了解过去,了解未来:在网赌官方入口气候科学

译者: 28,2020上午10点

这个动画节目的冰雪在二月2020年创纪录的热浪在鹰岛,南极半岛北端附近时融化。由Joshua史蒂文斯NASA地球观测图像,使用从美国陆地卫星数据地质调查和从美国航空航天局戈达德空间飞行中心的全球模拟和同化办公室GEOS-5的数据。

普林斯顿的整个环境问题的频谱重要研究今天是并将继续是关键,以解决一些人类最棘手的问题。我们的影响是建立在一个长期的,深刻的,个人承担,智力领导,毅力和创新广阔的遗产。这篇文章是一系列呈现普林斯顿的环境卓越的扫描,在过去的半个世纪中的一部分。

进入GUYOT大厅的前门,111岁的建筑,里面的地质普林斯顿的部门。通过玻璃标本案件和大堂的地球和头部的标志性模型房间M56。还有,除了重型雪地靴笨重大衣的行,矗立着一个步入式冷冻储存了一些现代气候科学的稀有文物:从南极洲采集古代冰核。在超过2亿年的历史,这是以往任何时候都收集到的最古老的冰芯。

希金斯 holds an ice sample

希金斯

“在过去的60多年里,冰芯已经产生,我们认为二氧化碳是与地球气候的最好证据”说 希金斯,项目负责人对于恢复到2019年的冰和地球科学副教授组。

“当我们有一个冰河时代,大气中的二氧化碳是显著低于今天的水平是,每一个我们没有冰期时,大气中的二氧化碳是高 - 所有这一切都从冰芯知道,”他说。 “我的团队通过延长该时间记录还回有利于该拼图。”

冰芯研究是象征性的普林斯顿在过去的半个世纪办法来应对气候科学全线说 贝丝病房,威廉学家地球科学与辛克莱教授 网赌官方入口环境研究所 (PEI)和的椅子 地球科学系。 “有一种说法,认为地球科学家坚信,这就是'的关键目前是过去和未来的关键是本,”她说。 “如果我们能够了解过去,我们可以了解未来。”

贝丝病房

贝丝病房

并为超过50年,网赌官方入口的研究人员一直在这样做。他们已经推后的气候知识的界限在广泛的关键人物问题。网赌官方入口气候建模,例如,开发了世界上第一个海 - 气耦合模式,采用物理规律和目前地球环境开发能够预测出地球的气候会以不同的条件在未来应对数学算法 - 并了解是什么驱使气候变化在过去。漏斗数据进入模型是网赌官方入口海洋学家和野外地质工作者谁已经散开在全球范围内了解海洋和生态系统今天正在做的。和 古气候学家 在使用化石,孢粉记录,冰芯等工具,研究如何在全球气候已经在地球漫长的历史改变了。

实地验证的理论

理论和观测的组合一直是至关重要的。的重要性,“在地面上的靴子,在水中船”不能被夸大,说 加布里埃尔·维奇领先的气候建模以及地球科学和培教授。 现代气候建模 如本人因工作的地质学家和海洋学家聚集在直接观察中受益“只是在大厅里,”他说。

加布里埃尔·维奇

加布里埃尔·维奇

“我们可以有很大的理论,使非常好的预测,但我们需要测试这些预测,而你只测试与观察这些预测,”维奇说。 “与此同时,我们把我们的模型的基本过程必须从某种经验基础的发展。所以,无论是 在前端和建筑模型的后端,你需要有意见非常强烈的参与。”

一个普林斯顿网赌平台入口深入地参与了理论和观察 塞缪尔G.H. “乔治”调情, 他在热带海洋的工作而闻名。他反复出现的发现 拉尼娜 天气模式和他相关的开创性工作 厄尔尼诺现象 大大提高科学家的那些巨大的气候波动的理解。这些知识,又有助于政府和经济规划者对他们的影响做好准备。

塞缪尔G.H. “乔治”调情

塞缪尔G.H. “乔治”调情

调情,现在地球科学的诺克斯泰勒教授,名誉教授,还帮助组织了十年之久(1985-1994),国际观察称为长袍,或热带海洋全球大气计划。长袍的目的是测试的所谓的“海气耦合系统”在热带地区新兴的理论和铺平了未来海洋观测系统的方式。这也导致了全球气候模型模拟的改进。

