Особенности проявления глобального потепления в XX-XXI веке в водах, омывающих архипелаг Шпицберген тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Весман Анна Викторовна
Весман Анна Викторовна
кандидат наук
2022
- Специальность ВАК РФ00.00.00
- Количество страниц 213
Оглавление диссертации кандидат наук Весман Анна Викторовна
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ОБ ИЗМЕНЕНИИ КЛИМАТА И ХАРАКТЕРИСТИКА РАЙОНОВ ИССЛЕДОВАНИЯ
1.1 Понятие «климат» и изменения климата
1.2 Физико-географическое описание региона
1.2.1 Топография дна
1.2.2 Динамика вод
1.2.3 Водные массы и их структура
1.2.4 Залив Китобоев
1.2.5 Циркуляция атмосферы
1.2.6 Индексы циркуляция атмосферы
Выводы к Главе
ГЛАВА 2. ДОЛГОПЕРИОДНАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ ТЕМПЕРАТУРЫ И СОЛЕНОСТИ В ВОДАХ, ОМЫВАЮЩИХ АРХИПЕЛАГ ШПИЦБЕРГЕН ПО Ш^ГТО ДАННЫМ
Введение
2.1 Используемые т^Ьи данные
2.2 Временная изменчивость температуры и солености
2.3 Зависимость температуры воды от температуры воздуха, индексов циркуляции атмосферы и океанических индексов
Выводы к главе
ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ СОГЛАСОВАННОСТИ ИЗМЕНЧИВОСТИ ОКЕАНИЧЕСКИХ АДВЕКТИВНЫХ ПОТОКОВ ТЕПЛА ПРИ ПРОДВИЖЕНИИ НА СЕВЕР ЧЕРЕЗ СЕВЕРОЕВРОПЕЙСКИЙ БАССЕЙН
Введение
3.1 Данные и методы исследования
3.1.1 Данные реанализа ARMOR3D
3.1.2 Тй-Бки данные (буйковые станции в проливе Фрама)
3.1.3 Атмосферные данные
3.1.4 Индексы циркуляции атмосферы
3.1.5 Изучаемый регион и выбор положения разрезов
3.1.6 Адвективные океанические потоки тепла
3.1.7 Атлантические воды в Северо-Европейском бассейне
3.1.8 Вертикальные турбулентные потоки тепла
3.1.9 Валидация потоков тепла, полученных по данным ARMOR3D
3.2 Временная изменчивость потоков тепла вдоль стрежня Норвежского Атлантического течения
Выводы к главе
ГЛАВА 4. ИЗМЕНЕНИЕ ЛЕДЯНОГО ПОКРОВА К СЕВЕРУ ОТ АРХИПЕЛАГА ШПИЦБЕРГЕН
Введение
4.1. Используемые данные и методы расчета
4.2 Изменчивость ледовых условий к северу от архипелага Шпицберген
Выводы к главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
Рекомендованный список диссертаций по специальности «Другие cпециальности», 00.00.00 шифр ВАК
Формирование термического режима вод заливов Западного Шпицбергена2011 год, кандидат наук Павлов, Алексей Кириллович
Эволюция верхнего слоя океана в Северо-Европейском бассейне2011 год, кандидат географических наук Смирнов, Александр Викторович
Изменчивость потоков тепла и влаги в тропосфере над океанами в Северном полушарии и их связь с температурой и важностью воздуха в регионах Северной Евразии2021 год, кандидат наук Морару Евгения Ивановна
Океанологические основы распределения промысловых гидробионтов Баренцева моря2000 год, кандидат географических наук в форме науч. докл. Терещенко, Валентина Валентиновна
Океанические механизмы мультидекадной изменчивости климата в атлантическом секторе Мирового океана2022 год, кандидат наук Багатинский Владислав Андреевич
Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Особенности проявления глобального потепления в XX-XXI веке в водах, омывающих архипелаг Шпицберген»
ВВЕДЕНИЕ
Изменение климата является одним из важнейших глобальных вызовов XX-XXI века, который выходит за рамки научного вопроса и представляет собой комплексную междисциплинарную проблему, охватывающую экологические, экономические и социальные аспекты устойчивого развития (климатическая доктрина РФ, 2009). Впервые шведский ученый Сванте Аррениус (Arrhenius, 1896) озвучил теорию, что изменение концентрации парниковых газов (например, CO2) в атмосфере может влиять на температуру поверхности Земли и приповерхностного слоя атмосферы, и эти изменения будут проявляться наиболее интенсивно в полярных регионах. Данный феномен стал известен под названием «полярного усиления» и находит своё подтверждение в данных наблюдений. Так Рабочая группа по океанам и криосфере межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК) в докладе 2019 (Meredith et al., 2019) года показывает, что приповерхностная температура воздуха в Арктике увеличилась более чем в два раза по сравнению с изменением глобальной средней температуры воздуха.
Архипелаг Шпицберген представляет особый интерес в вопросе изучения изменений климата из-за своего уникального расположения на границе центральной Арктики и СевероЕвропейского бассейна. Пролив Фрама, омывающий западное побережье архипелага является единственным глубоководным проливом, связывающий Арктический Бассейн (АБ) и Субарктику. Таким образом, он является ключевым звеном для понимания роли океанографических процессов, влияющих на изменения, происходящие в Арктике. Через восточную часть пролива Фрама проходит Западно-Шпицбергенское течение (ЗШТ) - одна из ветвей Северо-Атлантического течения, несущего теплые воды во внутренние районы АБ. Ранее считалось, что Атлантические воды (АВ) не оказывают значительного влияния на климат Арктики после того, как они трансформируются и опускаются, проникая в центральную Арктику (Lenn et al., 2009; Sirevaag and Fer, 2012; Rudels et al., 2013). Однако, современные исследования показывают, что АВ могут достигать верхнего перемешанного слоя в Атлантическом секторе Арктики, что может быть связано с недавним потеплением, таким образом, становясь важным фактором изменения климата в Арктическом бассейне (Schlichtholz, 2013; Tverberg et al., 2014; Carmack et al., 2015; Polyakov et al., 2017; Ivanov and Timokhov, 2019; Аксенов и Иванов, 2018). Климат архипелага Шпицберген формируется под совместным воздействием АВ и циркуляции атмосферы. Ледяной покров к северу от архипелага во многом представляет из себя
прикормочную зону льда с активно меняющейся конфигурацией кромки и совместным влиянием факторов, характерных для районов открытого моря и районов, покрытых льдом. Именно здесь происходит интенсивный теплообмен между океаном и атмосферой. Таким образом, изучение особенностей и изменений океанографических и ледовых условий в районе архипелага Шпицберген является крайне важной научной задачей, которая позволит оценить не только наблюдаемые региональные изменения, но и потенциальные изменения, которые можно ожидать в центральной части АБ.
Выбор региона исследования
Пролив Фрама и район архипелага Шпицберген в особенности представляют собой уникальный географический объект. Через Северо-Европейский бассейн и через пролив Фрама осуществляется 75% водообмена и 90% теплообмена Арктического бассейна с Мировым океаном (Семёнов Г.А., 1987). Воды, омывающие архипелаг Шпицберген, обладают широким разнообразием водных масс и сложной динамикой: на западе вдоль континентального склона архипелага проходит Западно-Шпицбергенское течение - оно несет теплые и соленые воды в АБ, погружаясь на большую глубину; над западным шельфом архипелага, на север движутся более пресные и холодные воды Прибрежного течения, образуя Полярный фронт, который отделяет АВ от внутренних вод архипелага. АВ огибают архипелаг с севера, где при благоприятных условиях, наблюдается апвеллинг; с востока происходит частичный возврат трансформированных АВ и вынос Арктических вод (АрВ) и льдов с Восточно-Шпицбергенским течением (ВШТ). Однако, если ограничить район исследования только областью шельфа и Западно-Шпицбергенским течением, большое количество важной информации может быть не учтено.
