ИССЛЕДОВАНИЕ ЗЕМЛИ ИЗ КОСМОСА, 2013, № 4, с. 50-65
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОСМИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ О ЗЕМЛЕ
АРКТИЧЕСКИЙ ЛЕДЯНОЙ ПОКРОВ СТАНОВИТСЯ СЕЗОННЫМ?
© 2013 г. В. В. Иванов1, 2*, В. А. Алексеев2, 3, Т. А. Алексеева1, Н. В. Колдунов4,
И. А. Репина3, 5, 6, А. В. Смирнов1
1 Арктический и антарктический научно исследовательский институт, С.-Петербург 2Международный Арктический научный центр, Университет Аляски, Фербенкс, США 3Институт физики атмосферы им. А.М.Обухова РАН, Москва 4Институт океанологии, Университет Гамбурга, Германия 5Институ космических исследований РАН, Москва 6Российский государственный гидрометеорологический университет, С.-Петербург
*Е-шаП: Vladimir.Ivanov@aari.ru Поступила в редакцию 22.01.2013 г.
Одной из глобальных проблем, стоящих сегодня перед человечеством, является меняющийся планетарный климат. Несмотря на то, что взгляды ученых на первопричины наблюдаемых изменений климата весьма различны, факт наличия самих изменений сомнений не вызывает. Представляют большой научный и практический интерес количественная оценка современного состояния параметров климатической системы Земли, а также обоснованный прогноз этих параметров на последующие десятилетия. В этой связи северная полярная область занимает особое место как индикатор происходящих изменений вследствие эффекта полярного усиления. Знаковым проявлением этих изменений является резкое увеличение свободной ото льда площади в Северном Ледовитом океане (СЛО) в летний сезон, произошедшее в начале 2000-х годов. В предлагаемой обзорной статье авторы показывают, что после 2007 г. ледяной покров на большей части СЛО стал сезонным, т.е. площадь, ежегодно очищающаяся ото льда, устойчиво превысила 50%. В статье обсуждаются возможные последствия произошедших изменений для других компонент климатической системы, а также качественно оценивается вероятность достижения полностью сезонно безледного СЛО в ближайшем будущем.
Ключевые слова: Северный Ледовитый океан, морской лед, межсезонная и межгодовая изменчивость ледового покрова, климат Северного полушария
DOI: 10.7868/S0205961413040076
ВВЕДЕНИЕ
К середине лета 2007 г. стало очевидно, что площадь ледяного покрова в Арктическом бассейне Северного Ледовитого океана (СЛО) близка к достижению очередного рекордного минимума. Сам по себе этот факт не был чем-то неожиданным или из ряда вон выходящим. Устойчивый тренд на снижение летней площади ледяного покрова СЛО отмечался с начала 1970-х годов (Walsh, Chapman, 2001), а ансамблевые численные эксперименты на основе различных сценариев выброса парниковых газов предсказывали свободный ото льда СЛО в летний сезон к концу 21 в. (IPCC Report, 2007). Непредвиденное случилось осенью, когда выяснилось, что площадь ледяного покрова не просто побила очередной рекорд в сторону уменьшения, а это уменьшение достигло 38% от площади ледяного покрова на пике сезонного минимума, осредненной за период спутниковых наблюдений — с 1979 по 2000 гг. (Comiso et al., 2008). По сравнению с такой колос-
сальной потерей льда в течение нескольких летних месяцев два предыдущих рекордных минимума (15% в 2002 г. и 20% в 2005 г.) выглядели более чем скромно. Алармисты праздновали победу, а противники теории глобального потепления искали возможные объяснения столь резкого расхождения своих концепций с действительностью. По горячим следам появились публикации в научно-популярных изданиях, предрекающие без-ледный СЛО в ближайшие несколько лет, а интернет пестрел громкими заголовками о возможных климатических и политико-экономических последствиях потери арктического льда. После того, как первая волна восторгов и разочарований спала, на повестку дня встал вопрос о возможных причинах произошедшего. "Мгновенное", по климатическим меркам, исчезновение льда более чем на половине площади покрытия в предыдущем году (2006), не было никем предсказано даже приблизительно. Оно не укладывалось и в долгосрочные климатические прогнозы, согласно ко-
% 10
-10 20
1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015
Год
Рис. 1. Аномалия распространения льда (%) относительно среднего за период 1979—2000 гг. в марте (верхний рисунок) и в сентябре (нижний рисунок).
