28 Апр

НИЗКОЧАСТОТНАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ ЛЕДОВОВИТОСТИ И ТЕРМОХАЛИННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК БАРЕНЦЕВА МОРЯ И ЕЕ СВЯЗЬ С СЕВЕРОАТЛАН-ТИЧЕСКИМ КОЛЕБАНИЕМ И АТЛАНТИЧЕСКОЙ МУЛЬТИДЕКАДНОЙ ОСЦИЛ-ЛЯЦИЕЙ




Номер части:
Оглавление
Содержание
Журнал
Выходные данные


Науки и перечень статей вошедших в журнал:

Введение. Исследование низкочастотной изменчивости ледовитости и термохалинных характеристик морей Арктики, одним из которых является Баренцево море, имеет важное научное и прикладное значение [2, 4, 5, 14 – 17, 21, 23 – 25]. В работах [23 – 25] на основе модельных расчетов показано, что район Арктики особенно уязвим с точки зрения возможного будущего потепления климата. Вместе с тем в работе [1] сделан вывод, что не одна из моделей современного поколения не дает точной картины климатических изменений в Арктике. Накопленные на сегодняшний день массивы данных контактных и спутниковых наблюдений позволяют дать более точные оценки низкочастотной изменчивости ледовитости и термохалинных характеристик Баренцева моря.

 Ледово-термический режим Баренцева моря на межгодовом и междесятилетнем масштабах может определяться несколькими процессами: 1) адвективными переносами массы и тепла в океане, особенно из-за смещения теплых струй течений в Северной Атлантике [8, 16, 19, 21]; 2) потоками тепла на поверхности океан-атмосфера [14]; 3) крупномасштабным атмосферным воздействием Северной Атлантики [6, 10, 13, 15, 19]. В настоящей работе будут исследоваться две причины изменений ледовитости и термохалинных характеристик Баренцева моря – крупномасштабное атмосферное воздействие и влияние адвективных тепломассопереносов Северной Атлантики.

Североатлантическое колебание, характеризующееся особенностями изменения поля давления в средних и высоких широтах Северной Атлантики, является значимым глобальным климатическим сигналом на межгодовых и междесятилетних масштабах во всем Северном полушарии, включая регион Арктического бассейна [6, 10, 12, 15]. Мультидекадная мода САК, является характеристикой Атлантической мультидекадной осцилляции, которая является одной из главных эмпирических мод. Она выделяется по глобальным данным о температуре поверхности океана и характеризуется изменчивостью  ~ 60 лет. Ее максимальная амплитуда отмечается в регионе Северной Атлантики [12].

Цель работы: исследовать низкочастотную изменчивость ледовитости и термохалинных характеристик Баренцева моря на основе данных контактных наблюдений и установить связь этих изменений с САК и АМО.

Материалы и методы. В настоящей работе для анализа низкочастотных колебаний температуры и солености в 200 метровом слое Баренцева моря используются среднегодовые данные стандартного гидрологического разреза «Кольский меридиан» (по меридиану 33°30’ в. д. от Кольского залива на север до 75° с. ш.) за 1951 – 2014 гг., предоставленных в свободном доступе институтом ПИНРО [11]. Качество данных подробно описано в [4].

В качестве характеристики Североатлантического колебания использовался его индекс САК, взятый из [20]. В работе проводился совместный анализ среднегодовых рядов солености и температуры Баренцева моря на разрезе «Кольский меридиан» и индекса САК, а также выделенных по этим рядам полиномиальных трендов 5-го порядка с оценкой значимости полученных результатов.

Низкочастотная изменчивость ледовитости Баренцева моря за 1900 – 2014 гг., под которой понимают отношение площади покрытой льдом ко всей площади моря [9], анализировалась по данным [2, 3, 9]. Путем анализа выделенных полиномиальных трендов 5-го порядка исследовалась междесятилетняя изменчивость ледовитости Баренцева моря и индекса АМО, взятого из [18]. Для получения достоверных оценок низкочастотной изменчивости этих характеристик проводилась оценка значимости выделенных трендов.

Результаты. На рис. 1 представлена межгодовая изменчивость температуры и солености Баренцева моря, а также индекса САК за 1951 – 2014 гг. Из рис. 1 а видно, что в 50-е – 80-е гг. температура и соленость в районе Мурманского течения Баренцева моря уменьшалась, начиная с 90-х гг., наблюдается их рост.

Сравнение полиномиальных трендов полученных термохалинных характеристик Баренцева моря (рис. 1 а) и индекса САК (рис. 1 б) на междесятилетнем масштабе показывает, что они изменяются в противофазе. Таким образом, при увеличении индекса САК в 60-е – 90-е гг., происходит интенсификация зональной атмосферной циркуляции, что сопровождается с задержкой по времени смещением в южном направлении Северного субтропического антициклонического круговорота (ССАК) в Северной Атлантике и сужением его в меридиональном направлении [7]. Это соответственно приводит к уменьшению поступления теплых вод из Северной Атлантики в Арктику и как следствие – понижению температуры и солености в Баренцевом море. Поэтому, ледовитость Баренцева моря в этот период увеличивалась (рис. 2 а).

