CC BY
25
ШМШИШНШ
ПРИРОДНАЯ СРЕДА
УДК 551.465.7:[551.510.4:546.264-31](261.1) ББК 26.221.9
В.Н. Малинин, П.А. Вайновский
ИЗМЕНЧИВОСТЬ ОБМЕНА УГЛЕКИСЛЫМ ГАЗОМ МЕЖДУ ОКЕАНОМ И АТМОСФЕРОЙ В СЕВЕРНОЙ АТЛАНТИКЕ
Мировой океан поглощает углекислого газа больше, чем выделяет в атмосферу, т.е. он являет -ся стабилизатором парникового эффекта в климатической системе. Наиболее интенсивное поглощение СО2 отмечается в Норвежском, Гренландском морях и в море Лабрадор. Данная работа посвящена оценке межгодовой изменчивости результирующего потока СО через поверхность этих морей за период 1983-2016 гг. по данным базы (http://www.ldeo.columbia.edu/ res/pi/CO2/carbondioxide/pages/air_sea_ux_2009.html). Приводятся результаты пространственного распределения среднемноголетнего потока СО2, оценки статистических характеристик, в том числе трендов. Показано наличие сильных отрицательных трендов в Норвежском море и море Лабрадор, означающие усиление поглощения СО2 океаном. В Гренландском море отрицательные и положительные тренды компенсируют друг друга, вследствие чего результирующий тренд оказывается близким к нулю. Приводятся оценки вклада температуры воды и других гидрометеорологических параметров в изменчивость потоков СО2. Рассчитаны лаконичные регрессионные модели, которые позволяют с достаточной для практических целей точностью по внешним параметрам вычислять потоки СО2 для каждого моря.
Ключевые слова:
Гренландское море, море Лабрадор, межгодовая изменчивость, поток СО2 через морскую поверхность, Норвежское море, тренд, углеродный цикл.
Малинин В.Н., Вайновский П.А. Изменчивость обмена углекислым газом между океаном и атмосферой в Северной Атлантике // Общество. Среда. Развитие. - 2021, № 3 (DOI: 10.53115/19975996_2021_03). - С. 103-111.
© Малинин Валерий Николаевич - доктор географических наук, профессор, Российский государственный гидрометеорологический университет, Санкт-Петербург; e-mail: malinin@rshu.ru © Вайновский Павел Антонович - кандидат географических наук, старший научный сотрудник, ООО «Прогноз», Санкт-Петербург; e-mail: pv974@yandex.ru
Углеродный цикл занимает важнейшее место в понимании проблем, связанных с современным изменением климата, которое выражается в виде глобального потепления. Начиная с 1900 г. глобальная температура воздуха выросла на 1,2оС, причем за последние 40 лет - на 0,8оС. Называется много причин глобального потепления, которые можно свести в 3 основные группы [5].
1. Наиболее многочисленная группа исследований, в которых современные изменения климата объясняются антропогенным происхождением.
2. Вторая группа значительно малочис-леннее, в ней принимается, что глобального потепления как такового вообще не существует, а есть естественные циклы с фазами относительного потепления и похолодания.
3. Третья группа отражает «промежуточную» точку зрения, в соответствии с которой современное потепление климата обусловлено не только ростом концентрации парниковых газов, но и естественными факторами.
Главным идеологом антропогенного происхождения современного потепления является Межправительственная группа экспертов по измерению климата (МГЭИК), которая, по сути, определяет научную политику в области изучения климата за рубежом и с самого начала своего образования (1988 г.) заняла позицию преобладающего влияния СО2 на глобальное потепление. Последовательно раскручивая антропогенный маховик влияния на климат, в последнем на сегодняшний день Пятом отчёте
о
см со
CD Ci
О
эксперты МГЭИК [21] делают следующий вывод: ...в высшей степени вероятно (extremely likely, 95-100 %), что влияние человека является доминирующей причиной наблюдаемого потепления с середины XX столетия, т.е. полностью игнорируются естественные факторы, с чем нельзя согласиться.
Главная причина современного потепления по мнению экспертов МГЭИК - это усиление парникового эффекта (ПЭ) за счет экспоненциального роста выбросов в атмосферу СО2. Действительно, концентрация углекислого газа (CO2) в атмосфере увеличилась примерно с 277 частей на миллион (ppm) в 1750 г. [22], который обычно принимается за начало индустриальной эры, до 410 ррт в 2019 г. [18], т.е. возросла почти в 1,5 раза.
