Введение 4
1 Теоретическая часть 6
1.1 Внетропические циклоны 6
1.2 Методы идентификации внетропических циклонов 7
1.3 Спутниковые данные для изучения динамики ледяного покрова 9
2 Материалы и методы исследования 12
2.1 Объект исследования 12
2.1.1 Метеорологические условия Берингова моря 12
2.1.2 Особенности ледового режима 13
2.2 Исходные данные и методика работы 15
2.3 Реанализ ERA 5 17
2.3.1 Скорость ветра 17
2.3.2 Атмосферное давление 18
2.4 Площадь морского льда 18
2.5 Радиометры AMSR-2 и AMSR-E 18
3 Оценка ледовых условий в Беринговом море 21
3.1 Площадь ледяного покрова 21
3.2 Ледовитость 22
3.3 Продолжительность ледового периода 22
3.4 Смещение кромки 24
4 Анализ циклоничекой деятельности 29
4.1 Количественная характеристика внетропических циклонов Берингова
моря 29
4.2 Анализ максимальных скоростей ветра во внетропических циклонах 31
4.3 Анализ минимального атмосферного давления во внетропических
циклонах 32
5 Влияние внетропических циклонов на ледяной покров 34
Заключение 54
Список литературы 57
Берингово море, являясь самым северным морем на Дальнем Востоке России, имеет развитый сезонный ледяной покров. Практически все виды хозяйственной деятельности, а также решение задач гидрометеорологических исследований в регионе во многом зависят от знания ледовой обстановки и возможности ее прогнозирования .
В этой связи важными информационными характеристиками ледовых условий являются сплоченность морского льда и положение его кромки, их сезонная и межгодовая изменчивость. Кроме того, оценка и анализ изменчивости ледовых условий в Беринговом море, без сомнения, представляет интерес для исследования проблемы изменения климата. Недавние работы указали на основные различия в поведении ледяного покрова Берингова моря и Северного Ледовитого океана, а именно то, что до сих пор Берингово море активно сопротивлялось сильным изменениям климата, происходящих в настоящее время в Арктике.
Динамика морского льда как важная составляющая климатической системы приводит к изменению свойств морской поверхности, что оказывает влияние на характер взаимодействия океана и атмосферы. Образующиеся при этом участки открытой воды приводят к существенной потере тепла океаном, в результате чего изменяются атмосферная циркуляция и температура воды на различных временных масштабах в деятельном слое океана .
Важнейшими звеньями общей циркуляции атмосферы являются внетропические циклоны. На протяжении долгого времени многие исследования показывают, что изменение климата тесно связано с интенсификацией внетропических циклонов . Изменение в их количестве, размерах и интенсивности приводят к перераспределению энергии и характеристик полей всех метеорологических величин.
Внетропические циклоны могут влиять на ледяной покров за счет переноса тепла и влаги из более южных областей в районы распространения морских льдов, повышая значения потоков явного тепла и длинноволнового излучения на поверхности . При наличии высоких скоростей ветра циклоны могут существенно влиять на скорость и направление дрейфа льда, а также деформировать его за счет ветрового и волнового воздействия .
Цель данной работы заключается в анализе механизма воздействия внетропических циклонов ледяной покров Берингова моря.
Для достижения цели поставлены следующие задачи:
1. Анализ временной изменчивости площади ледяного покрова
2. Анализ продолжительности ледового периода
3. Анализ смещения кромки морского льда
4. Количественный анализ внетропических циклонов
5. Анализ максимальный скоростей ветра во внетропических циклонах
6. Анализ минимальных значений атмосферного давления во внетропических циклонах
7. Анализ изменения ледяного покрова в результате прохождения внетропического циклона над морем
При анализе площади ледяного покрова установлено, что средняя площадь Берингова моря, покрытая льдом, составляет 0.226 млн км2, причем, начиная с 2014 года, значения площади были ниже среднего, а в 2018 году и вовсе минимальной за 45 лет (0.073 млн км2). Это также подтверждает отрицательный тренд, коэффициент детерминации R2 которого составил 0.114. Годом максимальной площади ледяного покрова Берингова моря стал 2012 (0.357 млн км2).
График средних многолетних значений ледовитости, то есть площади, занятой льдом любой сплоченности, в процентах от общей площади моря, показал, что наиболее активная фаза ледообразования отмечается в декабре, затем, в марте, наступает пик ледовитости (27.31 %), и уже в апреле
наблюдается наиболее стремительное таяние льда.
Таблица продолжительности ледового периода Берингова моря показывает, что даты начала ледообразования варьируются от 12 октября (2010 год) до 4 ноября (2015 год), даты полного очищения от льда - от 29 июня (2011 и 2016 года) до 30 июля (2021 год). Средняя продолжительность ледового периода составила 264 суток, как, например, в 2005-2006 годах. Дольше всего море было покрыто льдом в 2013-2014 годах (286 суток), противоположная ситуация отмечается в 2015-2016 годах (255 суток).
При общем анализе скоростей смещения кромки морского льда следует отметить несколько особенностей. Максимальные значения скоростей смещения кромки на юг наблюдаются в декабре, на север - в мае. Вторая особенность состоит в том, что наибольшие значения скоростей смещения кромки как на юг, так и на север наблюдаются вдоль 171-166° з.д. Это объясняется тем, что почти вся область между этими меридианами пролегает в мелководной части Берингова моря, где водные массы аккумулируют в себе значительно меньше тепла, также в этом районе на пути у льда не встречаются крупные участки суши, способные ограничить продвижение его кромки. Третья особенность заключается в относительно низких скоростях смещения кромки от 165° в.д. до 179° в.д. Это район российского побережья, которое расположено на относительно низких широтах, а западный шельф в свою очередь уже через несколько километров переходит в материковый склон, и далее - в глубоководную часть моря. Все это препятствует активному ледообразованию в этом районе.
Из рисунка следует, что наибольшая повторяемость отмечается в феврале и октябре, наименьшая - в июле, где за шесть лет был обнаружен лишь один циклон. По графику средних значений можно отследить динамику частоты появления циклонов в Беринговом море. Так, с января количество ВТЦ растет к февралю, достигая своего пика, затем практически линейно уменьшается до июля, достигая минимума, после чего вновь увеличивается к октябрю, затем небольшой спад в ноябре и снова постепенный рост в декабре.
Стоит отметить преобладание юго-западного направления передвижения внетропических циклонов. Большинство из них доходят до центральных и южных районов моря, после чего затухают. Некоторым циклонам удается достичь полярных и околополярных широт. Если рассматривать межгодовую динамику, то, кроме уменьшения количества циклонов с годами, заметно еще и более раннее затухание, то есть циклоны гораздо реже доходят до полярных и околополярных областей.
...
