Помощь студентам в учебе
Возможное влияние аномалий ТПО в Северной Атлантике на особенности изменения климата в Западном секторе Арктики на примере архипелага Земля Франца-Иосифа
|
Введение 3
Глава 1. Западный сектор Арктики в условиях современного потепления климата 7
1.1. Характеристика Западного сектора Арктики и физико-географическое описание
Баренцева моря 7
1.2. Характеристика особенностей акватории вокруг архипелага Земля
Франца-Иосифа 12
Глава 2. Влияние Северной Атлантики на климат 15
2.1. Атлантическая мультидекадная осцилляция 15
2.2. Северо-Атлантическое колебание 18
Глава 3. Материалы и методы исследования 20
3.1. Ледовитость в акватории Земли Франца-Иосифа 20
3.2. Данные о приземной температуре воздуха 23
3.3. Температура и соленость поверхностного слоя океана в акватории Земли Франца-Иосифа 24
3.4. Температура воды на разрезе «Кольский меридиан» 24
3.5. Индекс Атлантической мультидекадной осцилляции 26
3.6. Методы обработки данных 27
Глава 4. Сезонные и межгодовые изменения характеристик атмосферы, океана и ледяного покрова в акватории архипелага Земля Франца-Иосифа 29
4.1. Сезонные и межгодовые изменения приземной температуры воздуха 29
4.2. Сезонные и межгодовые изменения состояния гидросферы 32
4.3. Сезонные и межгодовые изменения ледовых условий 36
Заключение 47
Список литературы 48
Глава 1. Западный сектор Арктики в условиях современного потепления климата 7
1.1. Характеристика Западного сектора Арктики и физико-географическое описание
Баренцева моря 7
1.2. Характеристика особенностей акватории вокруг архипелага Земля
Франца-Иосифа 12
Глава 2. Влияние Северной Атлантики на климат 15
2.1. Атлантическая мультидекадная осцилляция 15
2.2. Северо-Атлантическое колебание 18
Глава 3. Материалы и методы исследования 20
3.1. Ледовитость в акватории Земли Франца-Иосифа 20
3.2. Данные о приземной температуре воздуха 23
3.3. Температура и соленость поверхностного слоя океана в акватории Земли Франца-Иосифа 24
3.4. Температура воды на разрезе «Кольский меридиан» 24
3.5. Индекс Атлантической мультидекадной осцилляции 26
3.6. Методы обработки данных 27
Глава 4. Сезонные и межгодовые изменения характеристик атмосферы, океана и ледяного покрова в акватории архипелага Земля Франца-Иосифа 29
4.1. Сезонные и межгодовые изменения приземной температуры воздуха 29
4.2. Сезонные и межгодовые изменения состояния гидросферы 32
4.3. Сезонные и межгодовые изменения ледовых условий 36
Заключение 47
Список литературы 48
Актуальность работы. В настоящее время многие отечественные и зарубежные специалисты обращают внимание на стремительное сокращение площади морского льда (ПМЛ) в арктическом регионе, а также на значительный рост таких параметров как температура поверхности океана (ТПО) и приземная температура воздуха (ПТВ).
Очевидно, что климат Арктики меняется, и эти изменения затрагивают всю систему «океан-атмосфера-морской лед». Отмечается, что полярная климатическая система переходит из относительно стабильного состояния середины 20-го столетия в современное состояние, характеризующееся интенсивным потеплением, которое наиболее ярко проявляется именно в Арктическом регионе (Борзенкова, 2016; AMAP, 2021).
Современное потепление климата, наблюдаемое в Арктике, проявляется в виде устойчивого возрастания ПТВ, скорость которого превышает среднее по планете примерно в два раза (Латонин, 2021). Это явление носит название «Полярного усиления», частным случаем которого является «Арктическое усиление» (Bekryaev et al., 2010; Латонин и др., 2020). Согласно выводу работы (Isaksen et al., 2022), среднегодовая ПТВ в северной части Баренцева моря за последние 20-40 лет увеличивается со скоростью 2.7°С/десятилетие, с максимумом в осенний сезон (до 4°С/десятилетие), что в целом согласуется с темпами потепления (2.2-2.9°С/десятилетие), которые были установлены ранее для архипелага Земля Франца-Иосифа (ЗФИ) (Ivanov et al., 2021). В целом повышение ПТВ на ЗФИ за период 1990-2017 гг. составило 6.3°С (Ivanov et al., 2021). Процесс потепления в Арктике интенсифицируется с каждым годом, что проявляется в увеличении среднегодовых значений ПТВ и рекордном сокращении ледовитости арктических морей, особенно в последние десятилетия. Подтверждением служат работы, опубликованные в последние годы (Иванов и др., 2013; Алексеев, 2015; Przybylak and Wyszynski, 2020; Ivanov et al., 2021; Isaksen et al., 2022).
