CC BY
300
УДК 551.58 (268.52)
С.Л. Дженюк
Мурманский морской биологический институт КНЦ РАН, Мурманск, Россия
КЛИМАТООБРАЗУЮЩИЕ ФАКТОРЫ И КЛИМАТИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ЗЕМЛИ ФРАНЦА-ИОСИФА
Аннотация
Рассмотрены факторы, формирующие климат арх. Земля Франца-Иосифа: широтное положение, влияние атлантических водных масс, рельеф и наземное оледенение. Дана оценка информационной базы по климату, включающей ряды наблюдений метеорологических станций, результаты анализа и картирования климатических данных. Приведены наиболее значимые климатические показатели, и показаны особенности их пространственно-временного распределения. Сделаны выводы о достоверности климатических оценок и их практической значимости.
S.L. Dzhenyuk
Murmansk Marine Biological Institute KSC RAS, Murmansk, Russia
CLIMATE-FORMING FACTORS AND CLIMATIC SPECIFIC FEATURES OF THE FRANZ-JOSEF LAND REGION
Abstract
This article examines factors determining climatic conditions of the Franz-Josef Land Archipelago: latitudinal position, influence of Atlantic water masses, relief and land glaciation. Then it estimates a database on climate which includes time-series of observations from meteorological stations, results of data analysis and maps of climatic data. It also analyzes the most important climatic indices and features of their spatial and temporal distribution. The article ends with conclusions on the reliability of climatic assessments and their practical importance.
Введение. Актуальность специализированных исследований и подробных описаний климата Земли Франца-Иосифа (ЗФИ) не очевидна. Влияние ЗФИ на климатическую систему Северного Ледовитого океана невелико по сравнению с такими массивами суши, как Шпицберген и Новая Земля, в силу небольшой площади, расчлененности морскими проливами и отсутствия протяженных горных барьеров. Здесь нет ярко выраженных отклонений от широтной зональности, характерных для других районов Арктики. Ресурсный потенциал ЗФИ невелик по сравнению с другими участками шельфа и побережий Западной Арктики.
Вместе с тем климатическая характеристика ЗФИ представляет интерес как пример формирования метеорологического режима под действием разнонаправленных и разномасштабных внешних факторов. Рельеф и микроклимат играют ведущую роль в формировании почвенного покрова, растительных сообществ и экологических ниш для наземной и морской фауны. Поэтому для таких географических объектов следует не ограничиваться традиционными метеорологическими описаниями (в которых
61
к настоящему времени нет недостатка), а оценивать качество данных с учетом положения метеорологических станций, продолжительности рядов и современных климатических трендов.
Климатообразующие факторы. Архипелаг Земля Франца-Иосифа расположен на северо-западной окраине арктического шельфа Евразии и полностью относится к полярно-арктической географической зоне (Северный ..., 1985). По этим признакам его аналогами могут служить о. СевероВосточная Земля арх. Шпицберген и арх. Северная Земля, тогда как другие острова Шпицбергена и Новая Земля находятся за ее пределами.
Климат ЗФИ определяется совокупностью факторов, которые могут быть ранжированы в следующем порядке.
1. Высокоширотное положение в пределах пояса 80-82° с. ш. Острова ЗФИ - самые северные участки суши в евразийском секторе Арктики. Полярная ночь здесь длится более 120 сут., полярный день - около 140. Высота Солнца на протяжении всего светлого периода не превышает 33о. Следствием этого является низкий приток солнечной радиации (тем не менее, благодаря стабильно высокой теплоотдаче водной толщи Арктического бассейна и Баренцева моря радиационный баланс в годовом осреднении близок к нулю).
2. Относительная близость к субарктическому климатическому поясу, который охватывает незамерзающую юго-западную часть Баренцева моря и акваторию Норвежско-Гренландского бассейна к югу от Шпицбергена. Для ЗФИ характерна высокая, по сравнению с районами Арктики, лежащими к востоку на тех же широтах, повторяемость циклонов и атмосферных фронтов.