Рисунок 1. Межгодовая изменчивость температуры (а) и солености (б) в слое 0200 м на разрезе «Кольский меридиан» в Баренцевом море и индекса САК (в)

Начиная с 90-х гг. XX в. САК уменьшается, вместе с этим происходит ослабление зональной ветровой циркуляции, и поток теплых воздушных масс поступает на территорию Арктического бассейна. Из-за смещения ССАК на север и увеличения его в меридиональном направлении в 90-е гг. по настоящее время происходит поступление теплых высокосоленых вод в Арктику из Северной Атлантики [7, 8], что приводит к повышению температуры и солености вод в Баренцевом море и уменьшению его ледовитости (рис. 2 а). Это согласуется с результатами работ, основанных на спутниковых данных, указывающих на уменьшение толщины льда в Арктике и сокращение площади многолетнего льда в последние десятилетия. За период 2005 – 2008 гг. площадь многолетних льдов сократилась на ~40 %, а потеря составила ~6000 км3 [22]. Результаты настоящей работы, а также [8] свидетельствуют о близком завершении теплой фазы климатических колебаний и возвращении функционирования экосистемы Баренцева моря к среднему многолетнему состоянию. Дальнейшие изменения климатической системы также будут носить циклический характер с характерным периодом ~60 лет.

Рисунок 2. Межгодовая изменчивость ледовитости Баренцева моря (а) и АМО (б). Сплошная линия – полином 5-го порядка, пунктирная линия – линейный тренд

На рис. 2 видно, что ледовитость имеет характерный период изменчивости, соответствующий АМО ~60 лет. При этом их характеристики изменяются в противофазе. В 60-е – 90-е гг. XX в. АМО уменьшалась, ледовитость – увеличивалась. В 10-е – 50-е гг. и 90-е гг. по настоящее время обнаруживается противоположная тенденция. Анализ значимых линейных трендов (достоверность аппроксимации R2 = 0,4) многолетних рядов ледовитости и индекса АМО за 1900 – 2014 гг. подтверждает, что с ростом АМО и, соответственно, увеличением поверхностной температуры Северной Атлантики, ледовитость в Баренцевом море уменьшается. Отрицательную тенденцию ледовитости Баренцева моря также подтверждают результаты, полученные с помощью современных глобальных климатических моделей в рамках проекта CMIP5 [5, 17, 24].

Выводы. По многолетним данным контактных наблюдений за 1951 – 2014гг. исследовалась изменчивость термохалинных характеристик Баренцева моря на межгодовых и междесятилетних масштабах. Получено, что в 50-е –   80-е гг. XX в. температура и соленость в районе Мурманского течения Баренцева моря уменьшалась, начиная с 90-х гг., наблюдается их рост.

Выявлено, что при увеличении индекса САК в 60-е – 90-е гг. XX в., происходило сокращение поступления теплых вод из Северной Атлантики в Арктику и как следствие – уменьшение температуры и солености вод Баренцева моря и увеличение его ледовитости. В 90-е гг. XX в. по настоящее время наблюдаются противоположные тенденции.

На основе анализа многолетних рядов данных за период 1900 – 2014 гг. получено, что ледовитость Баренцева моря и АМО изменяются в противофазе с характерным периодом ~60 лет. За указанный период выявлена значимая долговременная положительная тенденция индекса АМО и отрицательная тенденция ледовитости Баренцева моря.

Список литературы:

