CC BY
11
ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ НАУКИ
НИЗКОЧАСТОТНАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ ЛЕДОВОВИТОСТИ И ТЕРМОХАЛИННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК БАРЕНЦЕВА МОРЯ И ЕЕ СВЯЗЬ С СЕВЕРОАТЛАН-ТИЧЕСКИМ КОЛЕБАНИЕМ И АТЛАНТИЧЕСКОЙ МУЛЬТИДЕКАДНОЙ ОСЦИЛЛЯЦИЕЙ
Крашенинникова Светлана Борисовна1,
Крашенинникова Марина Анатольевна2,
Старший научный сотрудник1, младший научный сотрудник2, Институт природно-технических систем, г. Севастополь
LOW-FREQUENCY VARIABILITY OF THE BARENTS SEA ICE COVER AND THERMO-HALINE CHARACTERISTICS AND ITS RELATIONSHIP WITH THE NORTH ATLANTIC OSCILLATION AND THE ATLANTIC MULTIDECADAL
OSCILLATIONS
Krasheninnikova Svetlana1,
Krasheninnikova Marina2,
Senior Researcher1, Junior Researcher2, Institute of natural-technical systems, Sevastopol
АННОТАЦИЯ
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 из-ме-няются с типичным периодом ~60 лет, что соответствует периоду АМО, или мультидекадной моде САК.
ABSTRACT
Low-frequency variability of the Barents Sea ice cover (1900 - 2014 yy.) and thermohaline characteristics (1951 - 2014 yy.) was analyzed and its relationship with changes in the North Atlantic Oscillation (NAO) and the Atlantic multidecadal oscillation (AMO) was established. It was found that the temperature, salinity and ice cover of the Barents Sea are varied with the typical period ~ 60 years, which corresponds to the period AMO, or multidecadal mode NAO.
Ключевые слова: ледовитость, температура, соленость, САК, АМО, Баренцево море.
Keywords: sea ice cover, temperature, salinity, NAO, AMO, Barents Sea
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) крупномас-
штабным 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 тепломассопе-реносов 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 ис-пользуются 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 тер-мохалинных 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 0-200 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 И2 = 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 СМ1Р5 [5, 17, 24].
Выводы. По многолетним данным контактных наблюдений за 1951 - 2014гг. исследовалась изменчивость термо-халинных 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 Ар-
ктике с использованием данных МИГ 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 <^исайо» (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 деятель-ность 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., Соков 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. - С.209
- 221.
14. Arthun M. et al. Quantifying the influence of Atlantic heat on Barents sea-ice variability and retreat // J. of Climate. -2012. - V 25, № 13. - С. 4736-4743.
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 I., 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, CT2S07.
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 U.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., - 2001. - 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., - 2009. - №5. - P.4 - 17.
22. Kwok R., Cunningham G.F. Wensnahan M., et. al. Thinning and volume loss of Arctic sea ice: 20032008 // J. of Geophys. Res, - 2009. - V.114: C07005. doi:10.1029/2009JC005312.
23. Overland J. E., Wang M., Salo S. The recent Arctic warm period // Tellus, - 2008. - 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 // Geophys. Res. Lett., - 2012. - V.39, L16502, doi:10.1029/2012GL052676.
25. Zhang, X., A. 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.