3. Отепляющее воздействие подповерхностных атлантических вод, распространяющихся с запада вдоль континентального склона и проникающих в Баренцево море по подводным желобам, к системе которых могут быть отнесены и глубокие (до 600 м) проливы между островами ЗФИ.
4. Рельеф и характер подстилающей поверхности. Архипелаг невелик по площади и сильно расчленен морскими проливами, поэтому закономерных изменений метеорологических параметров от периферии к центру здесь нет, тогда как микроклиматические различия (по режиму ветра, осадков, снежного покрова) могут быть заметными. Контрасты рельефа по сравнению с другими архипелагами Западной Арктики здесь невелики (высоты островов достигают 500-600 м, максимальная высотная отметка - 620 м на о. Винер-Нейштадт). Однако при средней температуре летних месяцев, близкой к 0 оС, даже такие небольшие различия могут разграничивать условия побережья, при которых возможна вегетация, и климат “вечного мороза” на возвышенностях (Советская ., 1970).
Все большие и средние острова покрыты ледяными куполами с выводными ледниками. Свободны от льда только небольшие участки прибрежных равнин. Площадь оледенения составляет 85 % общей площади архипелага. Если учесть, что прибрежные участки и морские проливы освобождаются от снега и льда только на 2-3 мес. в году (как правило,
62
не полностью), альбедо подстилающей поверхности составляет 70-90 %, где верхний предел характерен для свежевыпавшего снега, а нижний -для паковых льдов. Альбедо открытой воды близко к 10 %, поэтому в условиях современного сокращения площади арктических льдов прибрежная зона ЗФИ может внести некоторый дополнительный вклад в “потепление Арктики”.
Информационная база. Однородность климатообразующих факторов позволяет выполнять описания климата ЗФИ и прилегающей акватории на основе данных наземных гидрометеорологических станций (ГМС). Попутные судовые наблюдения, которыми освещаются открытые морские акватории, в районе ЗФИ крайне малочисленны и проводились только в очень короткие навигационные периоды. Поэтому все данные морских метеорологических карт для этого района представляют собой результаты экстраполяции наземных наблюдений или экспертных оценок.
В разное время на островах ЗФИ работали четыре ГМС, данные которых приходятся на разные и частично перекрывающиеся периоды: бухта Тихая на о. Гукера (1929-1960 гг.), о. Рудольфа (1947-1995 гг.), о. Хейса, она же - обсерватория им. Э.Т. Кренкеля (1957 г.-настоящее время), Нагурская (1962-1992 гг.). Положение станций показано на рисунке. Очевидно, что они в разной степени испытывают влияние рельефа и морфометрии береговой линии. Бухта Тихая и о. Хейса представляют собой закрытые участки со сложной морфометрией, нарушающей однородность полей ветра и облачности. Нагурская и о. Рудольфа открыты со всех направлений, кроме юго-восточного, и более репрезентативны для прибрежной акватории. При этом ГМС о. Рудольфа находится вблизи высокого (461 м) покровного ледника, тогда как Нагурская - на низком и свободном от льда перешейке, в 10-15 км от ближайших ледников. Ее период наблюдений близок к эталонному 30-летию, для которого была характерна климатическая стабильность в Арктике.
Пункты метеорологических наблюдений на ЗФИ:
1 - бухта Тихая; 2 - о. Рудольфа; 3 - о. Хейса; 4 - Нагурская
63
В обширной литературе по климату Арктики острова ЗФИ редко выделяются как самостоятельный объект описания. В монографии (Советская ..., 1970) ей посвящен большой географический очерк, включающий климатическую характеристику. Сведения об основных климатических параметрах архипелага приведены выше по нескольким пунктам, однако без указания периодов наблюдений. В монографии (Среда ..., 1994) есть небольшой климатический раздел, в котором преимущественное внимание уделено атмосферным процессам, формирующим климат островов. Более подробное описание метеорологических условий с использованием данных всех ГМС представлено в недавно изданной монографии (Земля ..., 2013), однако многие показатели приведены выборочно, что затрудняет их сопоставление и анализ. Так, например, климатические розы ветров построены по данным ГМС Нагурская и о. Рудольфа для января и июля, а на о. Хейса - в годовом осреднении.
