<p>凱蒂利用理論建模和實(shí)驗(yàn)分析來評(píng)估&ldquo;冰火山&rdquo;對(duì)其環(huán)境的可行性和敏感性，目前由于氣候變化，北極夏季海冰正在以驚人的速度減少。</p> <p>&nbsp;</p> <p>科學(xué)家們說，如果目前冰的減少速度持續(xù)下去，未來十年，北極將出現(xiàn)一個(gè)沒有冰的夏天。</p> <p>&nbsp;</p> <p>北極海冰有許多好處，例如:</p> <p>&nbsp;</p> <p>抑制永凍層融化釋放甲烷</p> <p><br />增加入射太陽(yáng)輻射被反射的比例</p> <p>維持調(diào)節(jié)北半球天氣模式的全球洋流</p> <p><br />為極地野生動(dòng)物提供棲息地。</p> <p><br />這種方法包括將海水泵過一個(gè)漂浮的圓錐形浮標(biāo)，然后海水在寒冷的北極大氣中凍結(jié)，形成一個(gè)越來越大的圓錐形冰。當(dāng)冰堆積時(shí)，有槽的管道可以讓水被泵到更高的地方。科學(xué)家說，一旦達(dá)到3米的高度，新形成的冰很可能會(huì)在夏季融化季節(jié)中幸存下來，成為有價(jià)值的&ldquo;多年冰&rdquo;，至少會(huì)在兩個(gè)夏季融化期間幸存下來。這是一個(gè)理想的結(jié)果:更厚、更強(qiáng)的常年冰出現(xiàn)在夏季，全年都有好處。該項(xiàng)目名為&ldquo;冰層增厚-氣候修復(fù)&rdquo;，研究了使用&ldquo;冰火山&rdquo;方法在冬季增加北極海冰的產(chǎn)量。</p> <p>&nbsp;</p> <p>凱蒂開發(fā)了一個(gè)簡(jiǎn)化的二維模型，用來預(yù)測(cè)&ldquo;冰火山&rdquo;在冰點(diǎn)溫度下的淡水和高于冰點(diǎn)溫度下的淡水的行為。接下來是實(shí)驗(yàn)分析，使用一個(gè)映射到二維模型的狹窄通道。實(shí)驗(yàn)是在一個(gè)溫度為-18&deg;C的步入式冰箱中進(jìn)行的。不同溫度和鹽度的水(淡水和北極海水鹽度的水)被泵過通道，穿過一層冰冷的&ldquo;原始冰&rdquo;，讓其結(jié)冰或融化。然后計(jì)算得到的冰厚度的變化。</p> <p>&nbsp;</p> <p><img src="https://info.compassedu.hk/sucai/content/1669102042316/1669102042316.jpg" width="590" height="288" /></p> <p>&ldquo;冰火山&rdquo;示意圖。海水從下面被泵到一個(gè)漂浮的浮標(biāo)上，然后在那里凝結(jié)成一個(gè)錐形的&ldquo;火山&rdquo;。當(dāng)冰堆積時(shí)，有槽的管道可以讓水被泵到更高的地方。垂直尺度被夸大了。圖片來源:Katy Cartlidge。</p> <p>&nbsp;</p> <p>從理論和實(shí)驗(yàn)上看，對(duì)于處于冰點(diǎn)溫度的水來說，結(jié)果是很有希望的:沿著海峽，冰很容易均勻地形成，這表明&ldquo;冰火山&rdquo;可以成功而均勻地形成。淡水和咸水的實(shí)驗(yàn)積冰量都超過了理論預(yù)測(cè)，這可能是由于模型中忽略了來自空氣的熱通量。</p> <p>&nbsp;</p> <p>然而，對(duì)于高于冰點(diǎn)溫度的水，結(jié)果就不那么令人鼓舞了。人們發(fā)現(xiàn)，這導(dǎo)致了入口附近冰的大量流失，即使是比冰點(diǎn)溫度高幾度的水，盡管在水道的下游仍然會(huì)產(chǎn)生冰。在&ldquo;冰火山&rdquo;的背景下，這暗示著管道周圍的冰區(qū)域可能在幾個(gè)小時(shí)內(nèi)完全被侵蝕，形成一個(gè)&ldquo;冰甜甜圈&rdquo;，除非水的溫度在其結(jié)冰溫度的非常窄的范圍內(nèi)。</p> <p>&nbsp;</p> <p>凱蒂說:&ldquo;這種可接受的水溫范圍太窄，帶來了可操作性問題。