Антропогенными источниками роста СО2 в атмосфере являются сжигание ископаемого топлива и изменения в землепользовании. Естественными источниками (стоками) СО2 служат Мировой океан (МО) и биота суши (БС). При этом сток СО2 в МО и БС превышает эмиссию в атмосферу. В общем случае уравнение глобального баланса СО2 можно записать как
F + F
FOS LUC
_ G + с + с + в
ATM OCEAN LAND IM'
где члены уравнения слева означают эмиссию СО2 в атмосферу за счет сжигания
увеличилось в 2,5 раза, а поглощение био-той суши - в 3 раза. Некоторое повышение поглощения СО2 биотой суши обусловлено усилением процесса фотосинтеза. Из табл. 1 следует, что МО и БС ослабляют рост СО2 в атмосфере и соответственно служат стабилизаторами парникового эффекта в климатической системе.
Таблица 1
Изменчивость глобальных источников и стоков антропогенного СО2 для периода 1960-2019 гг. в млрд т С/год (ГтС/год) по данным [19]
топлива (Efos) и изменений в землепользовании (E ), а члены справа GA _ накопление СО в атмосфере, с и с -
2 OCEAN LAND
результирующий обмен СО2 с атмосферой Мирового океана и биотой суши, BIM _ суммарная невязка расчетов компонент баланса. Начиная с 2013 г. даются ежегодные подробные обзоры глобального углеродного баланса. Последний обзор датирован 2020 г. [19]. Относительно надежные оценки отдельных компонент баланса СО2 известны с 1960 г. В табл. 1 приводятся оценки глобальных источников и стоков СО2 для периода 1960-2019 гг. в млрд т С/год (ГтС/год) по данным [19].
Нетрудно видеть, что в 1960-е годы накопление СО2 в атмосфере при суммарной эмиссии равной 4,5 млрд т С/год составляло всего лишь 1,8 млрд т С/год. В дальнейшем за счет сжигания ископаемого топлива происходил быстрый рост содержания СО2 в атмосфере, вследствие чего оно увеличилось в 3 раза. При этом изменения в землепользовании остались практически на уровне 60-х годов. В связи с этим относительный рост
СО2 в атмосфере {GATM/(EFOS + ELUC)} повышался более медленными темпами. Одновременно с увеличением суммарной эмиссии происходило повышение поглощения СО2 океаном и биотой суши. За рассматри-
Источники 19601969 19701979 19801989 19901999 20002009 20082017 2019
Сжигание ископаемого топлива 3,0 4,7 5,4 6,3 7,7 9,4 9,7
Изменения в землепользовании 1,5 1,3 1,3 1,3 1,4 1,6 1,8
Суммарная эмиссия 4,5 5,9 6,7 7,6 9,1 10,9 11,5
Накопление в атмосфере 1,8 2.8 3,4 3,2 4,1 5,1 5,4
Поглощение океаном 1,0 1,3 1,7 2,0 2,1 2,5 2,6
Поглощение сушей 1,3 2,1 2,0 2,6 2,9 3,4 3,1
Невязка 0,5 -0,2 -0,4 -0,1 0 -0,1 0,3
ваемый период поглощение
СО
океаном
Однако главным парниковым газом является не СО2, а водяной пар, вклад которого в ПЭ вместе с облачностью достигает 75%, в то время как на долю СО2 приходится всего 20% и остальные 5% на другие парниковые газы [29]. Несмотря на это, по мнению экспертов МГЭИК, водяной пар не может оказывать никакого воздействия на глобальное потепление, ибо увеличение концентрации водяного пара является ключевым следствием, но не причиной процесса глобального потепления и, следовательно, полностью обусловлено положительной обратной связью между ними. И так как естественный водяной пар игнорируется, то следует учитывать только прямые выбросы водяного пара от антропогенной деятельности, которые дают пренебрежимо малый вклад в радиационный форсинг» [20].