В “Атласе Арктики” (1985) содержится большой объем информации, необходимой для научного анализа (показателям солнечной радиации и радиационного баланса, макросиноптическим процессам и их связи с метеорологическими аномалиями), и вместе с тем собственно климатические данные не во всех случаях приведены с достаточным разрешением. В частности, розы ветров и сведения об их средней скорости для ЗФИ не показаны вообще. Данные о приземной температуре воздуха и других метеорологических элементах приведены только для центральных месяцев - января и июля.
В научно-справочных пособиях по гидрометеорологическому режиму Баренцева моря (Гидрометеорологические ..., 1985; Гидрометеорология ..., 1990) климат северной части моря освещен по данным ГМС Нагурская, для описания режима ветра использованы также данные ГМС бухта Тихая.
В целом упомянутые выше источники позволяют получить характеристику климата за период его относительной стабильности с конца 1930-х до начала 1980-х гг., достаточно полную для практических целей и теоретического анализа условий среды (далее мы будем повторно ссылаться на эти источники только при необходимости пояснений или комментариев к опубликованным данным).
Общая характеристика климата. Рассмотрим основные метеорологические характеристики в последовательности, принятой в климатических описаниях.
Приземное давление. Сезонные изменения среднемесячных величин давления на ЗФИ незначительны (от 1008 мб в январе до 1012 мб в июле), но за ними кроются значительные различия в пространственных распределениях. Зимой архипелаг находится на границе областей циклогенеза (менее 1000 мб в районе Исландского минимума) и периферии Сибирского антициклона (свыше 1025 мб над материком). Летом осредненное поле давления над всей Арктикой выравнивается. Это является следствием как общего снижения циклонической активности, так и более равномерного распределения траекторий циклонов над Баренцевым морем и Арктическим бассейном.
64
Температура воздуха. Основные закономерности режима температуры показаны в таблице.
Статистические характеристики температуры воздуха (оС) по ст. Нагурская (Гидрометеорологические 1985; Гидрометеорология 1990)
Месяц Т Т а Tmax Tmin с
Январь -24.0 2 -45 5.6
Февраль -23.5 1 -50 6.0
Март -23.7 0 -50 5.9
Апрель -18.1 1 -41 3.5
Май -9.4 4 -28 2.1
Июнь -1.8 10 -13 0.6
Июль 0.9 13 -4 0.4
Август 0.2 13 -7 0.7
Сентябрь -3.8 9 -22 1.8
Октябрь -11.9 6 -36 3.3
Ноябрь -18.1 4 -44 5.7
Декабрь -21.5 2 -45 4.9
Год -18.8 13 -50 1.7
ПРИМЕЧАНИЕ. Та - экстремум; Tmax, Tmin - максимальные и минимальные температуры воздуха; с - среднее квадратическое отклонение.
Наиболее примечательными особенностями годового хода температуры воздуха являются выравненность средних месячных температур с декабря по март и значительные изменения с от зимы к лету. Для арктических островов характерны “безъядерные” (с отсутствием отчетливо выраженного минимума в годовом ходе) и “теплоядерные” (с аномально повышенной температурой в один из месяцев) зимы. Как показано в работе (Гидрометеорология ..., 1990), вероятность теплоядерной зимы на севере Баренцева моря достигает 80 %, на ГМС Нагурская она равна 65 %.
Данный феномен объясняют аномалиями атмосферной циркуляции, создающими продолжительные затоки тепла в те или иные зимние месяцы (О природе ..., 2014). Это выражается и в исключительно высокой межгодовой изменчивости среднемесячных зимних температур по сравнению с летними. Так, при отклонении 2 с, что в грубом приближении можно приравнять к повторяемости аномалий противоположных знаков 1 раз в 40 лет; условия теплой зимы в отдельные месяцы приближаются к климату Центральной России, а суровой - удаленных от побережий районов Якутии. В летние месяцы изменчивость среднемесячных значений выглядит пренебрежимо малой по сравнению с зимней. Важным следствием этого является практически гарантированный переход температуры через 0 оС в июле с большой вероятностью его сохранения в августе.
