "100 orang Rolling Stone yang mengubah Amerika," Perubahan iklim menawarkan jawaban yang ramah pengguna, dan ketat secara ilmiah terhadap pertanyaan paling sulit (dan biasanya dipolitisasi) seputar apa yang menurut ahli iklim Lonnie Thompson dianggap "bahaya yang jelas dan saat ini bagi peradaban." Tersedia di Amazon

Perubahan Iklim: Ilmu Pengetahuan tentang Pemanasan Global dan Masa Depan Energi Kita edisi kedua

oleh Jason Smerdon
Edisi kedua ini Perubahan iklim adalah panduan yang mudah diakses dan komprehensif untuk ilmu di balik pemanasan global. Diilustrasikan dengan indah, teks diarahkan untuk siswa di berbagai tingkatan. Edmond A. Mathez dan Jason E. Smerdon memberikan pengantar luas, informatif untuk ilmu pengetahuan yang mendasari pemahaman kita tentang sistem iklim dan efek dari aktivitas manusia pada pemanasan planet kita .athez dan Smerdon menggambarkan peran atmosfer dan lautan bermain di iklim kita, memperkenalkan konsep keseimbangan radiasi, dan menjelaskan perubahan iklim yang terjadi di masa lalu. Mereka juga merinci kegiatan manusia yang mempengaruhi iklim, seperti gas rumah kaca dan emisi aerosol dan deforestasi, serta efek dari fenomena alam.  Tersedia di Amazon

Ilmu Perubahan Iklim: Kursus Praktek

oleh Blair Lee, Alina Bachmann
Ilmu Perubahan Iklim: Kursus Praktek menggunakan teks dan delapan belas kegiatan langsung untuk menjelaskan dan mengajarkan ilmu tentang pemanasan global dan perubahan iklim, bagaimana manusia bertanggung jawab, dan apa yang dapat dilakukan untuk memperlambat atau menghentikan laju pemanasan global dan perubahan iklim. Buku ini adalah panduan lengkap dan komprehensif untuk topik lingkungan yang penting. Subjek yang dibahas dalam buku ini meliputi: bagaimana molekul mentransfer energi dari matahari untuk menghangatkan atmosfer, gas rumah kaca, efek rumah kaca, pemanasan global, Revolusi Industri, reaksi pembakaran, putaran umpan balik, hubungan antara cuaca dan iklim, perubahan iklim, penyerap karbon, kepunahan, jejak karbon, daur ulang, dan energi alternatif. Tersedia di Amazon

Dari Penerbit:
Pembelian di Amazon digunakan untuk membiayai biaya membawa Anda InnerSelf.comelf.com, MightyNatural.com, dan ClimateImpactNews.com tanpa biaya dan tanpa pengiklan yang melacak kebiasaan browsing Anda. Sekalipun Anda mengeklik tautan tetapi tidak membeli produk-produk terpilih ini, apa pun yang Anda beli dalam kunjungan yang sama di Amazon memberi kami komisi kecil. Tidak ada biaya tambahan untuk Anda, jadi silakan berkontribusi untuk upaya ini. Anda juga bisa menggunakan link ini untuk digunakan ke Amazon kapan saja sehingga Anda dapat membantu mendukung upaya kami.