КЛИМАТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ В АРКТИЧЕСКОМ РЕГИОНЕ
КЛИМАТОЛОГИЯ СЕВЕРНОЙ ПОЛЯРНОЙ ОБЛАСТИ И СЕВЕРНЫЙ МОРСКОЙ ПУТЬ
© 2015 г. Г. Н. Панин1, *, Н. А. Дианский2
Институт водных проблем РАН, Москва 2Институт вычислительной математики РАН, Москва *E-mail: panin@aqua.laser.ru Поступила в редакцию 06.05.2014 г.
Показано, что в тенденциях климатических изменений Арктики наблюдается согласованность с колебаниями интенсивности океанической циркуляции Северной Атлантики. Приведены результаты моделирования концентрации арктического льда с помощью модели общей циркуляции океана при предписанном атмосферном воздействии по данным реанализа NCEP в период c 1948 по 2009 г. Показано, что результаты моделирования хорошо согласуются с данными дистанционного зондирования ftp://sidads.colorado.edu/DATASETS/NOAA/G02135/Sep/N_09_area.txt. Для характеристики интенсивности взаимодействия Северной Атлантики с атмосферой используется новый индекс NAAII (North Atlantic Air Interaction Index). Показано, что начавшееся снижение интенсивности Атлантической термохалинной циркуляцией (АТХЦ) и NAAII в начале XXI в. может свидетельствовать о возможной смене тенденции в климатических изменениях Северной Атлантики и ледовитости Арктики. Приведен сценарий инерционного прогноза, полученный при предписанном атмосферном воздействии, показывающий тенденцию увеличения ледовитости Арктики.
Ключевые слова: Арктика, Атлантика, интенсивность океанической циркуляции, концентрации арктического льда, прогноз
Б01: 10.7868/80205961415020062
ВВЕДЕНИЕ
В последние несколько лет в рамках Экспертного совета по Арктике и Антарктике при Совете Федерации РФ ведется работа по законодательному закреплению Северного морского пути (СМП) в качестве национальной транспортной магистрали России. В результате разрабатывается логистическая модель, обеспечивающая использование СПМ круглогодично. Активизация данной деятельности в Совете Федераций РФ, очевидно, связана с выводами отдельных публикаций (Ьеп-!оп е! а1., 2008), свидетельствующими о том, что климатические изменения в Арктике достигли порогового значения, при котором могут происходить необратимые процессы, и следует ожидать в ближайшие годы полного таяния льда в летний сезон.
Теоретические исследования продолжительности навигационного периода СМП в ХХ1 в., выполненные в Институте физики атмосферы РАН по сценарию 8ЯБ8-А1Б (Хон, Мохов, 2010), показали, однако, что даже к концу ХХ1 в. навигационный период не превысит трех—четырех месяцев.
Данные наблюдений в то же время показывают, что климат Арктики претерпевает заметные вариации (Гусев, Дианский, 2014; Панин, 2009;
Панин и др., 2009; Панин, Дианский, 2014; Семенов, 2008), которые, в частности, не воспроизводятся при моделировании с использованием моделей общей циркуляции атмосферы и океана (МОЦАО). Заметим, однако, что при предписанных вариациях солнечной радиации (солнечной постоянной) удается воспроизвести потепление Арктики 1940-х годов с последующим похолоданием до 1970-го года (8ио е! а1., 2013).
В связи с этим можно отметить, что исследования в области климатологии Арктики приобретают новый прикладной смысл, причем основного внимания заслуживают работы, направленные на прогнозирование климата Северной полярной зоны (СПЗ), а соответственно и продолжительности навигационного периода СМП.
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 показано, что климат полярных зон будет подвержен более стремительным изменениям. Наряду с этим отмечается (Семенов, 2008), 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 (Семенов, 2008) показывают, что естественная изменчивость составляет примерно половину от величины наблюденного тренда в Арктическом регионе. Данные измерений и реконструкций температуры в северной полярной зоне (Панин, 2009) также свидетельствуют о значительном вкладе циклических (около 60 лет) изменений температуры в Арктический климат. Заметим, что подобные вариации глобального и, особенно, регионального климата отмечаются как в наблюдениях, так и в различных температурных реконструкциях также в Северной Атлантике (Панин и др., 2009; Del-worth, Mann, 2000; Schlesinger, Ramankutty, 1994).
В данной работе сделана новая попытка выявить причины колебания климата в Арктике. Для этого анализируется связь климата СПЗ 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 Атлантической термохалинной циркуляции (АТХЦ) и новый индекс интенсивности взаимодействия Северной Атлантики с атмосферой (NAAII).