Данные о сезонном ходе средней, максимальной и минимальной температуре на о. Хейса, приведенные в монографии (Земля ..., 2013), свидетельствуют об отсутствии закономерных различий между побережьем
65
океана и внутренней областью ЗФИ. Абсолютные минимумы на о. Хейса несколько выше (-46 оС), но это может быть следствием выборочной изменчивости экстремумов.
Ветер. Арктические острова отличаются от материковых побережий повышенными средними скоростями ветра и слабее выраженным их годовым ходом. Так, на ГМС Нагурская при среднегодовой скорости ветра 5.8 м/с максимум в годовом ходе приходится на февраль (6.7 м/с), а размытый минимум - на июнь-август (от 5.2 до 5.3 м/с). Розы ветров почти симметричны как при годовом осреднении, так и по сезонам. Только летом выявляется преобладание ветров в секторе от Ю до СЗ, на эти направления приходится около 65 % случаев. В течение всего года южные ветры резко преобладают над ветрами смежных румбов (ЮЗ и ЮВ), что можно объяснить либо микроклиматическими особенностями станции, либо сложившейся практикой наблюдений. Сопоставления с данными других станций не могут быть вполне корректными из -за различий в периодах наблюдений. Тем не менее, можно отметить, что расхождения по средним скоростям ветра невелики и не носят закономерного характера, тогда как розы ветров могут существенно различаться. Так, в бухте Тихая в течение всего года преобладают ветры С, СВ, В, ЮВ (в январе более 75 % случаев). Это свидетельствует об относительной равномерности атмосферных переносов (отсутствии ярко выраженных типовых траекторий циклонов) и значении рельефа для формирования розы ветров.
Оценки максимальных скоростей ветра редкой повторяемости могут существенно различаться в зависимости от методов измерений. Так, по более ранним данным ГМС бухта Тихая (флюгер) получены расчетные годовые экстремумы от 32 (1 раз в год) до 45 (1 раз в 50 лет) м/с (Гидрометеорологические ..., 1985). В работе (Гидрометеорология .., 1990), где использованы данные анемометрических или приведенных к ним наблюдений, экстремумы той же повторяемости в районе ЗФИ составляют от 22 до 28 м/с для средней скорости ветра и от 35 до 40 м/с - для максимальных порывов.
Повторяемость слабых ветров (< 5 м/с) в районе ЗФИ составляет осенью и зимой 40-45 %, летом достигает 70 %, в среднем за год - около 55 %. Этому несколько противоречит статистика штилей в бухте Тихая: по данным работы (Гидрометеорологические ..., 1985) их повторяемость убывает от 7.6 % в январе до 4.2 % в июле. Возможно, это объясняется спецификой визуальных наблюдений, при которых различия между полным штилем и слабым ветром в темное время года менее заметны.
Влажность воздуха. Для ЗФИ, как и для всей Арктики, характерны низкие значения абсолютной влажности, измеряемой в единицах парциального давления водяного пара, и высокие - относительной. То и другое объясняется низкой температурой воздуха на протяжении всего года. В годовом ходе абсолютная влажность изменяется от 0.6-1.0 мб в зимние месяцы до 6 мб в июле, относительная - от 84-86 % в январе до 90-93 % в июле-августе. Пониженная относительная влажность зимой объясняет-
66
ся различием процессов конденсации в формах воды и льда. При пересчете данных по отношению к льду зимние значения приближаются к 100 % (Атлас ..., 1985).
Осадки и снежный покров. Годовые суммы осадков, почти исключительно твердых, составляют 250-300 мм, что существенно ниже, чем на юге Баренцева моря, и не намного выше, чем в Арктическом бассейне. Годовой ход выражен слабо, месячные суммы зимой и летом близки к 25 мм. Как правило, интенсивность осадков низка, обильные осадки (свыше 10 мм/сут.) наблюдаются реже 1 раза в год. С этим связано и относительно большое количество дней с осадками - 12-15 как в зимние, так и в летние месяцы.