На фоне устойчивого повышения ПТВ наблюдается быстрое сокращение ПМЛ в Арктике, что влечет за собой как плюсы в виде новых экономических и логистических возможностей, так и определенные минусы. Моря Западного сектора Арктики (ЗСА), и в первую очередь Баренцево море (БМ), являются важными круглогодичными судоходными акваториями, а также относятся к регионам богатым рыбным промыслом и полезными ископаемыми в виде нефти и газа на шельфе. Положительная динамика в сокращении морского ледяного покрова дает возможность более интенсивного использования Северного морского пути (СМП) и облегчает процесс добычи полезных ископаемых в данном регионе. С другой стороны, более высокие ПТВ неизбежно будут приводить к таянию многолетнемерзлых грунтов, занимающих, как известно, более 60% территории России, а это, в свою очередь, может нанести огромный экономический ущерб. Сокращение ПМЛ и уменьшение его толщины в летний период, наиболее благоприятный для судоходства, может привести к возникновению ряда рисков в виде увеличения частоты опасных и особо опасных гидрометеорологических явлений (развитие критического по высоте и продолжительности ветрового волнения, возникновение слабо прогнозируемых поверхностных течений, вынос дрейфующих льдов в район рекомендуемых трасс и т.п.).
Помимо вышесказанного, океанологами уже более 50 лет изучаются механизмы влияния Северной Атлантики (СА) на климатическую систему Земли, в частности на климат полярных регионов. К важнейшему аспекту изучения данной темы относится анализ увеличения притока Атлантических вод (АВ) в Арктический бассейн (АБ) или, так называемая, «атлантификация» Арктики (Иванов и др., 2014; Алексеев и др., 2016; Махотин и Иванов, 2016; Polyakov et al., 2017; Аксенов и Иванов, 2018; Башмачников и др., 2018; Иванов, 2021).
Изучению климатических особенностей района архипелага ЗФИ посвящено значительно меньшее количество работ в отличие, например, с исследованиями той же направленности для района архипелага Шпицберген. С одной стороны, это можно объяснить низким ресурсным потенциалом архипелага и прилегающих вод по сравнению с другими регионами, расположенными в шельфовых районах ЗСА. В то же время, в силу своего географического положения (архипелаг находится на стыке центральных глубоководных районов Арктики и арктических шельфовых морей) район ЗФИ характеризуется уникальным климатом, изменения и изменчивость которого позволяют получать объективные оценки состояния арктической климатической системы не только на региональном уровне, но и в целом характеризовать климат ЗСА.
Климатические особенности района ЗФИ формируются под влиянием различных факторов: циркуляции атмосферы и океана, ледовых условий. Юго-западные части акватории вокруг ЗФИ испытывают на себе сильное отепляющее воздействие АВ, северные районы находятся под влиянием выноса старых льдов из Центрального Арктического бассейна (ЦАБ), а восточные - подвержены существенному воздействию льдов, выносимых из акватории Карского моря (Шапкин и др., 2021). Помимо того, что более теплые и насыщенные влагой воздушные массы атлантического происхождения контактируют с холодными арктическими воздушными массами, они также взаимодействуют и с покрытой большую часть года снежно-ледниковой поверхностью архипелага....
Очевидно, что климат Арктики меняется, и эти изменения затрагивают всю систему «океан-атмосфера-морской лед». Отмечается, что полярная климатическая система переходит из относительно стабильного состояния середины 20-го столетия в современное состояние, характеризующееся интенсивным потеплением, которое наиболее ярко проявляется именно в Арктическом регионе (Борзенкова, 2016; AMAP, 2021).
