桑德罗·达尔克深吸一口气，从我们船的甲板上向北极天空释放出一个几乎和他自己一样高的白色探空气球。这个充满氦气的球体向上射去，而无线电探空仪——一个附在气球尾部、用于监测天气的仪器包——在风中疯狂地摆动。我们身处北冰洋深处，在德国破冰船北极星号上，风立即将气球扫向右舷——这对达尔克来说是一个令人担忧的前景。通常情况下，在冰冷的海洋上几乎不会遇到任何障碍。但今天，我们与俄罗斯破冰船费多罗夫院士号拴在一起，它在我们较小的船只上方隐现，他担心气球可能会撞到隔壁的船只。
充气物擦肩而过，离船上高耸的起重机仅几厘米。一旦它顺利地进入上方的空气中，德国阿尔弗雷德·韦格纳研究所的大气科学家达尔克轻快地走过直升机停机坪（这里也是他的发射场），然后回到他的办公室。在那里，他将监测气球无线电探空仪捕获的数据——它每秒钟测量温度、湿度、风向和风速、气压和位置，因为它不断升高——直到数据突然停止：那是气球爆裂并向海洋坠落的时刻。
达尔克的释放是一项精心协调的努力的一部分：世界各地其他数百个气球同时升空，以便将它们的数据进行比较并纳入天气预报。但是，达尔克的探空气球是在北纬85度、东经133度发射升空的，比任何其他探空气球都更靠近北极数百公里。它将提供一个关键的数据点，而原本那里将是空白。此外，他和他的同事们每六小时从船上发射一个气球，并将持续整整一年——超过1400次升空——这将提供比以往更多的关于北极天气的信息。之前的研究基于偶尔的北极气球释放，表明，这些数据实际上改善了较低纬度的预报。结果还将大大促进气候模型的发展，这些模型表明，北极的变化对地球的其他地区具有显著的涓滴效应——尽管这种联系仍在争论之中。
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裂缝在打开并朝北极星号移动两天后重新冻结。图片来源：香农·霍尔
这种联系的主要嫌疑是所谓的极地急流，这是一条环绕北极的快速风河，通常在急流强劲时将寒冷温度限制在内部，将温暖温度挡在外部。但是，如果急流减弱——这种效应可能是由于北极和赤道之间的温度梯度降低造成的，因为北极变暖的速度快于地球的其他地区——急流可能会变得波涛汹涌并更加蜿蜒。这意味着波浪状急流中的向北峰和向南谷，我们在天气图上看到的是高压和低压系统，可以更频繁地形成并持续更长时间。这种设置会产生长期热浪、停滞的热带风暴和持续不断的严寒。
“对我来说，北极会影响我们的天气似乎是显而易见的，”大气与环境研究公司的大气科学家犹大·科恩说，他没有在北极星号上。但他说，这个话题“有争议且存在争议”。
这个问题尚未解决，很大程度上是因为北极仍然是地球上研究最少的地区之一。“我们不了解北极中部的关键气候过程，尤其是在冬季和春季，那时海冰非常厚，即使是最好的研究破冰船也被锁在冰封区域之外，”探险队负责人、阿尔弗雷德·韦格纳研究所的大气科学家马库斯·雷克斯说，该研究所是本次任务的主要研究机构。为了改变这种状况，雷克斯、达尔克、大批其他科学家，甚至少数幸运的记者——包括我——上个月前往北极，将北极星号冻结在北极海冰中。这个独特的平台将使这项名为“北极气候多学科漂流观测站”（MOSAiC）的任务能够研究整个年度的北极系统，收集冬季和春季的关键数据。达尔克和他的同事们甚至在从挪威向北的航行中进行了几次额外的数据运行——向天空发射探空气球。例如，达尔克担心附近破冰船的那个狂风呼啸的下午，就发生在我们停泊在冰上、费多罗夫院士号驶来卸下仪器、人员和燃料之前。然后，我们被留在冰块中漂流，冰块在冬季月份缓慢地向上并越过北极。
聚光灯在夜间照亮裂缝，以便科学家可以密切监测它。图片来源：香农·霍尔