“乔治是在发展我们的厄尔尼诺现象,这是最大的一年到一年的波动气候系统的基本认识的基础,”说维奇。数百年来,厄尔尼诺现象一直被称为为温暖的秘鲁外海沿岸,转移降雨等气候模式的海洋现象。菲兰德帮助转变科学家对它的认识从单纯的海洋事件,这就是一个依赖于海气耦合系统 - 地球的相互联系和相互依赖的水和空气。

“那是在方式的根本转变,我们看着这些液体,”说维奇。 “我们意识到,海洋和大气必须了解在一起。”

真锅淑郎

真锅淑郎

也即理解是关键 syukuro“苏基”真锅, 其中一个 现代气候模型的创始人,谁创造了第一个海气耦合计算机模型在1969年与他的同事 布莱恩·柯克,海洋学家。既真锅和Bryan在普林斯顿是与教授级讲师,同时还保持在位置 地球物理和流体动力学实验室 在普林斯顿的校园福莱斯特(GFDL)。 “该耦合模型的改进版本,不仅用于预测工业本的气候变化,还探索了地质过去的气候成为不可或缺的,”真锅说。

通过改变条件(即,大陆的分布,二氧化碳浓度)建模者可以重新创建过去的时代,因为他们预测未来,真锅说明。测试的气候模式对古气候 - 古气候 - 是的重要途径,气候建模测试他们的算法之一。

冻结时间

在GUYOT大厅冰芯包括除了多万年前的旧纪录二传手许多样品。冰川的长而窄的缸,精心收集在过去的半个世纪中,有斑点与被困在像琥珀蜻蜓冰空气的微小气泡。如何做这些夹带的气泡形式?由于降雪,但产生气穴,并为积雪压实成冰,那些口袋成为控股古代空气中的时间胶囊,不管气体存在于大气,甚至花粉或火山灰的微观粒子 - 所有的线索过去的气候。

“为别人谁是试图重建什么样的环境是像过去那样,你不能要求更好的东西比古代的空气,或古水样品的样品,说:” 希金斯,谁保持 破坏 他自己 记录 为最古老的冰样本发现过。 “除了滞留的空气,你也有冰本身,这在当时提供了自己的气候记录。”

因为它们代表过去的实际块,而不是僵化的代理,冰芯被认为是“黄金标准”古气候研究,希金斯说。气候科学家们通过测量这些古代样品中的气体和同位素建成地球的温度和二氧化碳水平的记录。连续的记录可以追溯到大约本前80万年,而旧的样本是希金斯已经找到提供更早时代的快照。

迈克尔·德尔

迈克尔·德尔

网赌官方入口长期以来在冰芯研究的领导者;希金斯来到大学工作,该领域的创始人之一, 迈克尔·德尔现在地球科学名誉教授。弯管机是许多必要的古老冰,其中包括一个革命性的方法,通过在气泡使用氩同位素计算冰的年龄工作创新。

“说实话,迈克尔已经在几乎所有冰芯气体当前活动的,几乎单枪匹马的发展训练场最突出的科研人员发挥了重要作用,” 说过 弯管机时,在2014年转移到退休状态的他的同事们:“我们可以毫不含糊地说,他一直在这一开创性领域的最前沿,”希金斯同意。             

在过去几十年中,Bender是负责推回录至40岁的科学家,其中包括数个冰川期循环中的一个。如希金斯和他的团队继续弯管机的工作中,他们首先提取在2015年的1亿年历史的核心,然后2+亿岁的核心在2019年。

球队下赛季返回寻找更老的样本。我们的目标是从一个时间段超过270万年前比今天是1-2度回暖找到古老的气息的冰冻泡泡 - 一个时期经常被气候科学家很有可能成为一种模拟在21地球气候引用ST 世纪。 “这个年份的冰将提供与大气温室气体在那个时候和第一个直接证据的地球气候系统的许多重要方面前所未有的一瞥研究员,”希金斯解释。