Формирование снежного покрова регулируется рельефом. На ровных участках его средняя мощность в прибрежной зоне близка к 0.5 м, на высоких плато достигает 1.5 м. При этом он может полностью отсутствовать на открытых возвышенностях и накапливаться в понижениях, образуя снежники-перелетки. Устойчивый снежный покров на равнинных участках формируется во второй декаде сентября, разрушается к началу июля (Советская ..., 1970).
Облачность. Средний годовой балл общей облачности составляет 7.5-8.0, нижней - 5.5-6.0. Летом и осенью эти показатели сближаются, тогда как зимой и весной доля нижней облачности составляет менее 50 %. Максимальная повторяемость общей и нижней облачности приходится на теплое время года, с июня по сентябрь общая облачность близка к 9 баллам, нижняя - к 8 баллам. В январе и феврале эти показатели снижаются соответственно до 5-6 и 3-4 баллов.
Природные условия островов более наглядно характеризуются числом ясных и пасмурных дней (в первом случае средний балл за сутки менее 2, во втором - более 8). Для ЗФИ характерно резкое преобладание пасмурной погоды: в среднем более 200 дней в году, тогда как ясных дней насчитывается менее 30. Оба показателя отличаются сильной межсезонной изменчивостью: в январе-феврале в среднем насчитывается 4-6 ясных и 9-10 пасмурных дней, в каждый из летних месяцев - не более одного ясного дня при 24-26 пасмурных.
Туманы и ограниченная видимость. Для арктических морей характерны туманы испарения, которые образуются в холодном воздухе над открытой морской поверхностью, и адвективные туманы охлаждения, возникающие при адвекции теплого воздуха на холодную подстилающую поверхность. Условия, способствующие образованию туманов, складываются преимущественно в летние месяцы, поэтому количество дней с туманом резко возрастает от зимы к лету. В январе и феврале туманы в среднем наблюдаются не более 1 дня, в июле и августе - по 16 дней, при максимуме соответственно в январе и феврале по 3, в июле и августе - соответственно 27 и 26 дней. Суммарная продолжительность, выраженная в часах, составляет в январе и феврале от 2 до 3, в июле и августе - 70-90 ч (это означает, что летом туманы образуются часто, но длятся недолго).
67
Понижение видимости, помимо тумана, может быть вызвано другими факторами, среди которых для ЗФИ наиболее важны метели. Они возможны в любом месяце года, но в июле и августе их суммарная продолжительность в среднем составляет по 2 ч в месяц, в феврале - 170 ч. Суммарная годовая продолжительность превышает 1100 ч, что почти в 4 раза больше числа дней с туманом. Следует отметить, что в условиях сильно расчлененного рельефа ЗФИ статистические параметры туманов, метелей, как и ряда других метеорологических элементов, могут значительно различаться даже на небольших расстояниях.
Климатические тенденции и достоверность их оценок. В многочисленных публикациях по изменениям климата Арктики ЗФИ не выделяется как объект самостоятельного анализа. Некоторые оценки вековой изменчивости температуры воздуха и осадков в контексте исследования колебаний ледового режима Баренцева моря приведены в работе (Зубакин, Бузин, 2009). Показано, что в период климатической стабильности (между “потеплениями Арктики” в первой половине XX и начале XXI веков) тренд среднегодовой температуры был отрицательным, причем наибольшее понижение пришлось на месяцы холодного полугодия с октября по февраль. Отмечено статистически значимое уменьшение годовых сумм осадков, что может сказаться на состоянии наземного оледенения и морского ледового покрова.
Вместе с тем, как свидетельствуют примеры выделения линейных трендов, приведенные в данной работе, результат, иногда вплоть до смены знака, существенно зависит от выбора периода оценки. Многолетние изменения гидрометеорологических параметров в регионе Баренцева моря могут быть интерпретированы как линейные тренды проявления климатической цикличности или однократные смещения климатических норм (Дженюк, 2012).