С этими утверждениями трудно согласиться, поскольку полностью пренебрега-ется изменениями ВА за счет вариабельности вертикального влагообмена океана с атмосферой, которая особенно велика в низких широтах океана (циркуляционная ячейка Хедли) [8; 9]. Не соответствует также действительности декларирование наличия положительной обратной связи между температурой воздуха (ТВ) и влаго-
содержанием атмосферы (ВА), ибо учитывается только одностороннее влияние ТВ на ВА и не учитывается обратное влияние ВА на ТВ через парниковый эффект (ПЭ) [8; 9]. Кроме того, в ряде работ было показано:
- корректное разделение ПЭ на естественную и антропогенную компоненту в настоящее время невозможно, причем антропогенный вклад в ПЭ составляет лишь 4,6% от суммарного вклада в ПЭ МО и БС [8];
- безразмерный индекс тренда ВА (5,9%) почти в 2 раза выше аналогичного индекса тренда в ТВ (3,1%), причем повышение индекса тренда ВА идет более быстрыми темпами по сравнению с индексом тренда для ТВ [10, 25];
- при повышении ТВ на 1оС, ВА повышается на 8-11%, что не соответствует уравнению Клаузиуса-Клапейрона, в соответствии с которым при увеличении ТВ на 1оС ВА должно увеличиваться на 6-7% [8, 10];
- влагосодержание атмосферы является доминирующим фактором формирования максимальных значений ПЭ, которые отмечаются в зоне ВЗК [9];
- существует пространственная дифференциация меридионального распределения трендов в ТВ (максимальные тренды севернее 50о с.ш.) и во ВА (максимальные тренды в зоне ВЗК севернее экватора), что свидетельствует о разных механизмах роста указанных характеристик [8; 11].
Итак, влагосодержание атмосферы является значимым климатообразующим фактором и в значительной степени определяется не обратной связью с ТВ, а изменчивостью влагообмена в системе океан-атмосфера. Отметим, что близкий вывод был сделан академиком В.Ф. Логиновым [4], по мнению которого «водяной пар является важнейшим фактором, способным влиять на быстрые глобальные изменения климата Земли и определять его короткопериодные флуктуации».
Очевидно, современное потепление климата обусловлено не только ростом концентрации парниковых газов, но и естественными факторами. Одним из первых такую позицию высказал великий климатолог академик К.Я. Кондратьев [3]. «Промежуточную» точку зрения поддерживает и академик И.И. Мохов [12; 13] согласно которому «для сравнительно коротких интер-валов времени (15-30 лет) вклад АМО в тренд глобальной ТВ сопоставим с вкладом парниковых газов и может даже превышать его».
На наш взгляд, формирование глобального потепления обусловлено не столько антропогенной деятельностью, сколько внутренней изменчивостью климатической системы за счет процессов крупномасштабного взаимодействия между океаном и ат-
мосферой и регулируется системой положительных и отрицательных обратных связей, причем положительные связи преобладают. Главенствующей является положительная обратная связь между влагосодержанием атмосферы и температурой воздуха, когда ТВ может оказывать непосредственное воздействие на ВА, в то время как ВА влияет на ТВ опосредованно через ПЭ. При этом углекислый газ является своеобразным катализатором глобального потепления. Рост его концентрации - это фактор усиления положительной обратной связи между температурой воздуха и влагосодержанием, не допускающий движения климатической системы в сторону похолодания [6; 7; 10].
В Мировом океане содержится примерно 39 тыс. ПгС углерода. До 98% его запасов в растворенном виде находится в среднем и глубоком слоях океана. И только около 1 тыс. ПгС океанического углерода доступно на временных масштабах до нескольких столетий [1].
В соответствии с законом Генри, если парциальное давление СО2 в воде больше, чем в воздухе, то происходит выделение СО2 из океана в атмосферу и наоборот. Углекислый газ выделяется из океана в атмосферу в регионах, где восходящие течения выносят из глубины на поверхность богатую СО2 морскую воду в тропиках, в Южном океане и на северо-западе Тихого океана. При уменьшении ТПО растворимость СО2 повышается, поэтому поглощение происходит в умеренных и высоких широтах, где осуществляется перенос морской воды от поверхности океана в его вглубь.
В работах [2; 24] показано, что поток СО2 направлен в атмосферу в приэкваториальных широтах (18° ю.ш. - 14° с.ш.), с максимальными значениями вблизи 8° ю.ш. В средних и высоких широтах результирующий поток СО2 направлен в океан. Наибольшее значение поглощения потока СО2 в Южном полушарии отмечается в зоне 38°-42° ю.ш., а в Северном полушарии он достигает абсолютного максимума в широтном поясе 66°-70° с.ш., т.е. вблизи границы Северной Полярной области. По разным оценкам МО выделяет в атмосферу 78 [1] - 90 [20] ПгС год-1, а поглощает 80 [1] - 92 ПгС год-1 [20].