“重建地球的气候在过去,研究气候变化的未来 - 这是在同一个问题得到的两个互补的方式,”希金斯说。

海洋在气候中的作用  

丹尼尔·西格曼

丹尼尔·西格曼

冰芯气泡能显示二氧化碳,甲烷和其他温室气体在暖期增加,在冰河期下降,但也不能说为什么会发生。搞清楚了这一点涉及从各种角度检查碳循环。

在希金斯看来,‘了解碳循环涉及到我们所有的不同的礼物。’他援引海洋学家贝丝病房的工作, 丹尼尔·西格曼。病房以学生和其他研究人员在世界各地关键位置的人员进行调查,全球海洋的氮和碳循环。西格曼的研究小组也使得新种测量从海洋沉积物岩芯化石。该 结果 揭示如何 改变过去 在海洋条件已经改变了二氧化碳存储在海洋中,不断变化的大气中的二氧化碳水平,从而全球气候。 

“丹尼·西格曼的研究一直在了解古代海洋的最前沿,说:”病房。 “而通过,我的意思是,流通和过去海洋的生物和化学条件。 ...了解过去的海洋是我们能想到的,以了解未来的海洋的唯一途径。因此,如果我们了解海洋环流,例如,应对全球温度或温度或冰的分布的分布发生变化,那么我们可以在预测一个好球时,冰盖融化会发生什么“。

研究世界海洋,过去和现在,病房和西格曼依靠精良的船上的仪器和 检索工具 该降深低于海面,远低于水平可以由潜水员到达。

“深海 海洋“,强调西格曼,地质和地球物理科学的dusenbury教授。全球范围内,海洋具有约3657米(12,000英尺)的平均深度,而“海洋表面”通常被定义为前100米(330英尺)。

“海洋表面是皮薄,”他说。 “它与大气和海洋大部分生活栖息的接口。这是关键的 - 但海洋的体积最大的部分是深海。所以问题来了,如何能迅速从化石燃料的全球变暖和二氧化碳燃烧使他们进入深海热?”

测量海洋

沃德和他的同事领导的海洋巡航时间和空间都必然有限,但普林斯顿的研究也得到了领导的远程数据采集的发展领域。

豪尔赫·萨米恩托

豪尔赫·萨米恩托

在托加程序观测浮标的舰队乔治调情帮助组织,铺平了道路 南大洋碳和气候观测和建模项目(soccom),一个多机构计划安置在网赌官方入口和美国国家科学基金会的资助。它使用超过150个漂浮数据采集器,以确定如何将南大洋 - 海洋环绕南极洲 - 全球气候的影响。该项目是由执导 豪尔赫·萨米恩托,一个生物地球化学和乔治学家地球科学和地质工程,名誉教授马吉。

在20世纪80年代,萨米恩托和GFDL科学家J.R. “罗比” toggweiler三组之一,同时发现在控制大气中的二氧化碳含量在南大洋的重要性。因为这项工作,由于缺乏数据,阻碍了这一关键,但偏远地区的了解。该soccom项目是“改变游戏规则,说:”西格曼,甚至通过最恶劣的冬季条件下采集数据。萨米恩托的对南大洋的发现,激发了希金斯和西格曼,谁看对南大洋的努力来解释大气中二氧化碳和气候改变过去。

网赌官方入口的海洋研究深强绝非偶然,说病房。 “气候,作为环境研究的一个子集,是所有的研究,我们做的激励因素,”她说。 “我们不是已经在全球变暖4摄氏度的原因 - 或者更多 - 是因为二氧化碳是人类已经发射的很大一部分现在是在海洋中。等海洋生物地球化学成为了解地球的生物地球化学的关键。”

几十年来,萨米恩托是世界上唯一的生物地球化学之一 - “我是那种一个孤儿,”他开玩笑 - 直到越来越多的科学家来看看如何互连的自然科学是。

“如果你想研究自然世界,你在物理学,化学,生物学,地球科学之间的交叉工作,说:”西格曼。 “那是什么名字的背后咆哮:生物地球化学。是什么吸引了我对这项工作摆在首位的是,我不想留下任何背后这些学科的 - 我还没有过”