Помощь студентам в учебе
Межгодовые изменения ледовитости Гренландского моря и их причины
|
Сокращения 4
Введение 5-8
1 Физико-географическое описание региона моря Гренландского 9-19
2 Материалы и методика исследования 20-32
2.1 Исходные данные 20-21
2.2 Статистические методы анализа 22-32
2.2.1 Выделение и анализ тренда 22-23
2.2.2 Спектральный анализ 23-25
2.2.3 Кластерный анализ 25-28
2.2.4 Множественная регрессия 28-32
3 Структура временной изменчивости
Гренландского моря ледовитости 33-52
3.1 Сезонные колебания 33-44
3.2 Межгодовые изменения 45-52
4 Причины изменения ледовитости Гренландского моря 53-59
5 Статистические модели межгодовой
ледовитости Гренландского моря изменчивости 60-70
Заключение 70-73
Список использованной литературы 74-78
Приложения
Введение 5-8
1 Физико-географическое описание региона моря Гренландского 9-19
2 Материалы и методика исследования 20-32
2.1 Исходные данные 20-21
2.2 Статистические методы анализа 22-32
2.2.1 Выделение и анализ тренда 22-23
2.2.2 Спектральный анализ 23-25
2.2.3 Кластерный анализ 25-28
2.2.4 Множественная регрессия 28-32
3 Структура временной изменчивости
Гренландского моря ледовитости 33-52
3.1 Сезонные колебания 33-44
3.2 Межгодовые изменения 45-52
4 Причины изменения ледовитости Гренландского моря 53-59
5 Статистические модели межгодовой
ледовитости Гренландского моря изменчивости 60-70
Заключение 70-73
Список использованной литературы 74-78
Приложения
Актуальность темы исследования. Арктический ледяной покров оказывает существенное влияние на планетарные природные процессы и поэтому представляет собой неотъемлемую часть глобальной климатической системы. Являясь продуктом взаимодействия океана и атмосферы, морской лёд служит индикатором происходящих в этой системе изменений. Изучение ледяного покрова в масштабах всего Северного Ледовитого океана (СЛО) представляется чрезвычайно важной на сегодняшний день задачей, особенно в контексте современного сокращения его площади. Однако в настоящей работе особое внимание будет уделено исследованию ледового режима Гренландского моря по следующим причинам.
Близость морей Северо-Европейского бассейна (СЕБ) к Северной Атлантике, основному источнику климатических возмущений всего полушария, обуславливает ярко выраженный отклик состояния их ледяного покрова на эти изменения. Здесь наблюдаются максимальные сезонные и многолетние колебания площади льдов среди морей арктического региона. В ряде исследований доказано преобладающее влияние льдов СЕБ на изменчивость ледяного покрова и климата всей Арктики. Гренландское море, одно из самых крупных морей СЕБ, занимающее треть его площади и почти половину объёма, играет важную роль в формировании ледовых условий региона.
Кроме того, Гренландское море является основным связующим звеном между Северо-Европейским и Арктическим бассейнами СЛО. Через его акваторию шпицбергенская ветвь Норвежского течения переносит тёплые и солёные воды атлантического происхождения в Арктический бассейн (АБ). В обратном направлении Восточно-Гренландским течением осуществляется адвекция относительно холодных и распреснённых вод и многолетних льдов в СЕБ и далее в Северную Атлантику. Описанные особенности водообмена и связанного с ним теплообмена океанов, наравне с характерным для высоких широт радиационным выхолаживанием, формируют на акватории Гренландского моря нетипичные для арктических морей ледовые условия .
Наконец, Гренландское море имеет важное экономическое значение. На протяжение многих лет здесь ведётся интенсивный промысел атлантической трески, мойвы, чёрного палтуса, камбалы и морского окуня, а также охота на некоторые виды млекопитающих (в первую очередь - белуху, гренландского кита и тюленя). Коммерческое судоходство представлено исключительно промысловым и затруднено наличием постоянно дрейфующих льдов и айсбергов [1, 4].
Развитые с давних пор активный рыбный и животный промысел, а также интенсивная навигация обуславливают большую изученность этого региона по сравнению с другими морями Мирового океана. Труды В.Ю. Визе стали основополагающими в научных исследованиях ледовых условий Гренландского моря. Существенный вклад в разработку методик долгосрочных прогнозов площади льдов внесли А.И. Каракаш, А.А. Лебедев, Н.С. Уралов и многие другие. Основные закономерности формирования и пространственно-временные особенности распределения ледяного покрова Гренландского моря обобщены в монографии Е.У. Миронова [1]. С развитием спутниковой альтиметрии по мере накопления данных об основных характеристиках распределения льдов в Гренландском море стали публиковаться работы, посвящённые исследованию сезонных и межгодовых изменений его площади.