В целом эта попытка направлена на оценку влияния изменчивости Северной Атлантики на вариации климата Арктики с тем, чтобы учесть их при последующем прогнозировании.
КЛИМАТИЧЕСКИЕ ИЗМЕНЕНИЯ
В АРКТИКЕ И СЕВЕРНОЙ АТЛАНТИКЕ, СЦЕНАРИЙ ВОЗМОЖНЫХ ИЗМЕНЕНИЙ ТЕНДЕНЦИЙ КЛИМАТА СЕВЕРНОЙ ПОЛЯРНОЙ ЗОНЫ
То, в какой мере океан и, в частности, Атлантический океан испытывают те или иные колебания, исследуется в последнее время очень активно (Мохов и др., 2008; Семенов и др., 2012; Del-worth, Mann, 2000; Schlesinger, Ramankutty, 1994). Здесь же сделана попытка воспроизвести основные колебания Атлантического океана с помощью МОЦОINMOM (Institute of Numerical Mathematics Ocean Model) (Володин и др., 2013; Гусев, Дианский, 2014) 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 старто-
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 Год
Рис. 1. Вариации индексов АТХЦ и МПТ по результатам модельных расчетов по ШМОМ в Северной Атлантике за период 1948—2009 гг. в полосе 30°—60° с.ш. в Северной Атлантике.
вали с климатологии Левитуса, и по времени осуществлялось интегрирование на пять 60-летних циклов, соответствующих периоду с 1948 по 2007 г. (Гусев, Дианский, 2014). Результаты последнего пятого 60-летнего цикла, досчитанного до 2009 г., полагаются в качестве основных данных, характеризующих изменчивость циркуляции Мирового океана за означенный период времени. Для расчета атмосферного воздействия использовалась специализированная база данных CORE приводных атмосферных характеристик, в основе которой лежат данные реанализа NCEP/NCAR. В (Гусев, Дианский, 2014) было показано, что временной ход среднегодового индекса Атлантической мультиде-кадной осцилляции (АМО) за 1948—2009 гг. по данным наблюдений http://www.cdc.noaa.gov/Correla-tion/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 океанского конвейера Брокера—Лаппо. Этот круговорот дает основной вклад в формирование североатлантического меридионального переноса тепла (МПТ) в высокие широты Северного полушария. На рис. 1 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 INMOM.
1950 1960 1970 1980 1990 2000 1955 1965 1975 1985 1995 2005
Год
Рис. 2. Вариации результирующего потока тепла между Атлантикой и атмосферой (Вт/м2) по результатам
модельных расчетов по ШМОМ за период 1948—2009 гг.
в полосе 30°—60°с.ш. в Северной Атлантике.
Интенсивность АТХЦ (рис. 1) характеризуется значительными долгопериодными колебаниями, сопровождаемыми аномалиями температуры поверхности океана (ТПО) в Северной Атлантике (Гусев, Дианский, 2014). Значительный рост интенсивности АТХЦ, начавшийся с середины 1970-х годов, сменился на заметное ее падение с конца 1990-х годов, которое проявляется также и для эволюции МПТ. Изменение этих величин согласуется с ходом температуры поверхности океана (ТПО) в эти годы, проявляющимся в индексе АМО. Такой ход индексов АТХЦ и АМО может объясняться тем, что при росте приповерхностной температуры и осадков в субарктических широтах здесь должно происходить снижение солености и плотности приповерхностного слоя. Этому же способствуют и вынос более пресных вод из Арктического бассейна за счет таяния морских льдов и увеличение речного стока в Арктический бассейн (Гусев, Дианский, 2014). В результате должна увеличиться устойчивость верхнего слоя океана, приводящая к ослаблению высокоширотных конвективных процессов и, следовательно, интенсивности меридионального круговорота в Атлантике (с соответствующим изменением положения и ослаблением Северо-Атлантического течения как одной из составляющих АТХЦ). Это в свою очередь может существенно сказаться на региональных особенностях климата высоких и средних широт Северного полушария, в частности ледового режима западной Арктики. Заметим, что характер изменчивости АТХЦ (ее интенсификация в последние десятилетия ХХ в.) мог способствовать стремительному потеплению в западном секторе Арктики. Величина индекса АТХЦ колеблется от 15 до 21 Свердрупов (Св), составляя в среднем около 18 Св, что хорошо согла-
суется с оценками по данным наблюдений и зарубежными модельными расчетами.
Важным фактором клима
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.