Лёд и Снег • 2014 • № 2 (126)
Морские, речные и озёрные льды
УДК 551.583+551.585
Арктическое измерение глобального потепления
© 2014 г. Г.В. Алексеев
Арктический и Антарктический научно-исследовательский институт, Санкт-Петербург
alexgv@aari.ru
Arctic dimension of global warming
G.V. Alekseev
Arctic and Antarctic Research Institute, Sankt-Petersburg
Статья принята к печати 7 января 2014 г.
Арктика, арктическое и глобальное потепление, изменения климата, перенос тепла.
Arctic, Arctic and global warming, climate change, heat transport.
Дан обзор проявлений глобального потепления в арктической климатической системе. Особое внимание уделено морскому ледяному покрову. Арктика объединена с глобальной климатической системой циркуляцией атмосферы и океана, вносящей основной вклад в формирование энергетического баланса. Исходя из этого, с помощью специальных индексов показано, что усиление потепления в Арктике связано c ростом меридионального переноса тепла из низких широт, а зональная составляющая атмосферного переноса влияет на потепление в умеренных широтах. Кроме того, установлено, что часть современного глобального потепления также связана с ростом переноса тепла. В арктическое усиление потепления вносит вклад и увеличение приходящей к поверхности длинноволновой радиации за счёт повышения влажности и облачности в арктической атмосфере. Возрастающее отступление кромки льда в конце летнего сезона от берегов Сибири и Аляски в результате повышения летней температуры воздуха способствует прогреву верхнего слоя морской воды и усилению потепления в октябре-январе. Дана схема арктического усиления потепления в результате роста меридионального переноса из низких широт и возникающих обратных связей в арктической климатической системе.
A brief assessment of the global warming in the Arctic climate system with the emphasis on sea ice is presented. The Arctic region is coupled to the global climate system by the atmosphere and ocean circulation that provides a major contribution to the Arctic energy budget. On this basis using of special indices it is shown that amplification of warming in the Arctic is associated with the increasing of meridional heat transport from the low latitudes.
Введение
Климат Арктики формируется в условиях значительно меньшего притока тепла от Солнца по сравнению с климатом неполярных областей. Отчасти этот дефицит восполняется внутренними термодинамическими процессами, протекающими как в климатической системе в целом, так и в морской Арктике (рис. 1). Наибольший вклад в потепление арктического климата по сравнению с гипотетическим климатом при неподвижной и прозрачной атмосфере вносит адвекция тепла по направлению к полюсу. Благодаря этому процессу климат Арктики в районе Северного полюса «теплеет» почти на 60 К по сравнению с климатом при отсутствии адвекции, в то время как за счёт парникового эффекта атмосферы приповерхностная температура воздуха здесь повышается на величину, меньшую более чем в 2 раза [5].
В морской Арктике изменения климата усиливаются за счёт обратных связей, среди которых особое внимание привлекает деградация морских льдов в Северном Ледовитом океане, остро реагирующих на изменения климата. Вынос
пресной воды из Северного Ледовитого океана влияет на распространение морских льдов и тер-мохалинную циркуляцию в прилегающей акватории Северной Атлантики, а через них — на региональный и глобальный климат. Как показывают оценки [30, 42, 68, 82], поступление тепла с атмосферной циркуляцией составляет основную часть энергетического баланса для климатической системы Земля — Атмосфера в высоких широтах Северного полушария. Летом часть поступающего тепла расходуется на таяние снега и льда и на прогрев верхнего слоя океана. Зимой, при охлаждении верхнего слоя и образовании льда, это тепло возвращается в атмосферу. Недавние оценки составляющих энергетического баланса с использованием массивов реанализа атмосферных данных БЯЛ-40 и НСБР/НСЛЯ для области, севернее 70° с.ш. [82], показали несколько меньший вклад атмосферного переноса и увеличение притока тепла из океана по сравнению с более ранними оценками. Это связано с сокращением площади морских льдов и увеличением летнего прогрева верхнего слоя океана.
Рис. 1. Арктическая часть глобальной климатической системы [2] Fig. 1. Arctic part of the global climate system [2]
Наблюдаемые изменения в арктической климатической системе Температура воздуха. В высоких широтах Северного полушария развитие потепления в 1910— 1940 гг. было прервано понижением приповерхностной температуры воздуха, продолжавшимся до 1970-х годов, после которого началось современное потепление (рис. 2). Эти три стадии эволюции приповерхностной температуры воздуха образуют колебание с периодом 60—70 лет [79]. Наиболее заметно оно в области Северной Атлантики и
на прилегающей суше, поэтому его связывают с Атлантической междесятилетней осцилляцией в колебаниях средней температуры воды на поверхности Северной Атлантики после удаления линейного тренда [54]. В многолетних изменениях приповерхностной температуры воздуха в Арктике на долю этого колебания приходится 37% изменчивости среднегодовой приповерхностной температуры воздуха. Наибольший вклад (от 22 до 45%) отмечается на станциях в Гренландско-Исландском районе, который и формирует в значительной
Рис. 2. Средняя по 32 станциям к северу от 60° с.ш. приповерхностная температура воздуха летом (а) и зимой (б). В центре — положение станций; пунктир — полином 6-й степени (R2 = 0,22 и 0,53 соответственно) Fig. 2. Average from 32 stations north to 60°N surface air temperature in summer (a) and winter (б).