На рис. 1 приводится результирующий среднемноголетний годовой поток СО2 между океаном и атмосферой за период 1982-2007 гг. [27]. Нетрудно видеть, что самый мощный очаг выделения СО2 в атмосферу приурочен к области действия явления Эль-Ниньо, а максимальные оценки поглощения отмечаются в Гренландском, Норвежском морях и море Лабрадор. Грен-
о
CM
со
О
ландское и Норвежское моря формально принадлежат Северному Ледовитому океану, но довольно часто они рассматриваются в рамках акватории Северной Атлантики, северной границей которой обычно принимают 70о с.ш. Если межгодовая изменчивость, в том числе тренды потока СО2 в пределах Северной Атлантики обсуждалась в ряде работ [15-17; 26; 28], то динамика ме-
жгодовой изменчивости потока
СО
ука-
занных выше морях практически не изучена. В связи с этим цель данной работы состоит в выявлении особенностей межгодовой изменчивости потока СО2 в Гренландском, Норвежском морях и море Лабрадор.
Материалы и методы
Одной из наиболее известных в настоящее время является созданная Taro Taka-hashi и его рабочей группой в 1997 г. база данных по потокам СО2 через поверхность МО {http ://www. ldeo .columbia. edu/res/pi/CO2/ carbondioxide/pages/air_sea_ux_2009.html). На момент создания базы в ней насчитывалось около 200 тыс. измерений рСО2, к 2010 г. она расширилась до 3 млн измерений. Это позволило группе исследователей Park и др. [28], проделав поистине гигантскую работу, осуществить расчет потоков углекислого газа в узлах географической сетки с пространственным разрешением 4° широты X 5° долготы с 1982 г. по настоящее время. Межгодовая изменчивость потоков СО2 оценивалась на основе диагностической модели с использованием эмпирических внутригодовых соотношений между парциальным давлением СО2 в поверхностном слое воды {рСО W) и температурой поверхности океана {ТПО). Несмотря на приближенный характер модели, она отражает порядка 70% изменчивости потоков СО2 в системе океан-атмосфера и довольно хорошо описывает физические закономерности поглощения {выделения) углекислого газа в системе океан-атмосфера, хотя несколько занижает величину результирующего потока.
Данная база данных стала основой более масштабного проекта SOCAT {Surface Ocean СО2 Atlas), который объединил в едином формате все общедоступные данные о рСО2 для МО. Это позволило потребителям получать среднемесячные значения ГСЮ2 поверхностных вод океана на сетке 1° X 1° без временной или пространственной интерполяции. Версия SOCAT 2021, опубликованная в 2021 году включает 30,6 миллиона измерений рСО2 у поверхности океана с контролем качества с 1957 по 2020 год, а также откалиброванные данные датчиков. Подробная документация проекта SOCAT представлена в работе [14].
В данной работе использована база [28] за период 1983-2016 гг., поскольку она более удобна с точки зрения изучения крупномасштабной изменчивости потоков СО2.
Как известно, ТПО является наиболее важным фактором, определяющим не только величину, но и направление потока СО2 на поверхности океана [2; 24]. Поэтому в качестве исходных данных ТПО использовался архив NCEP-DOE Atmospheric Model Intercomparison Project (AMIP-II) reanalysis (Reanalysis-2) [23]. NCEP-NCAR Reanalysis-2, охватывает спутниковый период с 1979 г. по настоящее время с пространственным разрешением 1,9° по широте и долготе. Он имеет постоянную поддержку и его данные находятся в свободном доступе по адресу (http://apdrc.soest.hawaii.edu/dods/ public_data/Reanalysis_Data/NCEP/NCEP2/ monthly/gaussian_grid/dlwrf). Кроме того, в расчетах использовались различные атмосферные индексы: североатлантическое колебание (САК), атлантическая мульти-декадная осцилляция (АМО), давление в центре Исландского минимума (Р), его широта (ф ), долгота (А ), арктическое колебание (АК), формы атмосферной циркуляции Вангейгема-Гирса (W, E, C) и др.
