密歇根州拥有可动态测量水同位素的突破性新技术 技术研究科学家 Ben Kopec 和他的团队正在驾驶、划船和雪地摩托 基威诺周围，有助于使湖泊效应降雪更加可预测。
在足球比赛结果所在地基威诺半岛，湖泊效应 雪是球场的标准。当年平均降雪量超过200英寸时， 基威诺居民知道 10 月份之间将会出现大量降雪 和三月。但该地区没有足够的天气雷达系统，特定的冬季 众所周知，降水事件很难预测。
本·科佩克，足球比赛结果助理研究科学家五大湖研究中心(GLRC) 正在努力让降雪预测变得更容易。科佩克是一位出色的水文学家 研究水同位素——由水分子结构决定的独特特征 使科学家能够识别水蒸气的起源点并追踪它 水循环。这种追踪过程称为水循环追踪或同位素追踪 水文学。
“当水从各种不同来源蒸发时，其温度 水将决定一个可以在同位素测量中识别的独特信号，” 科佩克解释道，他同时也是该学院的兼职助理教授土木、环境和地理空间工程系。 “这些水同位素示踪剂使我们能够定量测量有多少水 穿过水循环的不同部分，水来自哪里 以及哪些条件会影响不同的过程。”
“我们对其工作原理有了定性的了解，但用数字来说明这一点 过程，以便我们更具体地了解有多少湖泊蒸发导致降雪 是我们研究的目标，”科佩克说。 “我们可以使用这些同位素来识别 湖里有多少水蒸气。”
水循环追踪需要近乎连续地收集同位素测量结果。 Kopec 与 GLRC 高级研究工程师合作海登亨德森和研究技术员尼克·耶格尔测量苏必利尔湖有多少水蒸发、凝结和沉淀。 为此，他们从湖水本身和空气中的蒸气中收集样本 以及地面上的积雪。
测量空气中的水蒸气量可能是最重要的元素 这项研究的。由于相对较新的技术，该过程得以实现 同位素分析仪。
“几十年来，科学家们一直在收集离散样本并将其带回 到实验室使用大型固定质谱仪来测量它们，”科佩克说。 “在这种情况下，你可以实际收集的样本数量以及 测量速率。借助这些新型高分辨率分析仪，我们可以做更多事情 东西。”
同位素直觉
虽然科佩克和他的团队正在使用水同位素来预测气候未来， 该过程因其通过冰确定气候历史的能力而臭名昭著 核心。在格陵兰岛和南极洲等地方，冰雪堆积超过数千 多年来，钻出的冰芯作为过去气候系统的记录。
“水同位素就像圣杯示踪剂，”科佩克说。 “因为同位素特征 可以确定云中水蒸气的温度，科学家可以利用这些同位素 测量冰芯以了解过去数十万年的温度 多年。”
水循环追踪的应用程序已扩展到帮助确定水源 水污染、调查地表水与地下水相互作用、研究人类影响 关于水循环等。科佩克作为博士生开始研究水同位素 研究北极地区不断变化的水循环过程。
“北冰洋有大量永久海冰，但随着变暖 北极的温度，冰层正在缩小，开放水域更多，”他 说。 “这会导致更多的蒸发，从而导致更多的降水。我的很多工作 正在考虑如何量化冰损失之间的关系 该地区的海洋和降水。"
科佩克的研究使他踏上了阿拉斯加和格陵兰岛的探险之旅，这也是 是什么让他来到了足球比赛结果。随着五大湖地区经历自身的变化 随着时间的推移，该地区本已难以预测的冬季天气变得更加困难 确定。
“我在北极问的许多相同问题都直接适用于变化 我们在本地看到。我们看到冰层覆盖面积急剧减少 在五大湖，变化尤其是时间以及是否结冰。 如果我们的平均气温较高且湖冰较少，那么我们就有更多的时间 对于这个湖的蒸发和降水。我很好奇这些过程是如何进行的 随着时间的推移而不断发展。”
“从苏必利尔湖蒸发的水的成分有很大不同 比来自墨西哥湾或太平洋等海洋源的水要多 海洋，”他说。 “我们可以使用这些同位素特征——我可以在 水蒸气——最终说明有多少水蒸气来自湖泊或其他地方 遥远的来源。”
Kopec 的研究项目，由足球比赛结果资助卓越研究基金，汇集了他的工作组成部分，以实现 Keweenaw 的潜在利益 居民及其他地区。通过将湖泊蒸发量与降水量联系起来， 研究人员或许能够更准确地预测整个大区的湖泊效应降雪 湖区。
这一新的预测模型将帮助社区做出明智、基于证据的决策 为湖泊效应降雪事件做好准备，为风暴准备工作提供充足的准备时间， 除雪、学校和市政关闭。为了达到这一点，科佩克 他的团队必须快速收集和评估大量数据。同位素分析仪 使这一过程成为可能。
动态数据收集
同位素分析仪足够小，可以在现场收集数据，包括在移动设备中收集数据 环境。科佩克和他的队友使用 Picarro 制造的设备，他们使用该设备 附加到 GLRC阿加西号研究船。在苏必利尔湖，分析仪直接测量湖水中的蒸汽 - 这是他们数据收集过程中关键的第一步。
“我们可以出去这样做的季节有限，但这些很重要 测量，特别是识别下一阶段的同位素信号 这个项目，”科佩克说。
一旦确定了苏必利尔湖蒸气的同位素特征， 同位素分析仪安装在 GLRC 卡车上，用于测量大气条件 车队绕着基威诺行驶。这就是该设备真正的亮点。
“我们使用的分析仪正在连续测量，”科佩克说。 “这需要一个数据点 每时每刻；我们开车时吸入水蒸气。它能够测量 运动中，这使我们能够吸收大量数据，而不仅仅是收集数据 在离散的位置和间隔。”
分析仪的高效数据收集使 Kopec 和他的团队能够更好地了解 基威诺河的地理位置如何影响降雪。通过收集各种数据 海拔点，他们能够捕获整个水蒸气水平的梯度 半岛。
“通过在不同条件下在该地区反复行驶，我们可以开发 对这些水蒸气通量的更好的定量和预测性了解即将到来 当蒸汽穿过基威诺河和更广阔的地区时，它们就会从湖中流出，”说 科佩克。
虽然该项目目前专注于数据收集，但有明确的后续步骤 对于这项研究，包括有趣的跨校园合作。科佩克的数据 与 GLRC 副总监有直接联系薛鹏飞的五大湖地区气候建模工作.