&rdquo;&ldquo;在特定溫度下，一座&lsquo;冰火山&rsquo;融化的冰甚至可能比它產(chǎn)生的冰還要多，這使它完全不可行，而且適得其反。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p><img src="https://info.compassedu.hk/sucai/content/1669102065095/1669102065095.jpg" width="590" height="288" /></p> <p>指水在冰的融化溫度以上進(jìn)入的情況。冰在管道周圍被侵蝕，形成一個(gè)甜甜圈的形狀。圖片來源:Katy Cartlidge。</p> <p>&nbsp;</p> <p>凱蒂說:&ldquo;這對(duì)冰火山來說是有益的，因?yàn)槿绻诨臏囟雀哂谒Y(jié)冰的溫度，水可能高于冰點(diǎn)溫度，但仍然不能融化冰，增加了可操作的溫度范圍。&rdquo;&ldquo;然而，如果海水足夠溫暖，它仍然會(huì)導(dǎo)致上述災(zāi)難性的冰損失，使冰火山失效。&rdquo;實(shí)驗(yàn)分析也擴(kuò)展到鹽水中，發(fā)現(xiàn)有一些顯著的差異，包括融化溫度高于鹽水本身的凍結(jié)溫度。鹽的存在改變了水的熱性質(zhì)。</p> <p>&nbsp;</p> <p>對(duì)于這一主題的進(jìn)一步研究，Katy的建議包括:</p> <p>&nbsp;</p> <p>建立了三維錐體和鹽水的理論模型</p> <p><br />通過考慮從水到大氣的對(duì)流、輻射和蒸發(fā)，并去除半無限冰的假設(shè)，在長(zhǎng)時(shí)間尺度上提高模型的準(zhǔn)確性<br />詳細(xì)調(diào)查波紋和/或溪流的形成，并確定它們對(duì)結(jié)冰的影響</p> <p><br />繼續(xù)用鹽水進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析，最好是使用一個(gè)錐，時(shí)間跨度更長(zhǎng)</p> <p><br />考慮到一座&ldquo;冰火山&rdquo;所需的能量的大小和來源</p> <p><br />探索&ldquo;冰火山&rdquo;的海洋和空氣溫度，并將其與北極天氣模式聯(lián)系起來，以建議如何、何地和何時(shí)實(shí)施<br />開始詳細(xì)設(shè)計(jì)&ldquo;冰火山&rdquo;，然后在北極條件下建造和測(cè)試原型。</p> <p><br />凱蒂說:&ldquo;在北極這樣一個(gè)獨(dú)特而脆弱的環(huán)境中工作，有必要格外小心。在考慮在北極進(jìn)行任何試驗(yàn)之前，將在北極條件下進(jìn)行大量試驗(yàn)，比如我在步入式冷凍室中進(jìn)行的那些試驗(yàn)。對(duì)生態(tài)系統(tǒng)、氣候和野生動(dòng)物的潛在影響將在每個(gè)階段進(jìn)行仔細(xì)評(píng)估，包括倫理和利益相關(guān)方參與在內(nèi)的正式批準(zhǔn)過程，即使是小規(guī)模的實(shí)地工作也將是詳盡的，如果觀察到不可預(yù)見的負(fù)面影響，實(shí)驗(yàn)也將停止。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>凱蒂的導(dǎo)師是Shaun Fitzgerald博士，他是劍橋大學(xué)氣候修復(fù)中心的工程教學(xué)研究員和研究主任。</p> <p>&nbsp;</p> <p>關(guān)于劍橋氣候修復(fù)中心</p> <p>&nbsp;</p> <p>劍橋大學(xué)氣候修復(fù)中心正與劍橋大學(xué)的劍橋零度合作，保護(hù)我們的地球免受全球變暖的災(zāi)難性影響。該中心的使命有三個(gè):減少二氧化碳排放;從大氣中去除多余的二氧化碳;重新凍結(jié)北極</p> <p>&nbsp;</p> <blockquote> <p>注：本文由院校官方新聞直譯，僅供參考，不代表指南者留學(xué)態(tài)度觀點(diǎn)。</p> </blockquote> <p>&nbsp;</p>