научная статья по теме КЛИМАТИЧЕСКИЕ ИЗМЕНЕНИЯ В АРКТИКЕ, СЕВЕРНОЙ АТЛАНТИКЕ И СЕВЕРНЫЙ МОРСКОЙ ПУТЬ Математика

Текст научной статьи на тему «КЛИМАТИЧЕСКИЕ ИЗМЕНЕНИЯ В АРКТИКЕ, СЕВЕРНОЙ АТЛАНТИКЕ И СЕВЕРНЫЙ МОРСКОЙ ПУТЬ»

ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК, 2015, том 462, № 2, с. 217-222

ГЕОФИЗИКА

УДК 551.583

КЛИМАТИЧЕСКИЕ ИЗМЕНЕНИЯ В АРКТИКЕ, СЕВЕРНОЙ АТЛАНТИКЕ И СЕВЕРНЫЙ МОРСКОЙ ПУТЬ

© 2015 г. |Г. Н. Панин|, Н. А. Дианский

Представлено академиком РАН Г.С. Голицыным 07.02.2014 г. Поступило 07.02.2014 г.

DOI: 10.7868/S0869565215140236

Показано, что в тенденциях климатических изменений Арктики наблюдается согласованность с колебаниями интенсивности океанической циркуляции Северной Атлантики. Приведены результаты, иллюстрирующие надежное воспроизведение концентрации арктического льда с помощью модели общей циркуляции океана при предписанном атмосферном воздействии по данным реанализа МСБР в период с 1948 по 2009 гг. Показано, что начавшееся снижение интенсивности Атлантической термохалинной циркуляцией (АТХЦ) в начале XXI в. может свидетельствовать о возможной смене тенденции в ледовитости Арктики. Сценарий инерционного прогноза, полученный при предписанном атмосферном воздействии, подтверждает это и показывает тенденцию увеличения ледовитости Арктики до 2020 г. с последующим ее уменьшением.

АНАЛИЗ КЛИМАТИЧЕСКИХ ИЗМЕНЕНИЙ

В АРКТИКЕ И СЕВЕРНОЙ АТЛАНТИКЕ

В последние несколько лет в рамках Экспертного совета по Арктике и Антарктике при Совете Федерации РФ ведется работа по законодательному закреплению Северного морского пути в качестве национальной транспортной магистрали России. В результате разрабатывается логистическая модель, обеспечивающая использование Северного морского пути круглогодично. Активизация данной деятельности в Совете Федерации РФ, очевидно, связана с выводами отдельных публикаций [1], свидетельствующими о том, что климатические изменения в Арктике достигли порогового значения, при котором могут происходить необратимые процессы и следует ожидать

Институт водных проблем Российской Академии наук, Москва E-mail: nikolay. diansky@gmail.com Институт вычислительной математики Российской Академии наук, Москва

в ближайшие годы полного таяния льда в летний сезон.

Теоретические исследования продолжительности навигационного периода Северного морского пути в XXI в., выполненные в Институте физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН по сценарию 8ЯБ8-А1В [2], показали, однако, что даже к концу XXI в. навигационный период не превысит 3—4 месяцев.

Данные наблюдений в то же время показывают, что климат Арктики претерпевает заметные вариации (рис. 1), которые, в частности, не воспроизводятся при моделировании с использованием моделей общей циркуляции атмосферы и океана (МОЦАО).

В связи с этим можно отметить, что исследования в области климатологии Арктики приобретают новый прикладной смысл, причем основное внимание заслуживают работы, направленные на прогнозирование климата северной полярной зоны.

Многочисленные исследования, включая деятельность Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК — 1РСС), указывают на возможность будущего потепления климата Земли, вызванного антропогенным ростом парниковых газов, причем климат полярных зон будет подвержен более стремительным изменениям. Наряду с этим отмечается [6], что оценки колебания земного климата, вызванные, в частности, обратными связями в системе атмосфера-полярные льды—океан, указывают на возможность существенной переоценки чувствительности глобальных климатических моделей к увеличению концентрации парниковых газов в атмосфере. Эксперименты [6] показывают, что естественная изменчивость составляет примерно половину от величины наблюденного тренда в Арктическом регионе. Данные измерений и реконструкций температуры в северной полярной зоне [7] также свидетельствуют о значительном вкладе циклических (около 60 лет) изменений температуры в арктический климат. Заметим, что подобные ва-

Аномалии температуры воздуха, °С 2.5

2.0 1.5 1.0 0.5

0

-0.5 -1.0 -1.5 -2.0 -2.5

1900

- ■ 1

—•— 2

—А— 3

—т— 4

1920

1940

1960

1980

2000 г.

Рис. 1. Данные аномалий температуры воздуха в Арктике; обобщенные: 1 — [3], 2 — [4], 3 — сглаженные данные И.Е. Фролова и др.; 4 — [5].

риации глобального и особенно регионального климата отмечаются как в наблюдениях, так и в различных температурных реконструкциях также в Северной Атлантике [8—10].

В данной работе сделана новая попытка найти причины колебания климата в Арктике. Для этого анализируется связь климата северной полярной зоны с процессами глобального характера и прежде всего с вариациями климата Северной Атлантики. В качестве основных индикаторов климатических изменений Атлантики использовались индексы Североатлантического колебания (САК), Атлантической мультидекадной осцилляции (АМО), интенсивности АТХЦ.

В целом эта попытка направлена на оценку влияния изменчивости Северной Атлантики на вариации климата Арктики с тем, чтобы учесть их при последующем прогнозировании.

