Оптические свойства антарктической системы и новые данные о радиации

Антарктическая система включает сам континент Антарктиду и окружающий его Южный океан. В исследовании для докторской степени геофизика Кая Расмуса из Хельсинкского университета (Финляндия) в течение трех летних сезонов проводились измерения для изучения оптических свойств этой системы и получения радиационных данных для последующего моделирования.

Эта система играет важную роль в глобальном климате из-за своих размеров, высокоширотного расположения и отрицательного радиационного баланса её крупных ледниковых щитов. Антарктида также находится в фокусе внимания десятилетиями из-за повышенного уровня ультрафиолетового (УФ) излучения, вызванного истощением стратосферного озона, и разрушения её шельфовых ледников.

Летом 1997–1998 гг. в Южном океане вдоль меридионального разреза по 6° в.д. были измерены коэффициенты поглощения и ослабления луча, а также нисходящая и восходящая облученность. Ослабление фотосинтетически активной радиации (PAR) было рассчитано и использовано вместе с гидрографическими измерениями, чтобы показать, что фитопланктон в исследованных районах Южного океана не ограничен светом.

Изменчивость спектрального и общего альбедо снега изучалась в регионе Земли Королевы Мод в течение летних сезонов 1999–2000 и 2000–2001 гг. Измерения проводились вблизи южноафриканской исследовательской станции SANAE 4 и во время трассовых работ около финской станции Абоа. Средние уровни спектрального альбедо на Абоа и SANAE 4 были очень близки друг к другу. Вариации в спектральном альбедо были в большей степени обусловлены различиями в окружающих условиях, чем изменениями свойств снега.

Для изучения спектрального альбедо была создана модель Монте-Карло, которая также помогла в разработке нового неразрушающего метода измерения коэффициента диффузного ослабления снега. Метод основан на затухании восходящего излучения при горизонтальном удалении от источника нисходящего света. В модели коэффициент ослабления, полученный из восходящей облученности, был выше, чем полученный с использованием вертикальных профилей нисходящей облученности. Результаты модели сравнивались с полевыми измерениями на сухом снегу в финской Лапландии и показали достаточно хорошую корреляцию.

Низколежащие (ниже 1000 м) голубые ледяные области могут подвергаться значительным циклам таяния-замерзания из-за поглощенной солнечной радиации и низкой теплопроводности льда. Была разработана двумерная (x-z) модель для имитации формирования и циркуляции воды в подповерхностных водоемах. Результаты моделирования показывают, что для физически разумного набора параметров можно воспроизвести образование жидкой воды внутри льда. Генерируются вертикальная конвекция и слабая опрокидывающая циркуляция, стратифицирующая жидкость и транспортирующая более теплую воду вниз, что вызывает дополнительное таяние у основания водоема. В 50-летней интеграции сценарий глобального потепления, имитируемый увеличением температуры воздуха на 3°C за 100 лет в декадном масштабе, приводит к общему увеличению объема подповерхностной воды.