В работе проведена оценка устойчивости сигнала распространения аномалий АВ при их продвижении на север, а также проверка гипотезы о репрезентативности данных, полученных в более южных районах (например, на разрезе Свиной) для изучения изменчивости, наблюдаемой на севере пролива Фрама на межгодовом временном масштабе. Таким образом, район исследования включает не только воды, непосредственно омывающие архипелаг Шпицберген, но и весь регион распространения АВ с Норвежским Атлантическим течением от разреза Свиной на север. Это позволило наиболее полно описать причины и закономерности, наблюдаемые в районе архипелага.
Таким образом, учитывая всё вышесказанное, актуальность работы определяется уникальным географическим положением архипелага Шпицберген, важностью изучения изменения климата и необходимостью совершенствовать понимание механизмов изменчивости
природных систем для разработки качественных прогнозов и своевременной адаптации к климатическим изменениям.
Объектом исследования является система атмосфера - морской лед - океан в условиях современных изменений климата, тогда как предметом - региональные особенности изменчивости океанографических и ледовых условий в водах, омывающих архипелаг Шпицберген.
Целью данного исследования является установление закономерностей и особенностей долгопериодной изменчивости термохалинных и ледовых характеристик в водах, омывающих архипелаг Шпицберген в условиях современных изменений климата.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
1. Анализ долгопериодной изменчивости термохалинных характеристик вод на основе т-81Ш данных, выделение основных периодичностей и тенденций, выделение исторического периода с наиболее интенсивным проявлением изменений климата исследуемого региона;
2. Характеристика взаимосвязи изменчивости термохалинных характеристик вод и индексов циркуляции атмосферы;
3. Расчет адвективных потоков тепла, переносимого с АВ; оценка трансформации потоков тепла при продвижении на север;
4. Оценка компонентов (адвективных океанических потоков тепла, теплообмена океана и атмосферы, вертикального потока тепла между слоем АВ и нижележащими водами) теплового баланса в исследуемом регионе;
5. Типизация ледовых условий в исследуемом регионе и расчет площади открытой воды к северу от архипелага Шпицберген, выявление тенденций, особенностей и периодичностей изменчивости ледяного покрова;
6. Оценка вклада влияния Атлантических вод в изменчивость ледовых условий к северу от арх. Шпицберген.
Новизна исследования
• Проведен подробный анализ изменчивости термохалинных характеристик вод Западно-Шпицбергенского и Прибрежного течений, получена новая информация о периодичностях и тенденциях изменчивости температуры и солености, в исследуемом районе;
• Представлены новые данные, описывающие согласованность в изменениях адвективных океанических потоков тепла вдоль стрежня АВ при их продвижении на север через Северо-Европейский бассейн, и впервые описана их взаимосвязь с индексами циркуляции атмосферы Вагенгейма-Гирса;
• Предложена авторская типизация ледовых условий к северу от архипелага Шпицберген, получены данные о смене типов характерных ледовых условий в XX-XXI веках и о взаимосвязи ледовых условий, атмосферной циркуляции и характеристик АВ;
Теоретическая и практическая значимость
Изучение арктического региона является одним из приоритетных направлений отечественной науки. Концепция создания и развития Российского научного центра на архипелаге Шпицберген определяет комплексное изучение природной среды и климата архипелага. Основной целью исследований (метеорологических, климатических, океанографических и других) является выявление трендов и эволюции характеристик природной среды (Концепция создания ..., 2014). В рамках данного диссертационного исследования проведен комплексный анализ проявлений изменений климата в районе архипелага Шпицберген. Предложенные и описанные механизмы изменчивости температуры воды и потоков тепла, переносимых АВ, вносят вклад в общее понимание изменения поступающего тепла в центральную Арктику. Полученные данные могут послужить важным дополнительным источником информации для улучшения прогнозов изменения регионального климата и климата Арктики.
Помимо этого, стоит отметить, что понимание прошлых, настоящих и будущих изменений климата и их региональных проявлений является важнейшим звеном в разработке стратегий адаптации и развития общества и экономики к климатическим вызовам. Судоходство в полярных регионах в настоящий момент очень ограничено по времени и подвержено риску, связанному с наличием морского льда. Исследования (Stocker et al., 2020) показывают, что сезон судоходства в районе архипелага Шпицберген для туристических и рыболовных судов составлял в среднем период с июня по август. Однако, в последние годы рыболовные суда заметно продлили сезон: выход в море возможен уже в начале лета в июне - июле и продолжается до ранней зимы - вплоть до начала декабря (Stocker et al., 2020). Для разработки планов деятельности на следующий год компании используют ледовую информацию доступную за предыдущие годы. Благодаря изучению закономерностей и тенденций изменчивости ледяного покрова, данная работа вносит вклад в понимание ледовых условий региона, так как полученные выводы могут быть
использованы для планирования и обеспечения большей безопасности судоходства, рыболовства, а также рекреационной навигации.
Достоверность результатов
Достоверность результатов обеспечивается высоким качеством используемых для анализа данных и современными методиками исследования. Ряды натурных данных о температуре и солености, получены из Базы данных Северных морей (БД СМ), разработанной в отделе взаимодействия океана и атмосферы Арктического и антарктического научно-исследовательского института (ААНИИ) (Короблев А.А. и др., 2007). При создании БД авторами была проведена тщательная проверка качества данных, она включала проверку соответствия измеренных значений характерному интервалу её физической изменчивости, проверку горизонтов наблюдений на предмет их последовательности и возможного дублирования. Проводилась процедура контроля на минимально допустимое число наблюдений на станции, направленная на увеличение однородности конечного набора данных. Эта процедура предотвратила возможное снижение точности оценок средних значений параметров и их дисперсий. По диапазонам инверсии плотности проводился контроль устойчивости слоев. Также проводилась проверка с помощью различных статистических методов (Короблев А.А. и др., 2007). Ряды океанографических данных с буйковых станций, расположенных в проливе Фрама (Beszczynska-M6ller, А., et а1, 2012, 2015) проходили дополнительную обработку, выполненную автором работы, которая подробно описана в разделе 3.1.2. Полученные ряды «т^Ш» данных, использовались для валидации реанализа ARMOR3D (см. Раздел 3.1.9). Для анализа атмосферных процессов использовались современные, известные и хорошо апробированные наборы данных (ERA-Interim, ERA-5 и др.), прошедшие многоуровневые проверки качества данных при их создании. Для анализа изменчивости ледовых условий использовались данные о сплоченности льда международного проекта OSI-SAF, которые проходили несколько стадий обработки и контроля качества при создании ряда данных (см. Раздел 4.1.). Более подробное описание используемых данных представлено в соответствующих разделах диссертации.
Обоснованность научных положений и выводов, представленных в диссертационном исследовании, обеспечивается использованием апробированных и современных методов расчета и анализа эмпирической информации.
Личный вклад автора
Все оригинальные результаты работы получены диссертантом лично. Личный вклад автора состоит в концептуализации, постановке целей и задач, поиску, обработке и анализу
необходимых данных, проведении всех расчетов и визуализации, полученных результатов. Все необходимые расчетные программы были написаны диссертантом лично, если далее в тексте диссертации не указано иначе. Расчетные программы основывались на общепринятых и проверенных методиках. Диссертант принимал активное участие в написании научных статей по теме работы, представлял результаты на научных конференциях, участвовал в научных школах для аспирантов с устными и стендовыми докладами. Работа над главой 3 происходила в рамках проекта "Динамика глубокой конвекции в субполярных и полярных районах океана в условиях меняющегося климата, ее связь с потоками пресной воды и тепла, и влияние на Атлантическую меридиональную термохалинную циркуляцию" (проект Российского научного фонда № 17-1701151). Постановка целей и разработка основных положений этой главы происходила в совместно с доцентом кафедры океанологии СПбГУ, к.г.н. Башмачниковым И.Л. Расчеты и визуализация результатов, выполнены диссертантом лично, за исключением расчетов потоков тепла на границе океан-атмосфера, которые были выполнены в соавторстве с к.ф.-м.н. Голубкиным П.А. Во всех публикациях, выполненных в соавторстве с другими учеными, диссертанту принадлежат результаты расчетов адвективных потоков тепла с АВ, анализ «т-Б^и» данных о температуре воды, анализ данных океанического реанализа (АВМОКЗБ), а также вклад в написание и редакцию статей.