Современное потепление климата, наблюдаемое в Арктике, проявляется в виде устойчивого возрастания ПТВ, скорость которого превышает среднее по планете примерно в два раза (Латонин, 2021). Это явление носит название «Полярного усиления», частным случаем которого является «Арктическое усиление» (Bekryaev et al., 2010; Латонин и др., 2020). Согласно выводу работы (Isaksen et al., 2022), среднегодовая ПТВ в северной части Баренцева моря за последние 20-40 лет увеличивается со скоростью 2.7°С/десятилетие, с максимумом в осенний сезон (до 4°С/десятилетие), что в целом согласуется с темпами потепления (2.2-2.9°С/десятилетие), которые были установлены ранее для архипелага Земля Франца-Иосифа (ЗФИ) (Ivanov et al., 2021). В целом повышение ПТВ на ЗФИ за период 1990-2017 гг. составило 6.3°С (Ivanov et al., 2021). Процесс потепления в Арктике интенсифицируется с каждым годом, что проявляется в увеличении среднегодовых значений ПТВ и рекордном сокращении ледовитости арктических морей, особенно в последние десятилетия. Подтверждением служат работы, опубликованные в последние годы (Иванов и др., 2013; Алексеев, 2015; Przybylak and Wyszynski, 2020; Ivanov et al., 2021; Isaksen et al., 2022).
На фоне устойчивого повышения ПТВ наблюдается быстрое сокращение ПМЛ в Арктике, что влечет за собой как плюсы в виде новых экономических и логистических возможностей, так и определенные минусы. Моря Западного сектора Арктики (ЗСА), и в первую очередь Баренцево море (БМ), являются важными круглогодичными судоходными акваториями, а также относятся к регионам богатым рыбным промыслом и полезными ископаемыми в виде нефти и газа на шельфе. Положительная динамика в сокращении морского ледяного покрова дает возможность более интенсивного использования Северного морского пути (СМП) и облегчает процесс добычи полезных ископаемых в данном регионе. С другой стороны, более высокие ПТВ неизбежно будут приводить к таянию многолетнемерзлых грунтов, занимающих, как известно, более 60% территории России, а это, в свою очередь, может нанести огромный экономический ущерб. Сокращение ПМЛ и уменьшение его толщины в летний период, наиболее благоприятный для судоходства, может привести к возникновению ряда рисков в виде увеличения частоты опасных и особо опасных гидрометеорологических явлений (развитие критического по высоте и продолжительности ветрового волнения, возникновение слабо прогнозируемых поверхностных течений, вынос дрейфующих льдов в район рекомендуемых трасс и т.п.).
Помимо вышесказанного, океанологами уже более 50 лет изучаются механизмы влияния Северной Атлантики (СА) на климатическую систему Земли, в частности на климат полярных регионов. К важнейшему аспекту изучения данной темы относится анализ увеличения притока Атлантических вод (АВ) в Арктический бассейн (АБ) или, так называемая, «атлантификация» Арктики (Иванов и др., 2014; Алексеев и др., 2016; Махотин и Иванов, 2016; Polyakov et al., 2017; Аксенов и Иванов, 2018; Башмачников и др., 2018; Иванов, 2021).
Изучению климатических особенностей района архипелага ЗФИ посвящено значительно меньшее количество работ в отличие, например, с исследованиями той же направленности для района архипелага Шпицберген. С одной стороны, это можно объяснить низким ресурсным потенциалом архипелага и прилегающих вод по сравнению с другими регионами, расположенными в шельфовых районах ЗСА. В то же время, в силу своего географического положения (архипелаг находится на стыке центральных глубоководных районов Арктики и арктических шельфовых морей) район ЗФИ характеризуется уникальным климатом, изменения и изменчивость которого позволяют получать объективные оценки состояния арктической климатической системы не только на региональном уровне, но и в целом характеризовать климат ЗСА.
Климатические особенности района ЗФИ формируются под влиянием различных факторов: циркуляции атмосферы и океана, ледовых условий. Юго-западные части акватории вокруг ЗФИ испытывают на себе сильное отепляющее воздействие АВ, северные районы находятся под влиянием выноса старых льдов из Центрального Арктического бассейна (ЦАБ), а восточные - подвержены существенному воздействию льдов, выносимых из акватории Карского моря (Шапкин и др., 2021). Помимо того, что более теплые и насыщенные влагой воздушные массы атлантического происхождения контактируют с холодными арктическими воздушными массами, они также взаимодействуют и с покрытой большую часть года снежно-ледниковой поверхностью архипелага....