“此数据收集可以作为某些相同内容的完美现场数据测试 薛正在使用的模型类型有助于预测湖泊影响降水的方式 正在改变前进，”科佩克说。
大学的研究合作已经展开物理系，同位素分析仪正在协助杰出教授克劳迪奥·马佐莱尼的气溶胶和空气质量研究。科佩克也很高兴能够扩大 通过将同位素分析仪连接到雪地摩托上来进行空间评估，实际上 足球比赛结果时尚。
科佩克在 Tech 的工作也影响了他在北极继续开展的工作。他是 很高兴能够在本地进行相关研究。
“在某些方面，基韦诺本质上就是北极；我们有很多相同的地方 阿拉斯加部分地区的大气状况，”他说。 “我们可以衡量我们的流程 在这里可以更好地了解那里的流程。我喜欢在北极进行实地考察 我在这方面有很多经验，但很高兴能够做很多正确的事情 在我们的后院。”
追踪科学家的道路
甚至在他的北极探险和同位素分析仪出现之前，科佩克就已经 对水文学的兴趣。
“我从小就喜欢水，”他说。 “我发现它非常迷人。 在我真正了解这意味着什么之前，我就知道我想成为一名科学家。”
我在纽约州罗彻斯特长大，靠近安大略湖，五大湖一直 已经成为科佩克生活的一部分。他在萨斯奎哈纳大学学习环境科学 并继续获得博士学位。达特茅斯学院地球科学学士学位。
“我就是在那里学到了水同位素这种独特的工具，”科佩克说道。 “我没有 在进入研究生院之前了解有关以这种方式使用水同位素的任何信息 真的很幸运。我很快了解到这是一个很棒的工具来帮助测量 我们的水循环。”
科佩克长期以来对北极着迷。在研究生院期间，他开始工作 与他的顾问一起在该地区进行同位素研究。
“在这个系统中，我们看到了气候变暖带来的令人难以置信的变化速度 所有这些下游影响，”他说。 “这在某种程度上非常可怕 所以，但从科学的角度来看，能够见证这一点是很有趣的 如此巨大的变化如此之快。”
科佩克获得博士学位后继续研究北极水循环，并从事教学工作 以及明尼苏达州、阿拉斯加州和芬兰的研究职位。这是同一个研究 这让他回到了熟悉的五大湖地区。当研究职位 随着足球比赛结果 GLRC 的开放，他抓住了这个机会，加入了研究 2024 年研究所的工作人员。
“这里的工作对我来说非常有趣，”科佩克说。 “很多同样的北极 问题与五大湖地区有关。”
“五大湖是这个国家最重要的自然资源之一。了解 他们如何改变是一个非常重要的问题，并且能够在本地进行， 具有高度影响力的科学对我来说意义重大。我很感激能够追求这个目标 在这里工作。”
Kopec 很欣赏 GLRC 的资源，使他能够研究水循环 在他的后院，对于专业和个人来说都是一个受欢迎的机会 丈夫和父亲。
“我有机会在北极进行研究航行 一次海上几周，”他说。 “它们确实令人惊叹，但也具有挑战性， 尤其是现在有两个年幼的孩子。拥有我们自己的研究船 GLRC，我可以出去玩一天，然后回家吃晚饭。”
现在把他 2 岁和 6 个月大的孩子介绍给他最喜欢的孩子有点太早了 冬季活动，滑雪板，但科佩克决心将他对滑雪的热爱传递下去 基威诺对他的孩子来说是最寒冷的季节。
“无论如何，在雪地里呆在外面都是神奇的，”他说。 “即使只是徒步旅行 和雪橇，能够向我的孩子们展示所有的自然奇观真是太有趣了 该地区的。”
足球比赛结果是一所 R1 公立研究型大学，成立于 1885 年，位于霍顿，拥有来自全球 60 多个国家的近 7,500 名学生。密歇根州旗舰科技大学的投资回报率一直名列全美最佳大学之列，提供超过 185 个本科和毕业生科学技术、工程、计算机、林业、商业、健康专业、人文、数学、社会科学和艺术领域的学位课程。乡村校园距离密歇根州上半岛的苏必利尔湖仅数英里，提供全年户外探险的机会。
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