  1. Алексеев Г.В., Пнюшков В., Иванов Н.Е., и др. Комплексная оценка климатических изменений в морской Арктике с использованием данных МПГ 2007/08 // Проблемы Арктики и Антарктики. – 2009. – №1 (81). – С. 7–14.
  2. Воробьев В.Н., Косенко А.В., Смирнов Н.П. Многолетняя динамика ледового покрова морей западного сектора Арктики и ее связь с циркуляцией атмосферы и океана в Североатлантическом регионе // Изв. РГО, – 2010. – Т.142, Вып. 6. – С. 52–59.
  3. Жичкин А.П. Динамика межгодовых и сезонных аномалий ледовитости Баренцева и Карского морей // Вестник Кольского научного центра РАН – 2015 (20), №1. – С. 55 – 64.
  4. Карсаков А.Л. Океанографические исследования на разрезе «Кольский меридиан» в Баренцевом море за период 1900–2008 гг. – Мурманск: Изд-во ПИНРО, 2009. – 139 с.
  5. Котляков В. М., Глазовский А. Ф., Фролов И. Е. Оледенение в Арктике. Причины и следствия глобальных изменений // Вестник Российской академии наук. – 2010. – Т. 80. – №. 3. – С. 225–234.
  6. Крашенинникова М. А., Крашенинникова С. Б. Изменчивость ледово-термических характеристик Баренцева моря и ее связь с солнечной активностью и Североатлантическим колебанием // Международный научный институт «Educatio» (Науки о Земле) – №3(10). – 2015. – С. 96–99.
  7. Крашенинникова С. Б., Полонский А. Б. Низкочастотная изменчивость меридиональных переносов тепла в Атлантике // Системы контроля окружающей среды. – 2015. – Вып. 1 (21). – С. 52–57.
  8. Матишов Г. Г. Дженюк С. Л., Денисов В. В. и др. Учет вековой динамики климата Баренцева моря при планировании морской деятельности // Труды Кольского научного центра РАН. – 2013. – № 1(14). – С. 50–66.
  9. Матишов Г.Г., Дженюк С.Л. Арктика Морская хозяйственная деятельность в российской Арктике в условиях современных климатических изменений// Экология и экономика – 2012. – №1 (5) – С. 26–37.
  10. Нестеров Е. С. Североатлантическое колебание: атмосфера и океан. – М.: Триада ЛТД. – 2013.– 144 с.
  11. ПИНРО http://www.pinro.ru
  12. Полонский А. Б. Роль океана в изменениях климата. – К.: Наукова думка, 2008. – 183 с.
  13. Сарафанов А. А., Cоков А. В., Фалина А. C. Потепление и осолонение лабрадорской водной массы и глубинных вод в Субполярной Северной Атлантике на 60° сш в 1997–2006 гг. // Океанология. – 2009. – Т. 49. – №2. – C.209 – 221.
  14. Årthun M. et al. Quantifying the influence of Atlantic heat on Barents sea-ice variability and retreat // J. of Climate. – 2012. – V. 25, № 13. – С. 4736–
  15. Bochkov Yu. A., Antsiferov M.A., Karsakov A.L. Role of the North-Atlantic Oscillation in the Formation of marine climate in the Barents Sea//First International BASIS Research Conference, Doc.98/C.2. – St. Peterburg, – 1998. – 2 pp.
  16. Bersh M., Yashayaev , Koltermann K.P. Recent changes of the thermohaline circulation in the subpolar North Atlantic // Ocean Dynamics, 2007. – V. 57. – P.223–235.
  17. Comiso, J. C., Nishio F. Trends in the sea ice cover using enhanced and compatible AMSR-E, SSM/I, and SMMR data // J. Geophys. Res. Oceans, – 2008. – 113, С
  18. Enfield, D. B., Mestas-Nunez A. M., Trimble P. J. The Atlantic Multidecadal Oscillation and its relationship to rainfall and river flows in the continental S. – Geophys. Res. Lett., 2001, V.28, P. 2077–2080.
  19. Furevik, T. Annual and interannual variability of Atlantic Water temperatures in the Norwegian and Barents seas: 1980–1996 // Deep Sea Res., – – Part I, 48, – P. 383–404, doi:10.1016/S0967-0637(00)00050-9.
  20. Hurrel J.W. Decadal trends in the North Atlantic Oscillation: Regional temperatures and precipitation // Science. – 1995. – V. 269, № 5224. – P. 676–679.
  21. Klyashtorin L.B., Borisov V., Lyubushin A. Cyclic change of climate and major commercial stocks of the Barents Sea // Marine Biology Res., – – №5. – P.4 – 17.
  22. Kwok R., Cunningham G.F. Wensnahan M., et. al. Thinning and volume loss of Arctic sea ice: 2003–2008 // J. of Geophys. Res, – 2009. – V.114: doi:10.1029/2009JC005312.
  23. Overland J. E., Wang M., Salo S. The recent Arctic warm period // Tellus, – – 60. – P. 1–9.
  24. Stroeve J.C., Kattsov V., Barrett A., et. al. Trends in Arctic sea ice extent from CMIP5, CMIP3 and observations // Res. Lett., – 2012. – V.39, L16502, doi:10.1029/2012GL052676.
  25. Zhang, X., Sorteberg, J. Zhang R., et. al. Recent radical shifts of atmospheric circulation and rapid changes in Arctic climate system // Geophys. Res. Lett., – 2008. – V. 35, L22701, doi:10.1029/2008GL035607.
    НИЗКОЧАСТОТНАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ ЛЕДОВОВИТОСТИ И ТЕРМОХАЛИННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК БАРЕНЦЕВА МОРЯ И ЕЕ СВЯЗЬ С СЕВЕРОАТЛАН-ТИЧЕСКИМ КОЛЕБАНИЕМ И АТЛАНТИЧЕСКОЙ МУЛЬТИДЕКАДНОЙ ОСЦИЛ-ЛЯЦИЕЙ
    Проанализирована низкочастотная изменчивость ледовитости за 1900 – 2014 гг. и тер-мохалинных характеристик за 1951 – 2014 гг. Баренцева моря и установлена ее связь с изме-нениями Североатлантического колебания (САК) и Атлантической мультидекадной осцил-ляцией (АМО). Выявлено, что температура, соленость и ледовитость Баренцева моря изме-няются с типичным периодом ~60 лет, что соответствует периоду АМО, или мультидекадной моде САК.
    Written by: Крашенинникова Светлана Борисовна, Крашенинникова Марина Анатольевна
    Published by: БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА
    Date Published: 12/18/2016
    Edition: euroasia-science_28.04.2016_4(25)
    Available in: Ebook