Положения, выносимые на защиту, описывают особенности проявлений изменения климата в районе архипелага Шпицберген:
1. Изменчивость температуры вод в районе Западно-Шпицбергенского течения характеризуются долгопериодным положительным трендом, а также квазипериодическими увеличениями температуры. По пространственно-временным «т-Б^и» данным о температуре воды на западном шельфе архипелага Шпицберген выявлены статистически значимые колебания: 2-3 года, ~6 лет, ~10 лет, а также более длинная гармоника в 15-17,5 лет;
2. На всех разрезах вдоль стрежня распространения АВ от разреза Свиной (65°с.ш.) до севера пролива Фрама (80°с.ш.) доминируют характерные гармоники с небольшим периодом в 2-3 и 5-6 лет и наблюдается согласованность в изменчивости адвективных потоков тепла на северных (от 72°с.ш. до 80°с.ш.) и южных разрезах (от 65°с.ш. до 72°с.ш.);
3. Корреляции межгодовых вариаций адвективных потоков тепла между последовательными широтными разрезами быстро падают от разрезов Свиной (65°с.ш.) до разреза Ян-Майен (71° с.ш.) и между разрезами остров Медвежий (74°с.ш.) и Сёркапп (76,5°с.ш.). Это результат различных тенденций (увеличение адвективных океанических
потоков тепла на южных разрезах и отсутствие соответствующей тенденции на севере изучаемого региона) последних десятилетий в южной и северной частях исследуемого региона. А также разного затухания наблюдаемых периодичностей вдоль пути АВ на север (амплитуда 5-6-летних колебаний снижается значительно быстрее, чем 2-3-летних колебаний);
4. Низкие, но статистически значимые коэффициенты корреляции (-0.4-0.5) между океаническими потоками тепла и атмосферными индексами Северо-Атлантического колебания (САК), Арктической осцилляции (АО) и Восточно-Атлантического колебания (ЕА) наблюдаются только для южных разрезов (65-67.5°с.ш.). С другой стороны, тепловые потоки на всех разрезах последовательно увеличиваются при преобладании западного типа циркуляции атмосферы W и уменьшаются при преобладании меридионального типа погоды C. Данная связь объясняется вариациями полей ветра, характерными для морского побережья («накачка» Экмана);
5. Предложена новая типизация ледовых условий к северу от архипелага Шпицберген. Полученные данные о повторяемости типов кромки льда показывают произошедшую перестройку системы в конце 1990-х годов (преобладание сплоченного льда к северу от архипелага сменяется преобладанием существования полыньи «Залив Китобоев»). Район к северу от архипелага Шпицберген становится свободным ото льда в течении более продолжительного периода времени.
Апробация результатов диссертации проходила на:
1. Международный симпозиум «ESA Living Planet Symposium». Милан, Италия, 13-17 мая 2019, Весман А.В., Башмачников И. Л. Variations of the oceanic heat transport through the North European basin. Постерный доклад (англ.)
2. Международная конференция «POLAR 2018». Давос, Швейцария, 15 - 26 июня 2018, Весман А.В., Башмачников И. Л, Федоров А.М., Колдунов А.В. Changes of the Mixed Layer Depth in the Greenland, Labrador and Irminger Seas. Постерный доклад (англ)
3. Всероссийская конференция «Моря России: методы, средства и результаты исследований». Севастополь, Крым, 24 -28 сентября 2018, Весман А.В., Башмачников И.Л. Сезонная и межгодовая изменчивость адвекции потоков тепла в Северо-Европейском бассейне. Устный доклад
4. Международная конференция «Svalbard Science Conference». Осло, Норвегия, 6-8 Ноября 2017, Весман А.В., Башмачников И.Л., Иванов Б.В. The links between variations of
oceanic heat flux trough the Fram strait and the sea ice conditions to the north of Svalbard Archipelago. Постерный доклад (англ)
5. Всероссийская конференция «Моря России: наука, безопасность, ресурсы», Севастополь, Крым, 3 - 7 октября 2017, Башмачников И.Л., Юрова А.Ю., Весман А.В., Бобылев Л.П. Связь изменчивости океанических и атмосферных потоков тепла в районе Баренцева моря. Постерный доклад
6. Всероссийская конференция «Моря России: наука, безопасность, ресурсы», Севастополь, Крым, 3 - 7 октября 2017, Весман А.В., Иванов Б.В., Волков В.А. Изменения ледяного покрова в северных районах Баренцева моря с 1997 по 2016 гг. Устный доклад
7. ESA Living Planet Symposium, 9-13 мая 2016, Прага, Чехия
"Changes in ice regime, Atlantic water temperature and wind conditions in the area surrounding Spitsbergen" A.Vesman, V.Volkov, B.Ivanov (англ)
8. Interdisciplinary Polar Studies in Svalbard (IPSiS) Meeting, 18-24 Сентября 2015, Лонгйирбьюен, Шпицберген
"Changes in Atlantic water temperature and polynya size in the region north of Spitsbergen" A.Vesman, B.Ivanov, V.Volkov (англ)
Помимо конференций результаты исследования представлялись и обсуждались на ежегодных аспирантских сессиях Международного Центра по Окружающей Среде и Дистанционному зондированию им. Нансена (Санкт-Петербург, Россия, 2014, 2015, 2016, 2017).
Опубликованные результаты. По теме диссертации опубликовано 7 работ, из них 5 в журналах, индексируемых системой SCOPUS, принято участие в разработке базы данных и написании главы монографии посвященной архипелагу Шпицберген:
1. Selyuzhenok, V., Bashmachnikov, I., Ricker, R., Vesman, A., Bobylev, L. Sea ice volume variability and water temperature in the Greenland Sea //The Cryosphere. - 2020. - Т. 14. - №. 2. - С. 477-495. (РИНЦ, SCOPUS, WOS)
2. Тисленко Д.И., Иванов Б.В., Смоляницкий В.М., Священников П.Н., Весман А.В., Isaksen K., Gjelten H. Сезонные и многолетние изменения ледовитости в районе архипелага Шпицберген// в кн. Современное состояние природной среды архипелага Шпицберген: коллективная монография, под общей редакцией д.г.н. Саватюгина Л.М., СПб, ААНИИ. - 2020. - С. 95-103. (РИНЦ)
3. Башмачников И. Л., Федоров А. М., Весман А. В., Белоненко Т. В., Духовской Д.С. Термохалинная конвекция в субполярных морях Северной Атлантики и СевероЕвропейского бассейна СЛО по спутниковым и натурным данным. Часть 2: индексы
интенсивности конвекции //Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. - 2019. - Т. 16. - №. 1. - С. 191-201. (РИНЦ, SCOPUS)
4. Башмачников И. Л., Юрова А. Ю., Бобылев Л. П., Весман А. В. Сезонная и межгодовая изменчивость потоков тепла в районе Баренцева моря//Известия Российской академии наук. Физика атмосферы и океана. - 2018. - Т. 54. - №. 2. - С. 239-250. (РИНЦ, SCOPUS, WOS)
5. Башмачников И. Л., Федоров А. М., Весман А. В., Белоненко Т. В., Колдунов А. В., Духовской Д.С. Термохалинная конвекция в субполярных морях Северной Атлантики и Северо-Европейского бассейна СЛО по спутниковым и натурным данным. Часть 1: локализация областей конвекции //Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. - 2018. - Т. 15. - №. 7. - С. 184-194. (РИНЦ, SCOPUS)
6. Vesman A.V., Ivanov B. V., Volkov V. A. Changes in thermohaline system on the west Spitsbergen shelf since 1950 to present time //Czech Polar Reports. - 2017. - Т. 7. - №. 1. - С. 62-73. (РИНЦ, SCOPUS)
7. Иванов Б.В., Священников П. Н., Уразгильдеева А.В., Прохорова У.В., Весман А.В., Пантелеев В.В., Тисленко Д.И. База данных (регистрационный номер 2016621093), Среднемесячная температура приземного слоя воздуха на архипелаге Шпицберген по данным норвежских и российских метеорологических станций за период 1898 - 2014 гг. (SAT) - 2016. (РИНЦ)
Результаты диссертационных исследований также вошли в отчеты ААНИИ по научно-исследовательским работам, выполнявшимся в рамках ЦНТП Росгидромета, и в ежемесячные аспирантские отчеты Нансен-Центра.