大量数据将使科学家能够更好地了解北极内许多小规模的细节。这种知识至关重要，因为数值天气和气候模型的分辨率绝非小规模——相反，它们分别接近几公里和100公里的尺度。然而，许多事件发生在较小的空间范围内。例如，在我们撞入一个3.5公里宽的冰块中心几天后——此举有望将我们囚禁在冰中一年——一条裂缝从地平线打开，径直朝向船头。它蜿蜒绕过左舷，并延伸到船尾之外。仅在一个小时内，它就张开了五米，然后开始重新冻结，形成一层薄薄的黑色薄片，看起来像一条墨水般的河流在白色海景中流淌。当我在船上时，冰中也出现了其他裂缝——每条裂缝都会从相对温暖的下方海洋释放热量，从而影响大气。
当这些类型的局部变化在广阔的北冰洋上累积时，会改变大气，但它们永远不会在气候模型中被考虑在内。相反，科学家们构建了“参数化”，将这些效应在更大的尺度上进行平均——很像图片中的单个像素仅反映一种颜色。但是，参数化通常是在中纬度地区开发的，并且难以真实地代表高北极冰冷且通常黑暗的世界。或者它们是在北极开发的，但在夏季进行的单次考察之后开发的，因此它们无法捕捉到其他季节。“这就是我们来这里的原因，”达尔克说。
仅举一个例子：科学家们希望更好地观察一种被称为温度逆增的北极现象。在中纬度地区，大气温度随高度升高而降低。但在北极，实际上会变暖——至少在冬季是这样。冰雪会冷却冰冻的海面，有时温度会低到在短短几分钟内就会发生冻伤。任何热量都可能辐射到太空，尤其是在云层稀薄或稀少的情况下，使较高的大气层比地表更温暖。温度逆增——或缺乏温度逆增——在从北极释放或滞留在北方的热量中起着关键作用。然而，阿尔弗雷德·韦格纳研究所的大气科学家马里昂·马图里利说，大多数气候模型都不能很好地再现这些逆增现象，她正在协调气球测量，但本人不在北极星号上。
主要挑战之一是温度逆增最常发生在冬季，而冬季的数据非常少。强风暴和冰中的开放裂缝也可能扰乱逆增，导致其减弱或消失。探空气球——这将使达尔克和他的同事们能够确定每天四个不同时间逆增的强度——将捕获前所未有的信息，这些信息可以输入到气候模型中。“这就是MOSAiC将发挥巨大作用的地方，”伍兹霍尔研究中心的气候科学家詹妮弗·弗朗西斯说，她研究北极和中纬度天气之间的联系，但不在船上。一旦气候模型能够更好地表示温度逆增，它们将更好地表示我们变暖的世界。
研究人员还将把数据输入到大气中温度层的大型地图中，这些地图可用于追踪急流波浪的形状，使预报员能够确定它们可能向北和向南蜿蜒多远。弗朗西斯说，北极最低层的数据一直缺失。“当没有数据时，模型必须根据最近的测量值对这些广阔区域进行平均，”她解释说。“有时这意味着温度或大气图中的重要变化被遗漏了。”
达尔克和他的同事们将继续每六小时准时发射一个无线电探空仪。但恶劣天气可能会影响他们的工作。尽管该团队从船上释放这些装置，但他们还将从冰上释放一个系留气球，该气球将漂浮到一公里高，并在空中停留几个小时。早在10月4日我们到达浮冰时，达尔克和他的同事们就努力为这种气球建造一个完美的场地。他们用铲子铲平积雪，为放置等待的气球的帐篷添加了木制地基，将电力从船上拉到场地，并将他们的设备拉到冰上——当然，这一切都在发射间隙完成。但由于强风，他们尚未释放系留气球。10月下旬（在我开始乘坐费多罗夫院士号返回挪威的长途旅行几天后），他们遇到了另一次挫折：“有一只[北极]熊像购物袋一样扛着我们300公斤的帐篷，”达尔克通过WhatsApp告诉我（这是船上最好的通讯方式）。幸运的是，这只动物只是稍微损坏了钻井设备，但这一事件鲜明地提醒人们，尽管北极野外工作至关重要，但绝非易事。