В настоящее время всё больший научный интерес направлен на изучение происходящих на Земле климатических изменений, которые находят своё отражение именно в долгопериодных колебаниях площади ледяного покрова арктических морей. В таком случае для построения качественной модели прогноза его состояния целесообразно применение физико-статистического подхода.
...
Близость морей Северо-Европейского бассейна (СЕБ) к Северной Атлантике, основному источнику климатических возмущений всего полушария, обуславливает ярко выраженный отклик состояния их ледяного покрова на эти изменения. Здесь наблюдаются максимальные сезонные и многолетние колебания площади льдов среди морей арктического региона. В ряде исследований доказано преобладающее влияние льдов СЕБ на изменчивость ледяного покрова и климата всей Арктики. Гренландское море, одно из самых крупных морей СЕБ, занимающее треть его площади и почти половину объёма, играет важную роль в формировании ледовых условий региона.
Кроме того, Гренландское море является основным связующим звеном между Северо-Европейским и Арктическим бассейнами СЛО. Через его акваторию шпицбергенская ветвь Норвежского течения переносит тёплые и солёные воды атлантического происхождения в Арктический бассейн (АБ). В обратном направлении Восточно-Гренландским течением осуществляется адвекция относительно холодных и распреснённых вод и многолетних льдов в СЕБ и далее в Северную Атлантику. Описанные особенности водообмена и связанного с ним теплообмена океанов, наравне с характерным для высоких широт радиационным выхолаживанием, формируют на акватории Гренландского моря нетипичные для арктических морей ледовые условия .
Наконец, Гренландское море имеет важное экономическое значение. На протяжение многих лет здесь ведётся интенсивный промысел атлантической трески, мойвы, чёрного палтуса, камбалы и морского окуня, а также охота на некоторые виды млекопитающих (в первую очередь - белуху, гренландского кита и тюленя). Коммерческое судоходство представлено исключительно промысловым и затруднено наличием постоянно дрейфующих льдов и айсбергов [1, 4].
Развитые с давних пор активный рыбный и животный промысел, а также интенсивная навигация обуславливают большую изученность этого региона по сравнению с другими морями Мирового океана. Труды В.Ю. Визе стали основополагающими в научных исследованиях ледовых условий Гренландского моря. Существенный вклад в разработку методик долгосрочных прогнозов площади льдов внесли А.И. Каракаш, А.А. Лебедев, Н.С. Уралов и многие другие. Основные закономерности формирования и пространственно-временные особенности распределения ледяного покрова Гренландского моря обобщены в монографии Е.У. Миронова [1]. С развитием спутниковой альтиметрии по мере накопления данных об основных характеристиках распределения льдов в Гренландском море стали публиковаться работы, посвящённые исследованию сезонных и межгодовых изменений его площади.
В настоящее время всё больший научный интерес направлен на изучение происходящих на Земле климатических изменений, которые находят своё отражение именно в долгопериодных колебаниях площади ледяного покрова арктических морей. В таком случае для построения качественной модели прогноза его состояния целесообразно применение физико-статистического подхода.
...
В рамках настоящего исследования была предпринята попытка установления причин межгодовых изменений ледовитости Гренландского моря и определения природы её низкочастотных колебаний. Этот вопрос и по сей день остаётся малоизученным, несмотря на то, что исследования ледяного покрова Арктики имеют долгую историю.
Для выполнения поставленной цели на первом этапе по литературным источникам были обобщены особенности гидрометеорологического и ледового режимов Гренландского моря, знания о которых послужили основой для формирования рабочей базы данных по изучению долгопериодных колебаний площади его ледяного покрова.
Следующим шагом была исследована временная структура ледовитости Гренландского моря, включающая в себя сезонную и межгодовую изменчивости. С использованием различных статистических алгоритмов и процедур были определены особенности внутригодового хода ледовитости, установлены возможные причины наблюдаемых изменений, проанализированы подобные сезонные циклы площади ледяного покрова, а также обозначены некоторые периодические составляющие. Так, было обнаружено, что сезонный максимум ледовитости наблюдается в феврале-апреле, а минимум - в августе-сентябре. Наибольшие скорости сокращения льдов на акватории Гренландского моря отмечаются в июне-июле, а нарастания - в октябре-ноябре. Для дальнейшего изучения долгопериодных колебаний площади ледяного покрова год был подразделён на четыре сезона по перечисленным выше показателям его состояния: зима, лето, весна и осень. Для каждого сезона по результатам спектрального анализа были выявлены следующие циклические компоненты: цикл солнечной активности, в т.ч. и двойной; 19-летний деклинационный цикл, колебания положения полюса Земли с периодом 6-7 лет, автоколебания в системе «океан-атмосфера», а также короткопериодные циклы изменчивости гидрометеорологических элементов. Полученные закономерности нашли своё отражение при построении физико-статистических моделей межгодовых изменений сезонной ледовитости Гренландского моря.