Соответствие паспорту специальности ВАК:
Работа затрагивает следующие разделы паспорта специальности 1.6.17. - «Океанология»:
• Динамические процессы (волны, вихри, течения, пограничные слои) в океане;
• Процессы формирования водных масс, их пространственно-временной структуры, гидрофизические поля Мирового океана;
• Свойства и процессы формирования морских льдов, их распределение и перемещение в Мировом океане;
• Закономерности переноса вещества и энергии в океане.
Структура и объем диссертации
Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения и списка литературы общим объемом 165 наименования (из них 140 на английском языке) и содержит 107 страниц машинописного текста, 4 таблицы и 37 рисунков, а также перевод диссертации на английский язык. Поскольку в каждой главе диссертации используется большой объем различных данных и методов и рассматриваются различные процессы (термохалинная изменчивость, адвективные океанические потоки тепла, ледяной покров и другие), каждая глава сопровождается вступлением и описанием используемых данных и методов для облегчения понимания, и более последовательного повествования.
Во Введении рассмотрена мотивация и обоснование актуальности темы диссертационного исследования, сформулирована цель и основные задачи работы, описана достоверность полученных результатов, изложены основные положения, выносимые на защиту, а также перечислены результаты апробации диссертационной работы.
В Главе 1 рассмотрены основные понятия, используемые в диссертации. В разделе 1.1 рассмотрены понятия «климат», «изменение климата» и «глобальное потепление». Дано описание основных естественных факторов, влияющих на климат Земли, представлений о влиянии человека на климат, механизма полярного усиления и некоторых обратных связей. В разделе 1.2 приведено физико-географическое описание региона исследования: описание топографии дна, основных поверхностных океанических течений, водных масс и характеристик водообмена. Раздел 1.3 посвящен обзору особенностей циркуляции атмосферы в исследуемом регионе и индексов циркуляции атмосферы, используемых для дальнейшего анализа взаимодействия океана и атмосферы.
Глава 2 посвящена анализу долгопериодной изменчивости термохалинных характеристик Западно-Шпицбергенского и Прибрежного течений на основе натурных данных. В разделе 2.1 приведено описание, используемых данных и характеристик Базы Данных Северных морей (БД СМ), также дано описание используемых методов обработки и анализа данных. Раздел 2.2 посвящен анализу результатов, приведены графики изменчивости температуры и солености по глубине и по времени в районе ядра Атлантических вод и на шельфе архипелага Шпицберген, оценена изменчивость и основные характеристики температуры и солёности в разных слоях вод. В разделе 2.3 рассматривается временная изменчивость температуры и солености, выделяются основные периодичности и тенденции.
В Главе 3 рассматривается изменчивость адвективных потоков тепла вдоль стрежня Норвежского Атлантического течения. В разделе 3.1 рассматриваются методы расчетов адвективных океанических потоков тепла, вертикальных турбулентных потоков тепла, валидация данных реанализа ARMOR3D, методы выделения нижней границы слоя АВ и других методов обработки и анализа данных. Раздел 3.2 посвящен изучению временной изменчивости потоков тепла, тепловому балансу слоя АВ в изучаемых регионах, изменчивости адвективных океанических потоков тепла при продвижении на север и взаимосвязь изменчивости потоков тепла и климатических индексов.
Глава 4 посвящена исследованию изменчивости ледяного покрова к северу от архипелага Шпицберген. В разделе 4.1 рассматриваются доступные данные о сплоченности льда, особенности региона полыньи «Залив Китобоев» (Whaler's Bay), а также обосновывается новый подход к типизации ледовых условий к северу от архипелага Шпицберген. Раздел 4.2 посвящен анализу временной изменчивости площади открытой воды и её взаимосвязи с АВ, циркуляцией атмосферы и другими факторами.
В Заключении представлены полученные результаты диссертационной работы и сформулированы основные выводы исследования.
Благодарности
Автор выражает благодарность научному руководителю к.г.н. Иванову Б.В. за помощь в начале карьеры и общее руководство работой, коллективу Нансен-центра и лично к.г.н. Волкову В.А. за уникальный опыт работы в международном коллективе и разнообразных проектах. Особая признательность выражается к.г.н. Башмачникову И.Л. за всестороннюю поддержку, мотивацию, научные идеи, советы и обсуждение результатов, к.г.н. Смирнову А.В. за помощь с базой данных, отзывчивость и полезные советы, PhD Тарасенко А.Д. за обсуждение результатов, неоценимую помощь на финальной стадии написания работы и понимание, Туррини М. за поддержку и мотивацию, Весман Г.А. и Весман В.В. за терпение и создание условий для завершения данной работы. А также множеству коллег, встреченных на конференциях и других научных мероприятиях за поддержание интереса к науке и новые точки зрения.
Похожие диссертационные работы по специальности «Другие cпециальности», 00.00.00 шифр ВАК
Исследование влияния океанических потоков тепла на состояние морского льда Северного Ледовитого океана на основе численного моделирования2022 год, кандидат наук Якшина Дина Фаруковна
Тепловой баланс ледников Земли Норденшельда на примере ледника Альдегонда (о. Западный Шпицберген)2023 год, кандидат наук Прохорова Ульяна Вячеславовна
Пространственно-временная изменчивость адвекции тепла и влаги из океанов Северного полушария в Северную Евразию2022 год, кандидат наук Морару Евгения Ивановна
Арктическое усиление и меридиональные океанические и атмосферные потоки тепла в Арктику2022 год, кандидат наук Латонин Михаил Михайлович
Климатическая изменчивость и термохалинная циркуляция в Атлантическом океане2022 год, кандидат наук Аверьянова Екатерина Анатольевна
Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Весман Анна Викторовна, 2022 год
- /
л 1/ ;
О 500 1000 1500 2000 2500 Distance [km]
Рисунок 22. характерные значения потенциальной плотности АВ при движении на север и временной ход температуры и солености АВ на разрезах Свиной, Гимсой и Сёркапп. Слева -серая заливка - характерные значения потенциальной плотности в зависимости от широты, красный квадрат обозначает изучаемый в диссертации регион; справа - временной ход температуры (верхние графики) и солености (нижние) на разрезах Свиной, Гимсой и Сёркапп (из Бигеу1к, Т. е! а1., 2007)
За основу выбора критерия для выделения нижней границы АВ, были взяты значения потенциальной плотности из Furevik, T. et al., 2007, этот критерий во многом соответствует границам температуры и солености, используемым в других исследованиях. Furevik et al. (2007) дают достаточно большой разброс значений потенциальной плотности. Это происходит из-за увеличения плотности АВ при продвижении на север (Latarius and Quadfasel, 2016). Для выбора наиболее оптимальных параметров средние глубины залегания изопикн были нанесены на вертикальные распределения температуры и солености на различных разрезах (Рисунок 23). Очевидно, что из-за трансформации АВ с продвижением на север, для разных районов необходимо выбирать разные параметры для выделения АВ. Положение изопикн сравнивалось со средними значениями температуры и солености на разрезах, учитывались значения температуры и солености, используемые учеными для выделения АВ в разных районах (Walczowski, W., 2014, Beszczynska-Moller, A., et al, 2012, К.А.Могк and Skagseth, 0., 2010). Таким
образом, были выбраны изопикны 27.8 для разреза Свиной, 27.85 - Вёринг, 27.9 - Ян-Майен, 27.95 - Медвежий, 28 - Сёркапп, Ис-Фьорд и север пролива Фрама.