торым произошедшее в сентябре 2007 г. уменьшение площади ледяного покрова должно было случиться не раньше 2040—2060 гг. (Serreze et al., 2007). В течение зимы и лета 2008 г. главной "климатической интригой" был вопрос: продолжится ли дальнейшее снижение площади арктического морского льда? Когда в сентябре 2008 г. очередной минимум не дотянул до прошлогоднего около 6% (рис. 1), а в следующем году минимальная площадь ледяного покрова почти восстановилась до наблюдавшейся в 2005 г. (23%), страсти постепенно утихли. Событие 2007 г. было объявлено аномальным, и для его объяснения была даже предложена теория так называемого "идеального шторма". Согласно этой теории, причиной "идеального шторма" стало длительное сохранение аномально высокого для летнего сезона атмосферного давления над Арктическим бассейном. Устойчивый арктический антициклон обеспечил ясную безоблачную погоду (способствующую повышенному поступлению коротковолновой солнечной радиации к поверхности океана), интенсивные затоки теплого воздуха с континентов и устойчивый вынос льда из Арктического бассейна (Stroeve et al., 2011 и ссылки в этой публикации). При этом термодинамический вклад локального таяния оценивался как менее значимый по сравнению с динамическим — выносом льда (Wang et al., 2009). Повторяемость синоптической
ситуации, благоприятствующей "идеальному шторму", оценивалась как 1 раз в 10—20 лет (Kay et al., 2008). Однако частичное восстановление площади ледяного покрова оказалось непродолжительным, и после локального максимума в сентябре 2009 г. три последующих года летняя площадь арктического ледяного покрова непрерывно уменьшалась, достигнув в сентябре 2012 г. абсолютного минимума — 48% от среднемноголетнего сентябрьского минимума 1979—2000 гг. Так что же на самом деле произошло в сентябре 2007 г.: случайный выброс, вызванный редким стечением обстоятельств, или "мгновенное" исчезновение льда года стало закономерным результатом накопления изменений, охвативших СЛО в 1990-х и 2000-х годах? И чего ожидать в ближайшем будущем: действительно ли событие 2007 г. обозначило рубеж, за которым изменения, охватившие арктический ледяной покров, перешли на качественно новый уровень и начали заметно влиять на другие компоненты арктической климатической системы — атмосферу и океан? В предлагаемой статье мы проводим обзор опубликованных данных, свидетельствующих об изменении параметров арктического ледяного покрова, уделяя особое внимание периоду его резкого сокращения в начале 2000-х годов, и обсуждаем возможные последствия этих изменений для океана и атмосферы.
ИЗМЕНЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ
АРКТИЧЕСКОГО ЛЕДЯНОГО ПОКРОВА
В доспутниковую эру основным источником информации о состоянии ледяного покрова СЛО были визуальные набюдения с судов, береговых станций и летательных аппаратов (самолетов и вертолетов). Очевидными недостатками данных, полученных таким способом, являются субъективный фактор (индивидуальный опыт наблюдателя) и ограниченная зона обзора. Среди определяемых визуально параметров наиболее достоверным является площадь покрытия льдом. Количественно этот параметр выражается сплоченностью льда, которая определяется отношением площади, покрытой льдом, к общей площади наблюдаемой поверхности океана. Границу между покрытой льдом поверхностью и открытой водой принято отождествлять с изолинией сплоченности, равной 0.15. Площадь океана, покрытая льдом со сплоченностью, равной или превышающей 0.15, определяется термином "распространение льда". Объединение доступных исторических наблюдений о сплоченности позволило воссоздать эволюцию распространения морского арктического льда в течение 20 в. в пределах всего Северного полушария (Walsh, Chapman, 2001), в отдельных районах СЛО — Северо-Европейском бассейне (Vinije, 2001) и в российском секторе Арктики (Mahoney et al., 2008). Несмотря на некоторые расхождения во временных рядах, рассчитанных на основе указанных массивов, выделяется ряд общих закономерностей. К ним в первую очередь следует отнести ярко выраженную сезонность временной изменчивости. Амплитуда межгодовых колебаний летней площади ледяного покрова примерно на порядок меньше, чем соответствующая зимняя амплитуда. До 1970 г. величина амплитуды летних колебаний не превышает 7—8% от среднего значения, а в зимних рядах межгодовая мода изменчивости вообще не выделяется. В последнюю треть 20 в. наблюдалось устойчивое уменьшение распространения льда в Северном полушарии: на 9—11% летом и 2—3% зимой — количественная оценка рассчитана авторами на основании данных, опубликованных в (Walsh, Chapman, 2001).
С 1978 г. непрерывная регистрация состояния ледяного покрова СЛО осуществляется с помощью приборов, устанавливаемых на искусственных спутниках Земли (ИСЗ), что дало возможность охватить синхронными наблюдениями всю Арктику, за исключением "теневой" приполюсной зоны. Одним из первых спутников, производивших съемку ледяного покрова морей одновременно разными приборами в нескольких диапазонах спектра, стал отечественный ИСЗ "Океан". Спутники этой серии функционировали в 1983— 2000 гг. и оснащались сканером видимого диапазона, радаром бокового обзора и СВЧ-радиомет-
ром. Такая комплектация позволяла распознавать границы распространения однолетних и многолетних льдов, открытую воду в крупных разводьях и полыньях, а также положение кромки льдов при взволнованной открытой водной поверхности (Смирнов, 2010). В настоящее время непрерывный спутниковый мониторинг состояния поверхности СЛО ведется в рамках американских и европейских долгосрочных научных программ. Среди ныне действующих программ наиболее продолжительной является миссия, финансируемая Министерством обороны США, начатая на спутнике Nimbus-7 (1978-1987 гг., прибор SSMR) и продолжающаяся по настоящее время на спутниках серии DMSP (Defence Ministry Satellite Program F8, F11, F13, F15, F17, приборы SSM/I и SSMIS). Применяемые в рамках этой программы ска
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.