Мультирегрессионный анализ позволил разработать статистические уравнения связи сезонной площади льдов с гидрометеорологическими и гелиогеофизическими параметрами. Установлено, что основными факторами, определяющими её долгопериодную изменчивость в зимний и летний сезоны, являются: (1) термические характеристики Норвежского моря, где располагается Норвежская энергоактивная зона; (2) тепловое состояние вод атлантического происхождения, переносимых Норвежским течением; (3) нутационные движения оси вращения Земли, представляющие собой косвенную оценку дрейфа многолетних льдов посредством Восточно-Гренландского течения через пролив Фрама. Вклад атмосферной циркуляции, выраженный основными климатическими индексами, наименее значим. При составлении прогностических уравнений для переходных осеннего и весеннего сезона в качестве основного предиктора использовалась предыстория ледовитости. Проверка полученных физико-статистических моделей на независимом материале показала, что уравнение для летнего периода нуждается в дополнительном уточнении. Все модели были проверены на качество при помощи рекомендованных в литературе критериев оценки.
Полученные результаты мультирегрессионного анализа имеют важное значение понимания происходящих в системе «океан-атмосфера-лёд» изменений, а также могут послужить основой для разработки новых методов диагноза и прогноза ледовых условий Гренландского моря.
Результаты настоящего исследования были представлены на
IV Всероссийской научной конференции молодых учёных «Комплексные исследования Мирового океана» в 2019 г.
Автор выражает искреннюю благодарность своему научному консультанту Тимохову Леониду Александровичу, доктору физикоматематических наук и главному научному сотруднику отдела океанологии ГНЦ «ААНИИ», а также Вязигиной Наталье, сотруднице отдела океанологии, за помощь в написании магистерской диссертации.
Для выполнения поставленной цели на первом этапе по литературным источникам были обобщены особенности гидрометеорологического и ледового режимов Гренландского моря, знания о которых послужили основой для формирования рабочей базы данных по изучению долгопериодных колебаний площади его ледяного покрова.
Следующим шагом была исследована временная структура ледовитости Гренландского моря, включающая в себя сезонную и межгодовую изменчивости. С использованием различных статистических алгоритмов и процедур были определены особенности внутригодового хода ледовитости, установлены возможные причины наблюдаемых изменений, проанализированы подобные сезонные циклы площади ледяного покрова, а также обозначены некоторые периодические составляющие. Так, было обнаружено, что сезонный максимум ледовитости наблюдается в феврале-апреле, а минимум - в августе-сентябре. Наибольшие скорости сокращения льдов на акватории Гренландского моря отмечаются в июне-июле, а нарастания - в октябре-ноябре. Для дальнейшего изучения долгопериодных колебаний площади ледяного покрова год был подразделён на четыре сезона по перечисленным выше показателям его состояния: зима, лето, весна и осень. Для каждого сезона по результатам спектрального анализа были выявлены следующие циклические компоненты: цикл солнечной активности, в т.ч. и двойной; 19-летний деклинационный цикл, колебания положения полюса Земли с периодом 6-7 лет, автоколебания в системе «океан-атмосфера», а также короткопериодные циклы изменчивости гидрометеорологических элементов. Полученные закономерности нашли своё отражение при построении физико-статистических моделей межгодовых изменений сезонной ледовитости Гренландского моря.
Мультирегрессионный анализ позволил разработать статистические уравнения связи сезонной площади льдов с гидрометеорологическими и гелиогеофизическими параметрами. Установлено, что основными факторами, определяющими её долгопериодную изменчивость в зимний и летний сезоны, являются: (1) термические характеристики Норвежского моря, где располагается Норвежская энергоактивная зона; (2) тепловое состояние вод атлантического происхождения, переносимых Норвежским течением; (3) нутационные движения оси вращения Земли, представляющие собой косвенную оценку дрейфа многолетних льдов посредством Восточно-Гренландского течения через пролив Фрама. Вклад атмосферной циркуляции, выраженный основными климатическими индексами, наименее значим. При составлении прогностических уравнений для переходных осеннего и весеннего сезона в качестве основного предиктора использовалась предыстория ледовитости. Проверка полученных физико-статистических моделей на независимом материале показала, что уравнение для летнего периода нуждается в дополнительном уточнении. Все модели были проверены на качество при помощи рекомендованных в литературе критериев оценки.
Полученные результаты мультирегрессионного анализа имеют важное значение понимания происходящих в системе «океан-атмосфера-лёд» изменений, а также могут послужить основой для разработки новых методов диагноза и прогноза ледовых условий Гренландского моря.
Результаты настоящего исследования были представлены на
IV Всероссийской научной конференции молодых учёных «Комплексные исследования Мирового океана» в 2019 г.
Автор выражает искреннюю благодарность своему научному консультанту Тимохову Леониду Александровичу, доктору физикоматематических наук и главному научному сотруднику отдела океанологии ГНЦ «ААНИИ», а также Вязигиной Наталье, сотруднице отдела океанологии, за помощь в написании магистерской диссертации.