Рисунок 23. Распределение температуры (левый столбец) и солености (правый столбец) на разрезах (от южных до северных). а, б, в, г - температура воды на разрезах Свиной, Ян-Майен, Сёркапп и Фрам; д, е, ж, з - соленость воды на разрезах Свиной, Ян-Майен, Сёркапп и Фрам соответсвенно; Цветные пунктирные линии - изопикны потенциальной плотности 27.8 - черный, 27.85 - красный, 27.9 - желтый, 27.95 - фиолетовый, 28 - зеленый, более толстая пунктирная линия - нижняя граница слоя АВ на соответствующем разрезе.
3.1.8 Вертикальные турбулентные потоки тепла
Вертикальный турбулентный поток тепла через нижнюю границу слоя, был рассчитан по формуле (4):
Qvert = CppKzdT/dz , (4)
где р =1030 кг/м3 - плотность морской воды; Ср = 3900 Дж/кг1оС1 - темплоемкость морской
воды; dT = T(z =500) - T(z = 600) - разница температур; dz = 100 m - толщина слоя (соответствует разнице глубин между горизонтами). Для сравнения были использованы два метода получения коэффициента вертикального перемешивания Kz: (1) Kz задавался константой, которая соответствовала значению на глубине 500-600 (10-5 m2 c-1) из Fer et al., 2018 и (2) Kz рассчитывался через числа Ричардсона используя схему (Timmermann, R. and Beckmann, A., 2004), которая которая объединяет параметризацию Pacanowski and Philander (1981) с диагностической схемой с использованием длины Монина-Обухова. Рассмотрим, этот метод подробнее. Вертикальная вязкость Vuv и коэффициент диффузии Vts рассчитываются как:
...UV _ ...UV I UV
V l/pp + vmo (5)
VtS = v% + v£0 , (6)
где:
Vuv = --+ (7)
PP П+frR№ b V '
(1+aRi)r'
yUV
yPP = 1+aRi
< = 7^7 + < (8)
Коэффициент вертикального перемешивания Kz соответствует Vpp.
Pacanowski and Philander (1981) параметризуют вертикальное перемешифание, как функцию от числа Ричардсона:
N2
Ы = ли N dv (9)
(—)2 + (dV)2 v ' (dz' + (dz'
используя коэффициенты v0 = 0.01 м2/с, v™ = 10-4 м2/с, vjjs=10-5 м2/с, n = 2, а = 5.
Таким образом, Vpp и Vpp - нелинейные функции вертикального сдвига и частоты Вайсяля-
Брендта. К вышеперечисленному Timmermann, R. and Beckmann, A., 2004 добавили (10):
0.01^-, для |z| < h'
2 л 0—, для |z|>h'
vUV =vts = Iе (10)
umo umo \ м2 л (10)
с
где к' - вертикальная шкала длины, заданная длиной Монина - Обухова. В случае нашего
/-с /ч
исследования мы получаем р^о = Кто = 0 . Подставляя все коэффициенты в формулы 5-6, получаем:
„UV
vts = ——+10-5 (12)
1+5Ri v '
Мы используем геострофические соотношения, чтобы перейти от использования скоростей течения при расчете чисел Ричардсона. Такой переход необходим, так как было показано (подробнее в разделе 3.1.9 Валидация потоков тепла, полученных по данным ARMOR3D), что качество воспроизведения скоростей течений в массиве ARMOR3D хуже, чем данных о температуре и солености. Таким образом, получаем:
П = "7*, (13)
где N - частота Вайсяля - Брендта:
N2 = (14)
р dz' v '
ж получено из геострофических соотношений:
в
2в2+Ш2)
р - плотность морской воды, { - параметр Кориолиса:
[ = 2ш sm ф, (16)
где ю - угловая скорость вращения Земли, ф - широта места.
3.1.9 Валидация потоков тепла, полученных по данным ARMOR3D
Для валидации оценок АВМОЯЗВ было произведено сравнение статистических характеристик всех доступных данных буйковых станций в проливе Фрама (А'1 Б1-Б10) с ближайшим узлом сетки АКМОЯЗО. Интерполяция данных для получения значений реанализа на координатах станции не дала улучшения качества данных, в основном из-за того, что станции расположены близко к узлам сетки (Рисунок 24).
Рисунок 24. Сравнение значений компонент скорости и температуры воды, полученных в ближайшем к буйковой станции узле сетки (синий) и путем интерполяции данных АВМОЯЗБ (зеленый)
Рисунок 25 показывает пример статистического сравнения временных рядов температуры и компонентов скорости течения для in-situ данных и данных реанализа, соответсвующих буйковой станции F5, расположенной на востоке пролива Фрама (78.5°с.ш. и 6°в.д.). Диаграммы Тейлора (Taylor, 2001) показывают, что изменчивость температуры хорошо воспроизводится реанализом ARMOR3D (коэффициент корреляции 0.6). С другой стороны, скорости течений (и потоки тепла), полученные по ARMOR3D, показывают более низкие значения, по сравнению с in-situ данными (Рисунок 25). Среднемесячные значения скорости течения, полученные из данным буйковой станции, также демонстрируют значительно более высокую изменчивость по сравнению с данными ARMOR3D на основе альтиметрии. Для среднегодовых значений компонент скорости U и V, которые представляют основной интерес для данного исследования, корреляции между наборами данными увеличиваются (в представленном примере с 0,5 до 0,7 и с 0,6 до 0,7 соответственно). Удаление долгосрочных трендов из временного ряда приводит к небольшому снижению корреляций для U-компоненты скорости (до 0,4), но корреляция для V-компоненты и температуры воды не меняется. Меридиональная составляющая скорости идет в направлении геострофического течения в регионе. Поэтому его гораздо лучше воспроизводит реанализ ARMOR3D, в основе которого лежат геострофические течения. На рисунке 25 показано, что сезонная и межгодовая изменчивость океанических потоков тепла также воспроизводятся в ARMOR3D с достаточной точностью (коэффициент корреляции составляет 0,6). В компоненте скорости, перпендикулярной склону дна (U в этом примере), можно ожидать сильную агеострофическую составляющую. В целом, при дальнейшем анализе мы можем ожидать более высоких значений точности потоков тепла через широтные разрезы (течения на разрезах в основном проходят вдоль топографии дна и должны быть в значительной степени геострофическими) по сравнению с разрезами, ограничивающими исследуемые субрегионы с запада (направленные вдоль топографии и предположительно содержащие сильную агеострофическую составляющую).
В районах с дрейфующим льдом (Восточно-Гренландское течение) и на более глубоких горизонтах качество данных ARMOR3D по сравнению с данными буйковых станций снижается. Это происходит из-за ухудшения данных спутниковой альтиметрии в покрытых льдом районах и из-за накопления ошибок в процессе нисходящего интегрирования градиентов плотности воды, соответственно. На основе проведенного анализа, бы сделан вывод, что для данного исследования, сфокусированного на верхнем 500-метровом слое и в регионах без зимнего ледяного покрова, данные ARMOR3D достаточно хорошо отражают межгодовую изменчивость потоков тепла.
Рисунок 25. Валидация реанализа ARMOR-3D (синий) против данный буйковой станции F5 (красный), расположенной в районе ЗШТ (78,5° с.ш. 6° в.д.): а) - температура воды (oC), б) -зональная компонента скорости течения U (см/с) и в) - меридиональная компонента скорости течения V (см/с). Левый столбец -диаграммы Тейлора (ARMOR-3D - точка B, in situ - точка A), центр - временные ряды данных, правый столбец - сезонный цикл (и ошибка среднего на 95% доверительном интервале). Данные осреднены для слоя 50-150 метров.