Современное потепление Арктики, которое наблюдается на фоне глобальной тенденции к потеплению (Изменения ..., 2010), отмечено и на ЗФИ (Земля ..., 2013; О природе ..., 2014). Однако продолжительность периода потепления (15-20 лет) еще недостаточна для того, чтобы принять его в качестве базового для расчета новых климатических норм. С начала 2010-х гг. в Северном полушарии отмечен ряд аномальных явлений противоположных знаков: жаркое лето 2011 г. на европейской территории России, холодные зимы на юге Европы в 2012 г. и в Северной Америке в 2014 г., усиление штормовой активности в Европе и на Дальнем Востоке, беспрецедентные наводнения на Северном Кавказе в 2012 г. и в бассейне Амура в 2013 г. При всей разномасштабности этих процессов и неочевидности связей между ними они свидетельствуют о смещениях климатических норм и требуют выработки новых подходов к оценкам экстремумов с учетом нестационарности временных рядов.
Заключение. Информационная база по климату ЗФИ достаточна и даже избыточна для любых практических задач, возникающих в настоящем и обозримом будущем. Погодные условия архипелага настолько неблагоприятны для жизнедеятельности и хозяйственной деятельности, что уточнение и детализация оценок тех или иных параметров едва ли повлияют на принятие каких-либо управленческих решений. Тенденция к потеплению,
68
даже сильная и устойчивая, практически не меняет зимние типы погоды и лишь незначительно смягчает условия короткого лета. Изменчивость других метеорологических параметров (ветра, видимости, осадков) не может быть охвачена даже густой сетью пунктов стационарных наблюдений, и в тех случаях, когда ее учет необходим (например, для авиации), должны быть организованы продолжительные наблюдения и проведены модельные расчеты. Важно и то, что имеющиеся климатические данные по ЗФИ хорошо согласованы между собой и не противоречат всем известным закономерностям климата Арктики.
Л и т е р а т у р а
Атлас Арктики. М.: ГУГК, 1985. 204 с.
Гидрометеорологические условия шельфовой зоны морей СССР. Т. 6. Баренцево море. Вып. 1, 2 / Под ред. Б.Х. Глуховского и др. Л.: Гидрометеоиздат, 1985. 264 с.
Гидрометеорология и гидрохимия морей СССР. Т. 1. Баренцево море. Вып. 1. Гидрометеорологические условия / Под ред. Ф.С. Терзиева и др. Л.: Гидрометеоиздат, 1990. 280 с.
Дженюк С.Л. К оценке океанологической изученности Баренцева и Белого морей // Вестн. МГТУ. 2012. Т. 15, № 4. С. 739-748.
Земля Франца-Иосифа / Под ред. В.П. Боярского. М.: Paulsen, 2013. 680 с.
Зубакин Г.К., Бузин И.В. Характеристика многолетних изменений параметров климатической системы Баренцева моря и возможный механизм ее развития // Тр. ААНИИ. 2009. Т. 450. С. 59-80.
Изменения климата в морской Арктике в начале XXI века / Г.В. Алексеев, В.Ф. Захаров, А.В. Пнюшков, А.А. Балакин // Проблемы Арктики и Антарктики. 2010. № 3 (86). С. 22-34.
О природе крупных гидрометеорологических аномалий в арктических и южных морях России / Г.Г. Матишов, С.Л. Дженюк, Д.В. Моисеев, А.П. Жичкин // Изв. РАН. Сер. геогр. 2014. № 1. С. 36-46.
Северный Ледовитый и Южный океаны. Л.: Наука, 1985. 501 с. (Сер. География Мирового океана).
Советская Арктика. М.: Наука, 1970. 526 с.
Среда обитания и экосистемы Земли Франца-Иосифа (архипелаг и шельф). Апатиты: Изд. КНЦ РАН, 1994. 256 с.
УДК 551.465
Г.Г. Матишов, Д.В. Моисеев
Мурманский морской биологический институт КНЦ РАН, Мурманск, Россия
ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕРМОХАЛИННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ВОД В РАЙОНЕ ЗЕМЛИ ФРАНЦА-ИОСИФА
Аннотация
На основании литературных и экспедиционных данных представлены изученность и описание термохалинных условий в районе Земли Франца-Иосифа. Показано, что наименее изученной частью являются проливы внутри архипелага. Выявлены основные типы водных масс в летний период.
69
