Введение 3
Г лава 1. Данные и методы исследования 5
Глава 2. Анализ океанических и атмосферных потоков тепла 8
Глава 3. Причины междекадной изменчивости океанического потока тепла с 1993 г 11
Глава 4. Связь океанического потока тепла на входе в Баренцево море со скоростью ветра . 14
Глава 5. Связь площади ледяного покрова с потоками тепла в Баренцевом море 16
Заключение 17
Список литературы 19
Актуальность темы исследования
С начала XXI века в северном полушарии отмечается замедление повышения среднегодовой приземной температуры воздуха, однако в Арктике повышение температуры продолжается теми же темпами [7], что связывают с уменьшением площади арктического льда [19,20]. При этом сокращение площади ледяного покрова в Баренцевом море в последние десятилетия является максимальным в арктическом регионе [18,20]. Переносимое океаном и атмосферой тепло в регион Баренцева моря называют одним из основных факторов этого «арктического усиления». Адвективные потоки тепла формируют ледовые условия в Баренцевом море и оказывают влияние на климат всего Евразийского сектора Арктики [4,16]. Изменение теплообмена между океаном и атмосферой, вызванное сокращением площади ледяного покрова в Баренцевом море может являться причиной крупномасштабной изменчивости атмосферной циркуляции [11,21].
На данный момент нет единого мнения о важности вклада океанических и атмосферных потоков тепла в продолжающееся сокращение площади ледяного покрова. Одни авторы указывают на основной вклад адвекции тепла океаном [9], другие же считают, что на межгодовую изменчивость ледяного покрова большее влияние оказывает атмосферная циркуляция [26]. Однако атмосфера влияет на тепловой баланс Баренцева моря не только за счет переносимого ею тепла. Известно, что изменчивость океанического потока тепла на входе в Баренцево море во многом определяется полем ветра [23]. Механизм положительной обратной связи, предложенный в [10], является возможной причиной усиления западных ветров в юго-западной части моря, которые приводят к более интенсивному притоку океанического тепла.
Практическое значение исследования региональных климатических изменений в Арктике заключается в прогнозировании возможности освоения запасов нефти, природного газа и минеральных ресурсов в данном регионе. Кроме того, изменения ледовых условий оказывают существенное влияние на навигацию по Северному морскому пути, который позволяет сократить расстояние между основными портами Европы и Азии примерно на 7000 км.
Цель исследования - исследование гипотезы о механизме положительной обратной связи между изменчивостью океанического потока тепла, площадью ледяного покрова и характером атмосферной циркуляции в районе Баренцева моря на основе данных наблюдений.
Задачи исследования:
1. Рассчитать среднегодовые и сезонные значения океанических и атмосферных потоков тепла и их линейные тренды.
2. Оценить вклад температуры воды и скорости течения в формирование изменчивости океанического потока тепла.
3. Выявить связь изменчивости скоростей Мурманского, Нордкапского и Возвратного течений с градиентами уклона уровня моря и с зональной составляющей скорости ветра.
4. Выявить связь изменчивости площади ледяного покрова Баренцева моря со следующими параметрами: атмосферным потоком тепла, океаническим потоком тепла, скоростью течения и температурой воды.
5. Исследовать гипотезу об эффективности механизма положительной обратной связи в изменчивости адвективных потоков тепла и площади ледяного покрова.
На основе данных ERA-Interim и ARMOR-3D были проанализированы среднегодовые и сезонные значения атмосферных и океанических потоков тепла в Баренцевом море за период 1993-2014 гг. Среднее значение океанического потока, при выбранной базовой температуре - 1,8°C, составило 101 ТВт, а тренд 2 ТВт в год, что согласуется с литературными данными [2,22]. Среднее значение атмосферного потока тепла за все исследуемые года составило 338 ТВт, что тоже согласуется с литературными данными [12]. В сезонном ходе потока океанического и атмосферного тепла в Баренцево море прослеживается характерная для данного региона изменчивость, с максимальными значениями СКО в зимний период и минимальными значениями в летний. Однако, если для океанического потока тепла наблюдаются выраженные линейные тренда за год, и во все сезоны, в атмосферном потоке тепла во все сезоны, кроме лета, и в среднегодовых значениях линейные тренды отрицательны и не являются значимыми. Эти результаты позволяют предположить ведущую роль океанического потока тепла в наблюдаемом долгосрочном уменьшении площади ледяного покрова Баренцева моря. В межгодовой же изменчивости площади ледяного покрова основную роль играет атмосферная циркуляция.
Рост океанических потоков тепла на 40 ТВт за 22 года наблюдений формируется как за счет роста температуры воды, так и за счет увеличения скорости течения. Оценки вклада каждой из этих факторов показали, что основную роль в формировании тренда океанического потока тепла вносит скорость течения (порядка 70%), а температура приносимой воды играет второстепенную роль (около 30%). С учетом доверительных интервалов линий тренда, вклад каждого из компонент может варьироваться в пределах 2-4%. На меньших (межгодовых) временных масштабах, получена значимая положительная корреляция (0,88) между океаническим потоком тепла и скоростью течения (в среднегодовых значениях и во все сезоны), и отсутствие таковой с температурой воды (за исключением слабой корреляции для двух сезонов). Это показывает определяющий вклад скорости течения не только в долгопериодной, но и в межгодовой изменчивости количества тепла, переносимого океаном в Баренцево море. Дальнейший анализ показал связь изменчивости скорости течения с изменением меридионального градиента уровня моря в районе Нордкапского течения, вызываемым конвергенцией Экмановских потоков за счет усиления градиента зональной составляющей скорости ветра на входе в Баренцево море.
Проведенный анализ на натурных данных показал возможность функционирования механизма положительной обратной связи, ранее, на основании данных моделирования, предложенного в [10]. Из-за увеличения океанического потока тепла уменьшается площадь ледяного покрова, что приводит к усилению ветров в западной части Баренцева моря. Увеличение меридиональной изменчивости поля ветра на входе в Баренцево море увеличивает градиент уровня поверхности моря за счет усиления конвергенций Экмановских потоков в районе Нордкапского течения. Это далее увеличивает скорость течения, еще более усиливая поток океанического тепла в Баренцево море.