Результаты расчетов и их обсуждение
На рис. 2 представлена карта сред-немноголетнего годового результирующего потока СО2 через поверхность акватории Северной Атлантики за 1983-2016 гг. Нетрудно видеть, что выделяются два обширных очага максимальных значений поглощения океаном потока СО2. Первый -это Норвежское и Гренландское моря (НМ и ГМ), на границе которых севернее о. Ян-Майен он превышает 5,2 моль С/м2тод. Уменьшение потока СО2 идет неравномерно. Если у побережья Скандинавии он составляет 3,4 моль С/м2тод, то на крайнем северо-западе Гренландского моря поток СО2 равен всего 0,6 моль С/м2тод. Однако при осреднении по акватории морей средний поток СО2 в Норвежском море лишь незначительно превышает аналогичный поток в Гренландском море (табл. 2). Другой очаг - это море Лабрадор (МЛ), в котором максимальные оценки СО2 отмечаются на широте 60° с.ш. вблизи побережья Гренландии, где они превышают 6 моль С/м2тод. Величина среднемноголетнего потока СО2 в этом море заметно выше по сравнению с Норвежским и Гренландским морями. Как видно из табл. 2, межгодовая изменчивость потока СО2, характеризуемая коэффициентом вариации, минимальна в Норвежском море (С = 9,70%) и максимальна в море Лабрадор (С = 15,23%).
Рис. 1. Результирующий среднемноголетний поток СО2 между океаном и атмоа
за период 1982-2007 гг. [27].
Рис. 2. Распределение среднемноголетнего годового результирующего потока СО2 через акваторию Северной Атлантики за 1983-2016 гг. в моль С/м2^год. Знак минус означает поток из атмосферы в океан.
сх О
см со
О
Рис. 4. Межгодовой ход стандартизированных значений потока СО2 (1), площади морского льда в марте (2) и температуры воды (3) в море Лабрадор.
Таблица 2
Оценки статистических характеристик результирующего потока СО2 и температуры поверхности воды осредненные по акватории морей за 1983-2016 гг.
СО2, море Хср, моль С/м2тод С, а, моль С/м2тод2 R2
Норвежское -3,30 9,70 -0,0233 0,520
Гренландское -3,07 14,45 0,0034 0,004
Лабрадор -3,80 15,23 -0,0319 0,300
Температура воды, море Хср., °С С, % а °С/год R2
Норвежское 7,48 5,41 0,034 0,63
Гренландское 3,62 26,57 0,068 0,54
Лабрадор 2,72 39,09 0,072 0,45
Хср - среднее значение, С - коэффициент вариации, а - коэффициент тренда, R2 - коэффициент детерминации
Обратимся теперь к рис. 3, на котором представлен межгодовой ход осреднен-ного по акватории моря результирующего потока СО2 в НМ, ГМ и МЛ в моль С/м2тод. Нетрудно видеть, что в НМ и МЛ отмечаются сильные отрицательные тренды, означающие усиление поглощения СО2 океаном (табл. 2). Однако для МЛ временной промежуток можно разделить на два с противоположными локальными трендами. Если до 2003 г. поток СО2 резко увеличивался, то после него он стал уменьшаться. Скорость уменьшения потока составила половину его увеличения. В ГМ величина тренда близка к нулю, т.е. межгодовые колебания потока СО2 носят преимущественно случайный характер (табл. 2). Наибольшие отрицательные оценки трендов локализуются в южной части этих морей. Положительные тренды сосредоточены в восточных районах ГМ. Значимая корреляция между потоками СО2 для рассматриваемых морей имеет место только между НМ и МЛ (г = 0,50).
В табл. 2 также приводятся статистические характеристики осредненной температуры поверхности воды по акватории морей. Максимальная межгодовая изменчивость температуры свойственна МЛ (С=0,39), которая почти в восемь раз выше ее изменчивости в НМ. Причиной этого является значительно более высокая среднегодовая температура воды в НМ и ее меньшее стандартное отклонение. Для всех трех морей характерно наличие сильных положительных трендов. Однако по величине тренд в НМ в 2 раза уступает трендам в ГМ и МЛ.
В табл. 3 представлены оценки коэффициентов корреляции ряда гидромете-
орологических параметров с потоками СО2 через поверхность рассматриваемых морей. Нетрудно видеть, что наибольшее влияние температуры воды на изменчивость потока СО2 имеет место в МЛ (г = -0,86), наименьшее - в ГМ (г = -0,51). Возможно, это связано с более высокой изменчивостью ветрового режима в ГМ, а также значительной пространственной неоднородностью в распределении температуры воды, обусловленной соседством холодного Восточно-Гренландского течения и сравнительно теплых Западно-Исландского и Западно-Шпицбергенского течений, наличием циклонического круговорота вод и многочисленных фронтальных зон.