3.2 Временная изменчивость потоков тепла вдоль стрежня Норвежского Атлантического течения
Разрез Свиной является одним из основных районов, где поступление АВ в Североевропейский бассейн постоянно отслеживается (Orvik, Niiler, 2002; Raj et al., 2018). Адвекция тепла по разрезу разделена между тремя основными ядрами теплых вод: береговой ветвью на 10°в.д. (NwACC), несущей более пресную воду балтийского происхождения, на
которую дополнительно влияет пресноводный сток у норвежского побережья (Gascard и Mork, 2008), ветвь на континентальном склоне между 5 и 6°в.д. (NwASC) и полярная фронтальная ветвь между 2 и 3°в.д. (NwAFC). Анализ показывает, что наибольший средний (за исследуемый период) поток тепла направлен на север вместе с NwASC. От разреза Свиной (406 ТВт) до разреза Ян-Майен (341 ТВт) адвекция тепла уменьшается примерно на 1/3. Это согласуется с наблюдаемыми значительными потерями тепла NwASC и NwAFC в направлении внутренней части Лофотенского бассейна, главного резервуара тепла в Североевропейском бассейне (Bjork, 2001; Bosse et al., 2018). Потери тепла NwASC в основном происходят за счет образования вихрей, дрейфующих на запад, в то время как потери тепла NwAFC также являются результатом рециркуляции в южной части Лофотенского бассейна (Raj et al., 2020). Средние интегральные потоки тепла имеют более или менее схожие сезонные закономерности на всех разрезах и для всех лет: поток тепла уменьшается летом и увеличивается зимой. Сезонный цикл регулируется сезонной изменчивостью скорости течения (выше зимой), что согласуется с предыдущими результатами по переносу тепла в этой области (Skagseth et al., 2004, 2008; Mork and Skagseth, 2010, Башмачников и др., 2018а). Зимний максимум NwASC объясняется более высоким градиентом уровня моря, вызванным увеличением Экмановского переноса, связанного с более сильными северными ветрами вдоль скандинавского побережья (Skagseth et al., 2008; Mork and Skagseth, 2010). В данном исследовании был расширен анализ Chafik et al. (2016), которые изучали согласованность межгодовой изменчивости NwASC вдоль плато Вёринг, анализируя межгодовые вариации тепловых потоков дальше на север, вплоть до пролива Фрама.
В среднем за исследуемый период (1993-2017 гг.) основной поток тепла в размере 406 ТВт поступает в Норвежское море через разрез Свиной. Еще 132 ТВт поступают в исследуемый регион с запада, через глубоководный хребет Эгир и зону разлома Ян-Майен (западная граница области А, показанная на рисунке 26). Эти западные пограничные хребты (а также хребты Мона-Книповича дальше на север) не поднимаются выше уровней глубины 1500-2000 м, что намного ниже нижней границы АВ. Динамическая граница топографически управляемой NwAFC, очерчивающая регион исследования с запада, является предметом относительно интенсивного обмена через фронт (Raj et al., 2019). Половина общего поступающего тепла движется дальше на север через разрез Ян-Майен (~ 341 ТВт) на северной границе региона А. Севернее, около 89 ТВт поступает в Баренцево море через западную границу Баренцева моря, а 131 ТВт продолжает двигаться на север через разрез остров Медвежий (северная граница района Б). Только 54 ТВт, около 1/10 тепла, поступающего в Лофотенскую котловину, достигает разреза пролив Фрама (северная граница области Г). Потоки тепла через западную границу областей Б - Г пренебрежимо малы и сильно изменчивы. В области Г поток тепла в западном направлении,
составляющий около 3 ТВт, представляет собой южную ветвь юго-западной рециркуляции АВ в западную часть Гренландского моря (von Appen et al., 2015). Значительное количество тепла теряется из-за вертикального перемешивания через границу АВ (Рисунок 26), в частности в бассейне Лофотенских островов, где эпизодически наблюдается конвекция через нижнюю границу АВ (Bosse et al., 2018; Федоров и др., 2019). Основные компоненты теплового баланса регионов A - Г схематически показаны на рисунке 26. Полученные дисбалансы составляют 1020% приходящих потоков тепла, отражая наблюдаемое потепление АВ в Норвежском море.
Было проведено несколько экспериментов, чтобы проверить чувствительность результатов к изменению входных параметров. Во-первых, в дополнение к оценкам реанализа ERA-Interim, тепловые потоки через поверхность океана также оценивались с использованием альтернативных реанализов: ERA5, ASR, OAFlux, HOAPS. Результаты показывают практически одинаковую межгодовую изменчивость интегральных тепловых потоков по исследуемым регионам (Рисунок 19). Во-вторых, значения адвекции океанического тепла могут зависеть от положения разрезов (иногда на получаемые значения могут влиять довольно небольшие изменения), а также от базовой температуры. Было показано, что вариации положения разрезов, а также выбор базовой температуры (были проверены обычно используемые значения Tref = -1, -0,5 и 0 ° C) действительно влияют на значения тепловых балансов исследуемых субрегионов. Однако, практически не обнаружено никаких изменений ни в десятилетних тенденциях, ни в межгодовых вариациях адвекции тепла океана, основных направлениях этого исследования (Рисунок 21). Это хорошо согласуется с предыдущими результатами Schauer и Beszczynska-Möller (2009), которые рассматривают неопределенности в океанских тепловых потоках, возникающие в результате выбора базовой температуры, и предлагают рассматривать океанические тепловые потоки с точки зрения их изменчивости, а не полагаться на их абсолютные значения.
. Рад. ! б±отвт
-. турб, : 8 ТВт
ТВГ
! Рад. 2+ 0 ТВт
ТВт
Рисунок 26. Компоненты теплового баланса для Районов А-Г. Прямые красные (синие) стрелки показывают приходящий (уходящий) поток океанического тепла с течениями через разрезы, пунктирные стрелки показывают поток скрытого и явного тепла, направленный из океана в атмосферу (синие) и радиацию из атмосферы в океан (красные), изогнутые стрелки показывают вертикальный турбулентный поток тепла, ± ошибки среднего (на 95% доверительном интервале)
АВ изменяют свои свойства при продвижении на север, смешиваясь с окружающей водой и из-за взаимодействия между океаном и атмосферой. Имея разные темпы, которые меняются в пространстве и времени, эти множественные преобразования водных масс добавляют к вариациям скорости течения и вносят свой вклад в потерю корреляций между потоками тепла через разрезы (Рисунок 27). Однако падение корреляции происходит постепенно. Корреляция между соседними разрезами, разделенными 200-300 километрами, высокая (0,7-0,8). Точно так же Бк^веШ й а1. (2008) обнаружил определенную согласованность между вариациями температуры и солености на разрезах Свиной и Сёркапп / западная граница Баренцева моря на десятилетних временных масштабах. Наши результаты показывают, что корреляции между разрезами в Лофотенской котловине снижаются до незначительного уровня к северу от разреза Соркапп.
Наши результаты показывают, что корреляции между разрезами в Лофотенском бассейне падают до незначительных значений с разрезами к северу от Сёркаппа. Падение корреляции может также быть результатом того, что термохалинные аномалии распространяются со средней скоростью 3 см/с (Wa1czowski, 2014) с юга на север, таким образом, чтобы расстояние от 63 до 76°с.ш. будет пройдено за 1-1,5 года. Однако, кросскорреляционный анализ анализируемых
рядом данных показал максимум при нулевом сдвиге, что предполагает одновременные изменения на всех разрезах на межгодовом масштабе.
После удаления тренда из данных с удаленной сезонной составляющей, кросс-корреляция между южными разрезами (от Свиного до Ян-Майена) и северными разрезами (от Сёркаппа до Фрама) возрастает, в то время как наличие или отсутствие трендовой составляющей в данных не влияет на падение корреляции между разрезом Свиной и Ян-Майен (Рисунок 27).
