ИССЛЕДОВАНИЕ ЗЕМЛИ ИЗ КОСМОСА, 2015, № 2, с. 5-19
КЛИМАТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ В АРКТИЧЕСКОМ РЕГИОНЕ
ЭВОЛЮЦИЯ ПЛОЩАДИ МОРСКОГО ЛЕДОВОГО ПОКРОВА АРКТИКИ В УСЛОВИЯХ СОВРЕМЕННЫХ ИЗМЕНЕНИЙ КЛИМАТА
© 2015 г. Г. В. Алексеев*, Е. И. Александров, Н. И. Глок, Н. Е. Иванов, В. М. Смоляницкий, Н. Е. Харланенкова, А. В. Юлин
Федеральное государственное бюджетное учреждение "Арктический и антарктический научно-исследовательский институт", Санкт-Петербург
*Е-таИ: alexgv@aari.ru Поступила в редакцию 30.05.2014 г.
Представлен обзор недавно опубликованных результатов исследований по ключевым проблемам эволюции морского ледяного покрова в Арктике и отмечены дискуссионные вопросы, на которые авторы попытались ответить в исследовательской части работы. Показано, что потепление климата, отражаемое повышением приповерхностной температуры воздуха, и сокращение ледового покрова развиваются с высокой степенью согласия в летний сезон. На этом основании восстановлены аномалии сентябрьской площади льда с 1900 г., показавшие значительное понижение в 1930—1940 гг., но почти в 2 раза меньшее, чем в 2007—2012 гг. Влияние колебаний притока теплой и соленой атлантической воды отмечено в изменениях максимальной площади льда зимой в Баренцевом море. Установлено усиление положительного тренда температуры воздуха поздней осенью—в начале зимы 1993—2012 гг. в результате увеличения площади открытой воды в конце лета. Внутренние закономерности изменчивости площади льдов позволили разработать прогноз ежемесячных значений протяженности морских льдов (ПМЛ) с заблаговременностью от полугода до двух лет, а их тесная связь с температурой воздуха летом использована для оценки наступления летнего очищения Арктики ото льда.
Ключевые слова: Арктика, морской ледяной покров, восстановление прошлых данных, влияющие факторы, прогноз
БО1: 10.7868/80205961415020025
ВВЕДЕНИЕ
Распространение и эволюция морского ледяного покрова в Арктике
Наиболее ранние систематические сведения о положении границ морского арктического льда имеются с начала ХХ в. в приатлантической Арктике (Захаров, 1976; Vinje, 2001; L0yning et al., 2003; Divine, Dick, 2006). Первые карты распространения морских льдов в Гренландском и Баренцевом морях были подготовлены в Датском метеорологическом институте по данным судовых наблюдений в весенне-летние месяцы с апреля по август. Развитие мореплавания вдоль побережья Сибири в 1930-е годы привело к распространению наблюдений за льдами на сибирские арктические моря. Основным средством наблюдений с этого времени становится авиация, а собранные данные представляются в виде ледовых карт. Ледовые карты за период с 1933 г. являются частью исторического Архива карт ледовой авиаразведки, собранного в ААНИИ (Бородачев, Шильников, 2001), который использован для подготовки рядов исторических
данных о площади, занятой льдом в арктических морях (Mahoney et al., 2008).
Исторические данные о площади, занятой морским льдом в арктических морях на Сибирском шельфе, собраны из разных источников В.Ф. Захаровым и другими исследователями с 1924 г. (Захаров, 2004; Фролов и др., 2005, 2007, 2011). Начиная с 1933 г., они основаны на упомянутых выше ледовых картах, составленных по наблюдениям в регулярных авиаразведках. Ряды этих данных с 1935 г. можно найти на сайте http://www.aari.ru/projects/ECIMO/index.php. На основе собранных данных о морских льдах были подготовлены несколько исторических массивов протяженности и сплоченности морского льда на Северном полушарии. Наиболее продолжительный массив данных HadSST берет начало с 1870 г. (Rayner et al., 2003) и покрывает Мировой океан с разрешением 1° х 1° (http://hadobs.metof-fice.com.hadsst/). Арктический морской лед в нем представлен данными (Chapman, Walsh, 1993) за период с 1901 г. (http://www.nsidc.colorado.edu).
Анализ исторических данных о морских арктических льдах выполнялся неоднократно по мере их накопления и позволял обнаруживать значительные многолетние изменения в распространении льдов. В.Ф. Захаров (2004) выделял в ХХ в. четыре стадии в развитии морских арктических льдов: две стадии — разрастания (1900—1918 и 1938—1968 гг.) и две стадии — сокращения ледяного покрова (1918-1938 и 1968-1999 гг.), выраженные на фоне векового сокращения площади арктических льдов. По оценке T. Vinje (2001), протяженность морского льда в Гренландском и Баренцевом морях в апреле постоянно сокращалась с 1864 г. и к 1998 г. сократилась на 33%.