В ходе исследования были проанализированы и оценены тенденции глобального потепления в ЗСА на примере архипелага ЗФИ, выражающиеся в сокращении площади ледяного покрова, повышении ПТВ и ТПО.
Все поставленные задачи решены, а основные результаты работы представлены ниже:
1) Выявлен отрицательный тренд в изменении ледовитости в отдельных крупных районах БМ и в районе архипелага ЗФИ;
2) Получены количественные результаты, основанные на анализе трендов ПТВ, ТПО и ледовитости в акватории ЗФИ, указывающие на современное потепление климата. Оценки многолетних и сезонных изменений ПТВ совпадают с выводами других авторов (Ivanov et al, 2021, Isaksen et al., 2022);
3) Установлено, что в период с 1995 по 2000 гг. произошли существенные изменения среднегодовой ледовитости в акватории ЗФИ. Это привело к «смене ледового режима», переходу климатической системы в квазиустойчивое состояние пониженной ледовитости. Перестройка ледового режима наблюдаемая и в других районах ЗСА, позволяет предположить, что этот процесс носит крупномасштабный характер и может свидетельствовать о глобальных переменах в циркуляции атмосферы и/или океана.
4) Оценено влияние СА на ледовитость ЗСА на примере акватории ЗФИ. Статистически значимые связи ледовитости с индексом АМО и температурой воды на разрезе «Кольский меридиан» появляются с запаздыванием через 3 и 1 год соответственно.
5) Применен оригинальный подход, заключающийся в описании изменений в системе «океан-атмосфера-морской лед» на плоскости ледовитость-ПТВ, ледовитость- ТПО для двух ледовых режимов.
Полученные результаты могут использоваться как для фундаментальной науки и дальнейших теоретических исследований, так и в практических целях. Выявленные, в ходе выполнения работы, количественные оценки изменений и изменчивости отдельных параметров системы «океан-атмосфера-морской лед» указывают на существенную перестройку процессов взаимодействия между указанными средами, которая, по- видимому, носит глобальный характер и затрагивает значительные по площади районы СЛО.
Все поставленные задачи решены, а основные результаты работы представлены ниже:
1) Выявлен отрицательный тренд в изменении ледовитости в отдельных крупных районах БМ и в районе архипелага ЗФИ;
2) Получены количественные результаты, основанные на анализе трендов ПТВ, ТПО и ледовитости в акватории ЗФИ, указывающие на современное потепление климата. Оценки многолетних и сезонных изменений ПТВ совпадают с выводами других авторов (Ivanov et al, 2021, Isaksen et al., 2022);
3) Установлено, что в период с 1995 по 2000 гг. произошли существенные изменения среднегодовой ледовитости в акватории ЗФИ. Это привело к «смене ледового режима», переходу климатической системы в квазиустойчивое состояние пониженной ледовитости. Перестройка ледового режима наблюдаемая и в других районах ЗСА, позволяет предположить, что этот процесс носит крупномасштабный характер и может свидетельствовать о глобальных переменах в циркуляции атмосферы и/или океана.
4) Оценено влияние СА на ледовитость ЗСА на примере акватории ЗФИ. Статистически значимые связи ледовитости с индексом АМО и температурой воды на разрезе «Кольский меридиан» появляются с запаздыванием через 3 и 1 год соответственно.
5) Применен оригинальный подход, заключающийся в описании изменений в системе «океан-атмосфера-морской лед» на плоскости ледовитость-ПТВ, ледовитость- ТПО для двух ледовых режимов.
Полученные результаты могут использоваться как для фундаментальной науки и дальнейших теоретических исследований, так и в практических целях. Выявленные, в ходе выполнения работы, количественные оценки изменений и изменчивости отдельных параметров системы «океан-атмосфера-морской лед» указывают на существенную перестройку процессов взаимодействия между указанными средами, которая, по- видимому, носит глобальный характер и затрагивает значительные по площади районы СЛО.