(а)
1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 о
Корреляция меищу разрезами (удалена сезонность)
» • о о о о
•
о О
! i о
0 о
• О о
•
О о
•
(6)
1 ( 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1
О
Корреляция менщу разрезами (удалена сезонность и трецц)
» Л о о о о
л
• „ ° ° • 8 о А А /*>
i 8 »
• г,
• а
•
• Свиной # Вёринг • Ян-Майеч О Медвежий О Сёркапп О Ис-фьорд •Свиной #Вёринг • Ян-Майен О Медвежий О Сёркапп О Ис-фьорд
Рисунок 27. Коэффициенты корреляции между среднемесячными значениями потоков тепла, полученных на анализируемых разрезах (см. Рисунок 20): а) из данных удален сезонный ход, б) из данных удален сезонный ход и тренд
Приведенные выше результаты предполагают различные механизмы, управляющие переносом тепла через южный и северный участки НАФТ. Корреляционный анализ показывает, что только тепловые потоки на южных участках показывают значимую, хотя и не высокую (0,3 -0,5), положительную корреляционную связь с индексами САК, АО и ЕА (таблица 3). Для северных разрезов корреляции опускаются до незначительных, близких к 0, значений. Ранее Chafik et al. (2015) показали, что САК не является движущей силой потока АВ через пролив Фрама, в то время как региональная атмосферная циркуляция является основным движущим фактором. Также Skagseth et al. (2008) и Raj et al. (2018) предполагают, что САК играет важную роль в модуляции транспорта АВ вдоль юго-западного побережья Скандинавии, в то время как Lien et al. (2013) показали, что относительная сила ветвей АВ вдоль западного Шпицбергена и в Баренцевом море сильно зависит от региональной модели атмосферной циркуляции над Шпицбергеном и северо-западной частью Баренцева моря: более активный перенос АВ в Баренцево море сопровождается низким выносом через пролив Фрама (Kalavichchi and Bashmachnikov, 2021). Наши результаты подтверждают, что крупномасштабные атмосферные
структуры (например, САК) влияют только на перенос тепла вдоль более южной части переноса АВ в Северо-Европейском бассейне.
Таблица 3. Коэффициенты корреляции между потоками тепла и различными климатическими индексами (жирный курсив - коэффициенты значимы на уровне 95%)
Свиной Вёринг Ян-Майен Медвежий Сёркапп Фрам
САК 0.46 0.45 0.26 0.09 0.06 -0.02
АО 0.47 0.45 0.23 0.18 0.17 0.05
ЕА 0.39 0.34 0.18 0.13 -0.15 -0.26
АМО 0.13 0.23 0.33 0.21 0.09 0.06
Е -0.09 -0.02 -0.06 0.03 -0.14 -0.25
С -0.46 -0.41 -0.29 -0.26 -0.33 -0.24
W 0.39 0.30 0.25 0.15 0.35 0.38
С другой стороны, наблюдается устойчивый знак корреляций между адвективными потоками тепла на всех разрезах и типами погоды С и W (таблица 3). Несмотря на то, что они значимы только для северной и южной части региона исследования, коэффициенты корреляции между потоками тепла и с западным типом циркуляции атмосферы W остаются положительными, а с центральным типом погоды С остаются отрицательными для всех разрезов. Это свидетельствует о возможном существовании крупномасштабной картины воздействия ветра, ответственной за изменчивость Норвежского Атлантического течения.
Наряду с падением/повышением уровня моря у побережья, которое зависит от направления и интенсивности прибрежной составляющей ветра, мы рассматриваем конвергенцию и дивергенцию потоков Экмана в открытом океане, так называемая накачка Экмана, которая пропорциональна завихрению напряжения ветра. В первом случае вертикальную скорость морской поверхности можно оценить как ж = в то время, как во
втором случае изменение уровня, связанное с переносом Экмана на поверхности моря составляет 1
w = — —гоЬ(т), где т - завихрение напряжения ветра, тг - завихрение напряжения ветра вдоль
берега , р - средняя плотность морской воды, /- параметр Кориолиса и Ь - расстояние от берега. Нас интересуют аномалии вертикальной скорости относительно средних климатических полей ветра, связанных с типами погоды W, С, Е (рисунок 28). Ускорение или замедление течений формируется под воздействием изменений градиентов уровня моря по оси ветвей Норвежского
течения, вызванными полями ветра, характерными для определенного типа погоды. На рисунке 28 изменения уровня моря для каждого из типов погоды относительно среднего климатического состояния представлены в виде аномалий вертикальной скорости, градиенты которых представляют основной интерес.
Вдоль норвежского побережья ожидается ускорение склоновой ветви Норвежского течения из-за повышения уровня моря, вызванного юго-западными ветрами, для типов атмосферной циркуляции Е (рисунок 28в) и W (рисунок 28а), но не для типа С (рисунок 28б). Для типа W антициклоническая завихренность напряжения ветра также приводит к аномалии конвергенции накачки Экмана вдоль норвежского шельфа и над плато Воринг. То же самое наблюдается вдоль материкового склона к западу от границы Баренцева моря. Это дополнительно усиливает повышение уровня моря к востоку от Норвежского склонового течения вплоть до 75°с.ш., поддерживая более высокую скорость течения и более сильную адвекцию тепла. Противоположная тенденция наблюдается для типов Е и С, уменьшая эффект повышения уровня моря у побережья для типа Е или усиливая отрицательные аномалии уровня моря у побережья для типа С. Далее к северу от норвежского шельфа, тип С способствует более сильному оттоку теплых АВ в Баренцево море, тогда как для типа W (и Е) наблюдается обратная ситуация.
К западу от Шпицбергена, для типа W, явное положительное влияние завихренности напряжения ветра на Норвежское течение и ЗШТ наблюдается на 79°с.ш., тогда как южнее ускорение Норвежского течения может быть компенсировано замедлением ЗШТ. Для типа атмосферной циркуляции E ускорение вдоль южной части архипелага сопровождается замедлением при продвижении дальше на север. Для типа C явное замедление как ЗШТ, так и Норвежского атлантического склонового течения определяется падением уровня моря в северовосточном направлении (то есть увеличением отрицательной вертикальной скорости в северовосточном направлении, вызванным накачкой Экмана).
Таким образом, приведенный выше анализ предполагает, что накачка Экмана, вызванная завихрением напряжения ветра, вместе с повышением уровня моря у побережья (в основном вдоль норвежского побережья), должна увеличивать скорость течения в северном направлении практически на всем его пути через Северо-Европейский бассейн для типа атмосферной циркульяции W и спада - для типа циркуляции С Для погоды типа E текущие ускорения и замедления чередуются вдоль оси. При слабом ветре и относительно небольшом изменении аномалий накачки Экмана над Северо-Европейским бассейном выраженного последовательного увеличения или уменьшения скорости течения вдоль стрежня АВ на севере не ожидается.
C 1993 по 2017 годы во временных сериях адвективных потоков тепла не наблюдаются хорошо выраженных долгопериодных трендов (Рисунок 29 а,б), исключение составляет только разрез на западной границе Баренцева моря, где наблюдается устойчивая тенденция к увеличению потока тепла, что соответсвует последним исследованиям в данном районе (Kalavichchi and Bashmachnikov, 2019). На разрезе Свиной можно выделить небольшую тенденцию к росту потока тепла, наиболее сильно эта тенденция проявляется с 2010 года. Эти результаты хорошо соответствуют потеплению АВ в верхнем слое Норвежского моря 2010-2011 годов, выделенному на основе данных буев Арго (Mork et al., 2019) Однако, адвекция тепла через разрез на севере пролива Фрама увеличивается только в начале 2000-х. С 2005 года наблюдается некоторое уменьшение потока тепла, с частичным восстановлением в 2016-2017 годах. В целом, в исследуемый период по полученным данным не было выделено статистически-значимых трендов. Таким образом, несмотря на общее увеличение температуры воды на юге региона, потоки тепла на севере не увеличиваются. Это один из факторов, который может служить причиной уменьшения корреляции между разрезами.