СЦЕНАРИИ ВОЗМОЖНЫХ ИЗМЕНЕНИИ ТЕНДЕНЦИИ КЛИМАТА СЕВЕРНОЙ ПОЛЯРНОЙ ЗОНЫ

То, в какой мере океан и, в частности Атлантический океан, испытывает те или иные колебания, исследуется в последнее время очень активно [8, 9, 11, 12]. Здесь же сделана попытка воспроизвести основные колебания Атлантического океана с помощью МОЦО INMOM (Institute of Numerical Mathematics Ocean Model) [13, 14] и проследить их влияние на Арктический регион.

Сценарий эксперимента был взят в соответствии с международной программой CORE (Coordinated Ocean-ice Reference Experiments) II по воспроизведению циркуляции Мирового океана. Согласно этому сценарию эксперименты стартовали с климатологии Левитуса, и по времени осуществлялось интегрирование на пять 60-летних циклов, соответствующих периоду с 1948 по 2007 гг. [14]. Результаты последнего пятого 60-летнего цикла полагаются в качестве основных данных, характеризующих изменчивость циркуляции Мирового океана за обозначенный период времени. Для расчета атмосферного воздействия использовали специализированную базу данных CORE приводных атмосферных характеристик, в основе которой лежат данные реанализа NCEP/NCAR. В [14] показано, что временной ход среднегодового индекса АМО за 1948—2007 гг. по данным наблюдений ht-tp://www.cdc.noaa.gov/Correlation/amon.us.long. data и по результатам модельных расчетов по INMOM хорошо согласуются между собой, что свидетельствует о возможности использовать результаты модельных расчетов для оценки климатической изменчивости циркуляции Северной Атлантики.

Заметим, что главным фактором климатической изменчивости океана является изменчивость его термохалинной циркуляции. АТХЦ представляет собой крупномасштабный меридиональный круговорот воды в Северной Атлантике, образуя североатлантическую ячейку океан-

КЛИМАТИЧЕСКИЕ ИЗМЕНЕНИЯ В АРКТИКЕ

219

Св 21

20

19

18

17

16

15

14

пВт 0.66 0.63 0.60 0.57 0.54 0.51 0.48 0.45 0.42

1950 1960 1970 1980 1990 2000 г.

Рис. 2. Вариации индексов АТХЦ (1) и МПТ (2) по результатам модельных расчетов по ШМОМ в Северной Атлантике за периоды 1948—2007 гг. в полосе 30°—60° с.ш. в Северной Атлантике.

ского конвейера Брокера—Лаппо. Этот круговорот дает основной вклад в формирование североатлантического меридионального переноса тепла (МПТ) в высокие широты Северного полушария. На рис. 2 показаны временной ход индекса АТХЦ (максимум функции тока меридионального круговорота) и суммарного МПТ в области от 30° до 60° с.ш. в атлантическом секторе по результатам модельных расчетов по ШМОМ.

Величина индекса АТХЦ колеблется от 15 до 21 Св (свердрупы), составляя в среднем около 18 Св, что хорошо согласуется с оценками по данным наблюдений и зарубежными модельными расчетами. Изменчивость АТХЦ характеризуется значительными долгопериодными колебаниями, сопровождаемыми аномалиями температуры поверхности океана в Северной Атлантике [14].

Оценка зон влияния Северной Атлантики на Евразию, включая северную полярную зону, сделанная в [15] с помощью корреляционного анализа между зимними значениями температуры воздуха и зимними значениями индекса САК при разных тенденциях в изменении индексов АТХЦ и МПТ, свидетельствует о непосредственном влиянии последней на вариации климата там. По крайней мере, активизация таяния льда в Арктике в семидесятые—девяностые годы ХХ столетия согласуется с интенсификацией океанической циркуляции Северной Атлантики, характеризуемой ростом индексов АТХЦ и МПТ.

Следует заметить, что по результатам расчетов циркуляции Мирового океана выявлено заметное падение интенсивности АТХЦ к концу ХХ и началу XXI столетий, которое проявляется также и для эволюции МТП в океане. Это изменение тенденций индексов АТХЦ и МПТ в конце ХХ столетия может свидетельствовать о предстоящей смене тенденций в ледовитости Арктики.

Все эти факты представляются важными, так как позволяют рассматривать используемые здесь индексы атмосферной и океанской циркуляции в качестве предикторов для прогнозирования климатических изменений северной полярной зоны на ближайшую перспективу.

Поскольку в INMOM входит модель динамики и термодинамики морского льда [14], то с помощью проведенных экспериментов была сделана оценка изменения ледовитости Северного Ледовитого океана (СЛО). На рис. 3 показаны результаты моделирования временной эволюции площади морского льда СЛО за 1948—2009 гг. в сентябре при предписанном атмосферном воздействии CORE и данные наблюдений Нацио-

Площадь льда СЛО, 106 км2

2 0_1_1_1_1_1_1_1_1_1_1_1_1_1_1_

. 1950 1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015 г.

Рис. 3. Результаты воспроизведения концентрации арктического льда в сентябре с помощью модели общей циркуляции океана ШМОМ (1) при предписанном атмосферном воздействии, полученном по данным реанализа КОБР в период с 1948 по 2009 гг. с прогнозом (3) возможных изменений до 2020 г. (в качестве прогноза атмосферного форсинга используются данные за 2009 г.); 2 — данные наблюдений Национального центра данных по льду и снегу (К8ГОО). Стрелками показаны тенденции изменения ледовитости СЛО.

Рис. 4. Результаты измерения и моделирования температурных изменений в Арктике по [7]: 1 — [4]; 2 — [7]; 3 — БОНАМ 5; 4 - МГЭИК, сценарий В1.

нального центра данных по льду и снегу (М8ГОС). Результаты моделирования хорошо согласуются с дан

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.

Показать целиком