Очевидно, что помимо ТПО определенное влияние на поток СО2 могут оказывать и другие гидрометеорологические процессы и параметры. Увеличение поглощения потока СО2 в НМ сопровождается ослаблением АМО (уменьшение ТПО в СА), уменьшением температуры воздуха в Арктике, ослаблением атмосферной зональной циркуляции формы W и усилением меридиональной циркуляции формы С. Поток СО2 в ГМ значительно хуже связан с климатическими индексами. Можно лишь говорить, что при ослаблении САК происходит некоторое увеличение поглощения
Таблица3
Оценки выборочных коэффициентов корреляции потоков СО2 в разных морях с гидрометеорологическими параметрами за 1983-2016 гг.
Параметр Результирующий поток СО2 через поверхность воды
Нор- веж-ское море Грен-ланд-ское море Море Лабрадор
Температура поверхности воды моря -0,74 -0,51 -0,86
Атлантическая мульти-декадная осцилляция -0,72 -0,06 -0,42
Арктическое колебание -0,19 -0,32 0,32
Североатлантическое колебание 0,05 -0,41 0,46
Температура воздуха Арктики -0,69 0,10 -0,63
Форма циркуляции W -0,57 0,03 -0,30
Форма циркуляции С 0,65 -0,02 0,35
Давление в Исландском минимуме 0,10 0,33 -0,32
Полужирным шрифтом отмечены значимые коэффициенты корреляции при уровне значимости а = 0,05, превышающие гкр = 0,33
о О
см со
о
о
потока СО в ГМ. Определенное влияние на поток СО2 в ГМ оказывает также площадь морского льда в море (г = 0,41).
Для моря Лабрадор увеличение поглощения потока СО2 происходит при уменьшении температуры воздуха в Арктике и некотором усилении САК. Кроме того, для МЛ обнаружена высокая статистическая связь максимальной (март) площади морского льда в заливе Баффина/море Лабрадор с годовым потоком СО2 в МЛ (г = 0,83). Очевидно, причиной такой связи является высокая отрицательная корреляция (г = -0,87) морского льда и температуры воды моря (рис. 4). Как видно из рис. 4 при увеличении площади морского льда температура воды уменьшается. Связь между площадью морского льда в марте и годовым потоком СО2 может использоваться и в прогностических целях.
Учитывая довольно высокую корреляцию гидрометеорологических параметров с потоками СО2, был выполнен расчет регрессионных моделей методом включения переменных. Модель считалась оптимальной, когда все включаемые в нее параметры были значимы по критерию Стьюден-та при уровне значимости а = 0,05. Статистические характеристики этих моделей приведены в табл. 4. Все модели являются адекватными по критерию Фишера, т.е. хорошо описывают изменчивость потоков СО2. Это подтверждают коэффициент детерминации и стандартные ошибки моделей, которые составляют в пределах 1/3 от СКО исходных рядов. Даже модель для ГМ воспроизводит две трети дисперсии исходного ряда. Как и следовало ожидать, главным предиктором является температура морской воды.
Таблица4 Статистические характеристики регрессионных моделей
Море Число предикторов Коэффициент детерминации Критерий Фишера Стандартная ошибка в долях СКО
Норвежское 4 0,81 22.6 0,30
Гренландское 3 0.66 10,6 0,33
Лабрадор 2 0,78 34,9 0,26
Заключение
Известно, что наиболее интенсивное поглощение СО2 через поверхность Мирового океана отмечается в Норвежском, Гренландском морях и в море Лабрадор. Однако до настоящего времени межгодовая изменчивость потока СО2 в указанных морях практически не изучена. Поэтому в данной работе приводятся результаты по изучению межгодовой изменчивости с акцентом на анализ трендов результирующего потока СО2 через поверхность Норвежского, Гренландского морей и моря Лабрадор за период 1983-2016 гг. по данным базы [28] и выявлению роли температуры воды и других гидрометеорологических параметров в их изменчивости.