Сравнение рядов исторических данных из различных источников показывает существенные расхождения между ними, исчезающие после перехода на спутниковые наблюдения (Alekseev et al., 2007), которые с конца 1970-х годов становятся основным средством наблюдений за морским ледяным покровом (МЛП). В 1989 г. инициирован проект Всемирной Метеорологической Организации "Глобальный банк цифровых данных по морскому льду" (ГБЦДМЛ). Для сбора данных образованы два центра архивации и обработки данных — Арктический и антарктический научно-исследовательский институт (ААНИИ) и Национальный центр данных по снегу и льду (НЦДСЛ) в США. Данные поступают от участников проекта — национальных ледовых служб России (ААНИИ), Канады (Канадская ледовая служба), США (Национальный ледовый центр), Швеции (Шведский метеорологический и гидрологический институт), Финляндии (Финский метеорологический институт), Японии (Японское метеорологическое агентство) (JCOMM, 2010).
В последние десятилетния спутниковые системы пассивного микроволнового зондирования типа SSM/I (Special Sensor Microwave Imager) и SSMIS (Special Sensor Microwave Imager/Sounder) на борту ИСЗ США серий DMSP или AMSR (Advanced Microwave Scanning Radiometer) на борту ИСЗ США EOS являются основными источниками оперативной информации о пространственном распределении морского ледяного покрова. Оценки параметров ледового покрова по измерениям со спутников основаны на различии радио-яркостной температуры чистой воды и начальных/однолетних/многолетних льдов. В настоящее время разработано более 11 различных алгоритмов для расчета характеристик морского ледового покрова по данным о радиояркостной температуре (Andersen et al., 2007). Гридированные значения радиояркостных температур и вычисленных значений сплоченности морского льда в Арктике, Антарктике и других районах земного шара архивируются и становятся доступными в НЦДСЛ (ftp://sidads.colorado.edu/DATASETS/), в ААНИИ (http://wdc.aari.ru/datasets), в Междуна-
родном центре по исследованию окружающей среды и дистанционному зондированию им. Нансена, Норвегия (http://www.nersc.no/data/arctic-sea-ice), в Университете Бремена, Германия (http://cersat.ifre-mer.fr/data/discovery/by_parameter/sea_ice/psi_ssmi) и в других научно-исследовательских центрах.
Обобщения данных инструментальных наблюдений за морскими льдами со спутников после 1978 г. показывают сокращение их протяженности, ускорившееся за последние два десятилетия (например, Смоляницкий, 2003; Johannessen et al., 2004; Stroeve et al., 2007; Comiso et al., 2008; Kwok, Rothrock, 2009; Фролов и др., 2011 Алексеев и др., 2009, 2012; Stroeve et al., 2011b; Иванов и др., 2013). В статье Иванова и др. (2013) представлен обзор публикаций о произошедшем после 2000 г. сокращении ПМЛ по 2012 г. включительно, что избавляет от необходимости более детально останавливаться на описании этого сокращения.
Предметом дискуссии остается вопрос о наличии или отсутствии подобного сокращения арктического морского льда в период первого потепления Арктики в 1930-е годы (Semenov, Latif, 2012). Эксперименты с глобальной моделью атмосферной циркуляции с заданными границами и сплоченностью МЛП из массива HadSST, проведенные Семеновым и Латифом, не показали потепления в Арктике в 1930-е годы, в то время как при задании сокращенного МЛП в модели потепление развивается. В этой связи представляет интерес оценка в рамках данной статьи состояния МЛП в Арктике в 1930-е годы. Определенные указания на сокращение площади льда в эти годы содержатся в работах В.Ю. Визе (1937, 1944), написанных непосредственно в период развития потепления.
Причины сокращения МЛП в Арктике
В.Ю. Визе (1937), по-видимому, был первым, кто указал на усиление циркуляции атмосферы и океана как на основную причину потепления и, как следствие, сокращения МЛП в Арктике. Он пришел к заключению, что потепление — результат усиления общей циркуляции атмосферы, сопровождавшийся усилением западных и юго-западных ветров над Северной Атлантикой и Норвежским морем и увеличением притока атлантических вод в Арктику с одновременным усилением обратного потока вод и льдов из Арктического бассейна в Гренландское море. Рассматривая развитие потепления, Визе отметил его максимальное проявление в приатлантической Арктике от западной Гренландии до Карского моря в зимний сезон, а также сокращение площади морских льдов летом в Баренцевом и Карском морях.
Современные представления о непосредственных причинах нового потепления Арктики и его
усиления и соответственно сокращения МЛП включают более широкий спектр влияющих факторов. Очевидно, что причина сокращения количества арктических льдов в конце летнего периода связана с потеплением климата, которое проявляется в первую очередь в повышении температуры воздуха. Корреляция между изменениями летней приповерхностной температурой воздуха и площадью, занятой морским льдом в сентябре, по данным за 1979—2012 гг. составила —0.94 (Алексеев, 2013). Оценки, выполненные в работе (Кулаков и др., 2012) на основе моделирования изменений летней ПМЛ под влиянием потепления и атмосферной циркуляции, подтвердили, что сокращение ПМЛ в последние десять лет обусловлено главным образом повышением температуры воздуха.
Сокращение ПМЛ часто связывают лишь с изменениями циркуляции атмосферы (Bengtsson et al., 2004; Maslanik et al., 2007; Ogi et al., 2008; Wang et al., 2009; Stroeve et al., 2011a), происходящими под влиянием естественной изменчивости и антропогенного форсинга (Overland et al., 2008; Min et al., 2008). Однако следует отметить, что усиление атмосферной циркуляции и повышение температуры воздуха связаны между соб
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.