At the centre - map of station sites; dotted line is a six degree orthogonal polynomial approximation (coefficient of determination R2 = 0.22 и 0.53 respectively)
Т, °С Т,°С
1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010
Годы Годы
Рис. 3. Изменения средней температуры воздуха в морской Арктике за 1951—2013 гг.:
а — зимой (декабрь—февраль); б — летом (июнь—август); в центре — положение станций; пунктир — полином 6-й степени (R2 равно 0,65 и 0,66 соответственно)
Fig. 3. Change of mean surface air temperature in the marine Arctic during 1951-2013 in winter (а) and summer (б); а! the centre - map of station sites; dotted line is a six degree orthogonal polynomial approximation (coefficient of determination R2 = 0.65 и 0.66 respectively)
степени вклад в изменения средней температуры в Арктике. Оценки вклада колебания получены путем Фурье-разложения средней температуры на 32 станциях в Арктике и на 7 станциях в Гренланд-ско-Исландском районе [11].
Изменения температуры воздуха над областью морской Арктики, включающей в себя покрытую льдами в зимний период акваторию Северного Ледовитого океана, особенно интересны, поскольку они в первую очередь влияют на летнее таяние и зимнее разрастание ледяного покрова в Северном Ледовитом океане. На рис. 3 видны быстрое повышение отрицательных зимних температур после 1991 г. и интенсивный рост положительных летних температур после 1996 г. с абсолютным рекордом в 2012 г. В 2013 г. зимняя и летняя температура в морской Арктике понизилась более чем на 1 °С по сравнению с 2012 г.
Атмосферная циркуляция. Влияние атмосферной циркуляции на изменение климата в Арктике несомненно ввиду большого вклада атмосферных переносов в формирование её энергетического баланса. Перестройка циркуляционной системы в Арктике после 1995 г. проявилась в формировании дипольной структуры [91, 93] в поле атмосферного давления. В положительной фазе арктический диполь характеризуется пониженным давлением над Карским морем и морем Лаптевых и повышенным давлением — над Канадским Арктическим архипелагом, распространяющимся на юго-восток Гренландии. В летние сезоны 2007—2012 гг. положительная фаза диполя сопровождалась увеличением летнего таяния и выноса льда. Изменение в струк-
туре атмосферной циркуляции с преобладанием циклонического режима над Арктикой повлияло на формирование климатических аномалий над прилегающими умеренными широтами, в частности привело к аномально холодным зимам в Европе и Восточной Азии [59, 72].
Солнечная радиация. Потепление в Арктике связано также с изменениями в режиме приходящей солнечной радиации. При наблюдениях за приходящей солнечной радиацией на арктических станциях обнаружены значимые тренды её составляющих за последние 50 лет. Полувековой тренд суммарной и прямой солнечной радиации на станциях Алерт, Резолют бей и Нуна-вут в Канадской Арктике показал уменьшение прямой радиации на 2,25 и 2,50% на первых двух станциях, что согласуется с уменьшением числа безоблачных дней. Средняя за год суммарная радиация выросла соответственно на 26,7 и 17,9%, главным образом, за счёт мая и июня [92]. Одна из причин этого, по мнению авторов, увеличение нисходящей длинноволновой радиации, которая способствует более раннему началу таяния и уменьшению альбедо.
Авторы исследования [56] ранее отмечали важную роль в увеличении притока нисходящей длинноволновой радиации отступления кромки арктического морского льда от берегов в летний период. Рост притока длинноволновой радиации связан с повышением влагосодержания в арктической атмосфере, которое особенно увеличилось после 1992 г., причём более всего — в летний и осенний сезоны (рис. 4). О влиянии облачности на радиа-
кгм"2тод"1 кгм"2
Рис. 4. Коэффициенты тренда содержания водяного пара в арктической атмосфере к северу от 70° с.ш. (а) и межгодовые изменения среднего за год содержания водяного пара (б).
1 — тренд значим на уровне 95% и более; пунктир — линейный тренд 0,03053 кг м-2 год-1 (значим на 99%). Построено по данным Interim [97]
Fig. 4. Linear trend coefficients of the vapor content in the arctic atmosphere to north of 70°N and interannual variations of annual mean vapor content (б).
1 — mean significant trend at 95% and more; dotted line — trend 0.03053 kg m-2 year-1 (is significant at 99%). Constructed on data from Interim [97]
ционный режим в Арктике можно судить по трендам приповерхностной температуры
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.