<p>凱蒂利用理論建模和實驗分析來評估&ldquo;冰火山&rdquo;對其環(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 />增加入射太陽輻射被反射的比例</p> <p>維持調節(jié)北半球天氣模式的全球洋流</p> <p><br />為極地野生動物提供棲息地。</p> <p><br />這種方法包括將海水泵過一個漂浮的圓錐形浮標，然后海水在寒冷的北極大氣中凍結，形成一個越來越大的圓錐形冰。當冰堆積時，有槽的管道可以讓水被泵到更高的地方?？茖W家說，一旦達到3米的高度，新形成的冰很可能會在夏季融化季節(jié)中幸存下來，成為有價值的&ldquo;多年冰&rdquo;，至少會在兩個夏季融化期間幸存下來。這是一個理想的結果:更厚、更強的常年冰出現(xiàn)在夏季，全年都有好處。該項目名為&ldquo;冰層增厚-氣候修復&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)了一個簡化的二維模型，用來預測&ldquo;冰火山&rdquo;在冰點溫度下的淡水和高于冰點溫度下的淡水的行為。接下來是實驗分析，使用一個映射到二維模型的狹窄通道。實驗是在一個溫度為-18&deg;C的步入式冰箱中進行的。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;，讓其結冰或融化。然后計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漂浮的浮標上，然后在那里凝結成一個錐形的&ldquo;火山&rdquo;。當冰堆積時，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>從理論和實驗上看，對于處于冰點溫度的水來說，結果是很有希望的: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。淡水和咸水的實驗積冰量都超過了理論預測，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，對于高于冰點溫度的水，結果就不那么令人鼓舞了。人們發(fā)現(xiàn)，這導致了入口附近冰的大量流失，即使是比冰點溫度高幾度的水，盡管在水道的下游仍然會產(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)域可能在幾個小時內完全被侵蝕，形成一個&ldquo;冰甜甜圈&rdquo;，除非水的溫度在其結冰溫度的非常窄的范圍內。</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入的情況。冰在管道周圍被侵蝕，形成一個甜甜圈的形狀。圖片來源:Katy Cartlidge。</p> <p>&nbsp;</p> <p>凱蒂說:&ldquo;這對冰火山來說是有益的，因為如果冰融化的溫度高于水結冰的溫度，水可能高于冰點溫度，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，它仍然會導致上述災難性的冰損失，使冰火山失效。&rdquo;實驗分析也擴展到鹽水中，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溫度。鹽的存在改變了水的熱性質。</p> <p>&nbsp;</p> <p>對于這一主題的進一步研究，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流、輻射和蒸發(fā)，并去除半無限冰的假設，在長時間尺度上提高模型的準確性<br />詳細調查波紋和/或溪流的形成，并確定它們對結冰的影響</p> <p><br />繼續(xù)用鹽水進行實驗分析，最好是使用一個錐，時間跨度更長</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、何地和何時實施<br />開始詳細設計&ldquo;冰火山&rdquo;，然后在北極條件下建造和測試原型。</p> <p><br />凱蒂說:&ldquo;在北極這樣一個獨特而脆弱的環(huán)境中工作，有必要格外小心。在考慮在北極進行任何試驗之前，將在北極條件下進行大量試驗，比如我在步入式冷凍室中進行的那些試驗。對生態(tài)系統(tǒng)、氣候和野生動物的潛在影響將在每個階段進行仔細評估，包括倫理和利益相關方參與在內的正式批準過程，即使是小規(guī)模的實地工作也將是詳盡的，如果觀察到不可預見的負面影響，實驗也將停止。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>凱蒂的導師是Shaun Fitzgerald博士，他是劍橋大學氣候修復中心的工程教學研究員和研究主任。</p> <p>&nbsp;</p> <p>關于劍橋氣候修復中心</p> <p>&nbsp;</p> <p>劍橋大學氣候修復中心正與劍橋大學的劍橋零度合作，保護我們的地球免受全球變暖的災難性影響。該中心的使命有三個: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，不代表指南者留學態(tài)度觀點。</p> </blockquote> <p>&nbsp;</p>