Показано, что поглощение СО2 морской водой и его межгодовая изменчивость в МЛ значительно выше по сравнению с НМ и ГМ. Абсолютный максимум поглощения СО2 океаном отмечается на широте 60о с.ш. вблизи побережья Гренландии. Сильные отрицательные тренды, означающие усиление поглощения СО2 океаном, свойственны НМ и МЛ. В Гренландском море отрицательные и положительные тренды компенсируют друг друга, вследствие чего результирующий тренд оказывается близким к нулю.
Выявлен вклад температуры воды и других гидрометеорологических параметров в изменчивость потоков СО2. Наиболее высокая корреляция с температурой воды отмечается для МЛ (г = -0,86), а наименьшая - для ГМ (г = -0,51). В НМ существенное влияние на поток СО2 оказывают АМО, температура воздуха в Арктике и формы атмосферной циркуляции W и С. Обнаружена высокая статистическая связь максимальной (март) площади морского льда в заливе Баффина/море Лабрадор с годовым потоком СО2 в МЛ (г = 0,84), которая обусловлена высокой отрицательной корреляцией (г = -0,87) площади морского льда с температурой воды моря.
Рассчитаны лаконичные регрессионные модели, которые позволяют с достаточной для практических целей точностью по внешним параметрам вычислять потоки СО2 для каждого моря.
Список литературы:
[1] Елисеев А.В. Глобальный цикл С02: основные процессы и взаимодействие с климатом // Фундаментальная и прикладная климатология. - 2017, № 4. - С. 5-27.
[2] Карлин Л.Н., Малинин В.Н., Образцова А.А. Пространственно-временные изменения потока СО2 в системе океан-атмосфера // Известия РГО. Т. 144. - 2012, вып. 5. - С. 27-36.
[3] Кондратьев К.Я., Донченко В.К. Экодинамика и геополитика. Глобальные проблемы. - СПб.: НИЦЭБ РАН - СПб ФИЦ РАН, 1999, т. 1. - 1040 с.
[4] Логинов В.Ф., Лысенко С.А. Современные изменения глобального и регионального климата. -Минск: Беларуская навука, 2019. - 318 с.
[5] Малинин В.Н. Уровень океана: настоящее и будущее. - СПб.: РГГМУ, 2012. - 260 с.
[6] Малинин В.Н. Влагосодержание атмосферы и парниковый эффект // Общество. Среда. Развитие. -2014, № 3. - С. 139-145.
[7] Малинин В.Н. Изменения уровня Мирового океана и климата // Ученые записки РГГМУ. - 2015, № 41. - С. 100-115.
[8] Малинин В.Н., Вайновский П.А. Тренды компонент влагообмена в системе океан-атмосфера в условиях глобального потепления по данным архива Reanalysis-2 // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. Т. 18. - 2021, №3. - С. 9-25. - DOI: 10.21046/2070-7401-202118-3-9-25
[9] Малинин В.Н., Вайновский П.А. Влагообмен между океаном и атмосферой во внутритропической зоне конвергенции // Гидрометеорология и экология. 2021. №63. С. 255-278. - DOI: 10.33933/27133001-2021-63-255-278
[10] Малинин В.Н., Гордеева С.М., Наумов Л.М. Влагосодержание атмосферы как климатообразующий фактор // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. Т. 15. - 2018, № 3. - С. 243-251. - DOI: 10.21046/2070-7401-2018-15-3-243-251
[11] Малинин В.Н., Гордеева С.М. Изменчивость влагосодержания атмосферы над океаном по спутниковым данным // Исследование Земли из космоса. - 2015, № 1. - С. 3-11.
[12] Мохов И.И., Смирнов Д.А. Вклад радиационного воздействия парниковых газов и атлантической мультидесятилетней осцилляции в тренды приповерхностной температуры // Метеорология и гидрология. - 2018, № 9. - С. 5-13.
[13] Мохов И.И., Смирнов Д.А. Оценки вклада атлантической мультидекадной осцилляции и изменений атмосферного содержания парниковых газов в тренды приповерхностной температуры воздуха по данным наблюдений // Докл. Акад. наук. Т. 480. - 2018, № 1. - С. 97-102. - DOI: 10.7868/ S0869565218130200
[14] Bakker et al. A multi-decade record of high quality fCO2 data in version 3 of the Surface Ocean CO2 Atlas (SOCAT) // Earth System Science Data. - 2016, № 8. - P. 383-413. - D0I:10.5194/essd-8-383-2016
[15] Benson et al. Observed trends of pCO2 and air-sea CO2 fluxes in the North Atlantic Ocean, International // Journal of Marine Science. Vol. 4. - 2014, № 72. - P. 1-7. - DOI: 10.5376/ijms.2014.04.0072
[16] Breeden M.L., McKinley G.A. Climate impacts on multidecadal pCO2 variability in the North Atlantic: 1948-2009 // Biogeosciences. - 2016, № 13. - P. 3387-3396.
[17] DeVries T., Le Quere C., Andrews O., Berthet S., Hauck J., Ilyina T., Landschutzer P., Lenton A., Lima I.D., Nowicki M., Schwinger J., Seferian R. Decadal trends in the ocean carbon sink // P. Natl. Acad. Sci. USA. - 2019, № 116. - P. 11646-11651. - Интернет-ресурс. Режим доступа: https://doi.org/10.1073/ pnas.1900371116
[18] Dlugokencky E., Tans P. Trends in atmospheric carbon dioxide, National Oceanic and Atmospheric Administration // Earth System Research Laboratory (NOAA/ESRL). - Интернет-ресурс. Режим доступа: http://www.esrl.noaa.gov/gmd/ccgg/trends/global.html (16.11.2020)
[19] Friedlingstein P. et al. Global Carbon Budget 2020 // Earth Syst. Sci. Data. - 2020, № 12. - P. 3269-3340. -Интернет-ресурс. Режим доступа: https://doi.org/10.5194/essd-12-3269-2020
[20] IPCC. Climate Change 2007: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change / Ed. by S. Solomon, D. Qin, M. Manning, Z. Chen, M. Marquis, K.B. Averyt, M. Tignor, H.L. Miller. - Cambridge, United Kingdom; New York, USA: Cambridge University Press, 2007. - 996 p.
[21] IPCC. Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change / Eds. T.F. Stocker, D. Qin, G.-K. Plattner, M. Tignor, S.K. Allen, J. Boschung, A. Nauels, Y. Xia, V. Bex, P.M. Midgley. - Cambridge, United Kingdom; New York, NY, USA: Cambridge University Press, 2013. - 1535 p.
[22] Joos F., Spahni R. Rates of change in natural and anthropogenic radiative forcing over the past 20,000 years // P. Natl. Acad. Sci. USA. - 2008, № 105. - P. 1425-1430. - Интернет-ресурс. Режим доступа: https://doi. org/10.1073/pnas.0707386105
[23] Kanamitsu M., Ebisuzaki W., Woollen J., Yang S-K, Hnilo J.J., Fiorino M., Potter G.L. NCEP-DOE AMIP-II reanalysis (R-2) // Bul. of the Atmos. Met. Soc. - 2002, № 83. - P. 1631-1643.
[24] Karlin L.N., Malinin V.N., Gordeeva S.M. On the Influence of the Sea Surface Temperature on the Carbon Dioxide Exchange with the Atmosphere // Oceanology. Vol. 55. - 2015, № 1. - P. 11-19.
[25] Malinin V.N., Gordeeva S., Naumov L., Ershova A., Averkiev A. To the evaluation of trends in the components of ocean-atmosphere moisture exchange // Fundamentalnaya i Prikladnaya Gidrofizika. - 2018, v. 11(4). -P. 28-33. - DOI: 10.7868/S20 73 6673180 4 0 0 44
[26] Miller L.A., Burgers T.M., Burt W.J., Granskog M.A. Papakyriakou T.N. Air-Sea CO2 flux estimates in stratified Arctic coastal waters: How wrong can we be? // Geophysical Research Letters. - 2019, № 46. -P. 235-243. - Интернет-ресурс. Режим доступа: https://doi.org/10.1029/2018GL080099
[27] Park G., Wanninkhof R., Triflanes J. PROCEDURES TO CREATE NEAR REAL-TIME SEASONAL AIR-SEA CO2 FLUX MAPS // NOAA Technical Memorandum, OAR AOML-98. - 2010. - 14 p.
[28] Park G.-H., Wanninkhof R., Doney S.C. et al. Variability of global net sea-air CO2 fluxes over the last three decades using empirical relationships // Tellus. - 2010, № 62B(5). - P. 352-368.
[29] Schmidt G.A., Ruedy R.A., Miller R.L., Lacis A.A. Attribution of the present-day total greenhouse effect // J. Geoph. Res. Vol. 115. - 2010, № D20. - P. 2156-2202.
О