'О'IV „• io'e
Рисунок 28. Аномалии завихренности напряжения ветра (красный - повышение уровня моря, синий - понижение уровня моря в метрах), преобладающее направление (векторы) ветра над Северной Атлантикой, связанное с типами циркуляции: а - W, б - C и в - E, пунктирные линии -батиметрия, красные стрелки - направление распространения АВ
Чтобы выделить скрытые периодичности в потоках тепла был проведен вейвлет анализ (как материнский вейвлет использовался вейвлет Морле) (Torrence and Compo, 1998). На всех разрезах можно отметить основную периодичность в 3 года и 5-6 лет (примеры приведены на Рисунке 29 в, г). Амплитуды вейвлетов уменьшаются с продвижением на север вместе с уменьшением интенсивности средних океанических потоков тепла. Диаграммы кросс-вейвлет анализа показывают (Рисунок 29 д), что потоки тепла на разрезе Свиной и север пролива Фрама обладают определенной согласованностью на периодах 2-5 лет, изменчивость на этих периодах происходит синфазно. На основе этого можно предположить, что на периодах меньше 10 лет существует согласованность в изменчивости адвективных океанических потоков тепла вдоль Норвежского Атлантического течения. Однако, амплитуда 5-летней осцилляции уменьшается на
50% при продвижении от разреза Свиной до разреза остров Медвежий и ещё на 60% от Медвежего до севера пролива Фрама, в то время как амплитуда 3 -летней осцилляции также уменьшается на 40% от Свиного до острова Медвежий, но только на 8% при дальнейшем продвижении на север.
Индексы W и С также обладают схожей периодичностью в 2-3 и 5-7 лет, что ещё больше поддерживает гипотезу о наличие взаимосвязи между адвекцией океанического тепла вдоль Норвежского Атлантического течения и индексами атмосферной циркуляции Вангенгейма-Гирса.
Рисунок 29. Временные серии (а, б) и вейвлет диаграммы (в, г) межгодовой изменчивости адвективных потоков океанического тепла: слева - разрез Свиной, справа - разрез пролив Фрама, д - кросс-вейвлет диаграмма между разрезами Свиной и пролив Фрама
Выводы к главе 3
• На всех разрезах доминирует характерная периодичность с небольшим периодом в 2-3 и 5-6 лет;
• Накачка Экмана, вызванная изменениями завихрения напряжения ветра вместе с эффектом нагона у берега объясняют увеличение адвекции тепла вдоль всего пути Норвежского Атлантического течения при типе циркуляции атмосферы W (или соответственного уменьшения потоков при типе С);
• Наблюдаются значительные различия в межгодовой изменчивости потоков тепла между южными и северными разрезами. Наиболее сильное падение корреляции наблюдается в районе Лофотенского бассейна: между разрезом Свиной и разрезом Ян-Майен и к северу от острова Медвежий. Причиной этого могут служить противоположные тенденции, наблюдаемые в долгопериодной изменчивости с середины 2000-х годов на южных и северных разрезах, а также разное изменение амплитуды межгодовых осцилляций (более длительная 5-летняя осцилляция теряет амплитуду быстрее с продвижением на север, в сравнении с более короткой 2-3-летней);
• Океанический поток тепла в регионах исследования (А-Г) в большой степени сбалансирован потоком тепла в атмосферу и вертикальным перемешиванием. Обмен с атмосферой преобладает в северных районах (к западу от архипелага Шпицберген), в то время как вертикальный обмен с более глубокими слоями играет более важную роль в районе Лофотенского бассейна, где наблюдается достаточно глубокая конвекция;
• Дисбалансы в 10-20% от приходящего тепла приводят к наблюдаемому росту температуры АВ в Северо-Европейском бассейне.
ГЛАВА 4. ИЗМЕНЕНИЕ ЛЕДЯНОГО ПОКРОВА К СЕВЕРУ ОТ АРХИПЕЛАГА ШПИЦБЕРГЕН
Введение
Морской лед - это важная часть меняющейся арктической климатической системы. Наблюдаемое сокращение площади морского ледяного покрова является одним из наиболее ярких проявлений современного изменения климата (Serreze and Barry, 2011; Alekseev et al., 2018; Тисленко Д.И. и др., 2020). Сокращается не только площадь морского льда, но и его толщина (Kwok and Rothrock, 2009; Cavalieri and Parkinson, 2012), существенно сокращается площадь многолетнего морского льда (Maslanik et al. 2007; Nghiem et al. 2007; Юлин и др., 2019), в то время как продолжительность периода таяния увеличивается (Stroeve et al. 2014) и возрастают скорости дрейфа и деформации льда (Rampal et al. 2009). Ученые отмечают важный вклад повышения температуры АВ в сокращение площади морского льда (Polyakov et al., 2017, Аксенов и Иванов, 2018, Selyuzhenok et al., 2020). Площадь ледяного покрова в Арктике сокращается во все сезоны, но наиболее выражены эти потери в летний период в конце сезона таяния (Serreze et al., 2007; Cavalieri and Parkinson, 2012). Onarheim et al., 2018 отмечают, что несмотря на то, что изменению площади льда в Арктике уделяется большое внимание, чаще всего исследования фокусируются на сокращении площади летнего ледяного покрова. В то же время как закономерности и особенности изменений и изменчивости характеристик ледяного покрова в зависимости от сезона или региона исследования остаются менее изученными (Onarheim et al., 2018). Понимание и корректное описание указанных процессов в различных районах Арктики может быть использовано для улучшения климатических прогнозов для средних и высоких широт Северного полушария (Koenigk et al. 2016). Различные регионы Арктики вносят неравный вклад в формирование аномалий крупномасштабной циркуляции атмосферы (Screen 2017). Таким образом, можно предположить, что особенности региональных и сезонных характеристик ледяного покрова в Арктике требуют внимательного изучения. Как было описано в Главе 1, регион к северу от архипелага Шпицберген занимает квазистационарная полынья «Залив Китобоев». Размер полыньи влияет на температуру атмосферы в приземном и пограничном слоях даже на 200 км к югу от полыньи и на эволюцию конвективного атмосферного пограничного слоя во время вторжений холодного воздуха из центральной Арктики (Tetzlaff et al., 2014). В данной главе рассмотрены характеристики ледяного покрова к северу от архипелага
Шпицберген, выделены основные закономерности и особенности, оценены факторы, которые могут оказывать влияние на формирования ледовых условий.
4.1. Используемые данные и методы расчета
Непрерывный мониторинг морского льда во всем мире на ежедневной основе начался с запуска спутника SeaSat в июне 1978 года и в октябре того же года спутника Nimbus 7. Оба имеют на борту радиометр SMMR (Сканирующий многоканальный микроволновый радиометр), производства США. Это был первым спутниковым прибор с многочастотным микроволновым радиометром с двойной поляризацией, который особенно хорошо подходил для мониторинга состояния и динамики морского льда. Американские спутниковые микроволновые радиометры до сих пор обеспечивают непрерывные наблюдения за морским льдом, начиная с 1978 года. Прикладной комплекс для спутникового мониторинга океана и морского льда (OSI SAF) - это часть Европейской организации по эксплуатации метеорологических спутников (EUMETSAT) для производства оперативной спутниковой продукции. Ледовые продукты OSI SAF в высоких широтах производятся совместно Норвежским метеорологическим институтом и Датским метеорологическим институтом. В ходе данного проекта, ряды данных SMMR, SSM/I (специальный микроволновой датчик/имиджер) и SSMIS (специальный микроволновой датчик эхолот-имиджер) с октября 1978 г. по настоящее время для обоих полушарий были обработаны с использованием алгоритма и методологии сплоченности морского льда, согласованных для всех датчиков, используемых с начала наблюдений и по настоящее время (Таблица 4). Данные находятся в свободном доступе на сервере OSI SAF (EUMETSAT, 2015).
Таблица 4. Спутники и датчики, используемые для создания ряда данных о сплоченности морского льда (EUMETSAT, 2015)
Спутник Начало работы Конец работы
Nimbus 7 SMMR Октябрь 1978 Август 1987
DMSP F8 SSM/I Июнь 1987 Декабрь 1991
DMSP F11 SSM/I Декабрь 1991 Май 2000
DMSP F13 SSM/I Март 1995 Октябрь 2009
DMSP F14 SSM/I Май 1997 Август 2008
DMSP F15 SSM/I Декабрь 1999 Январь 2013
DMSP F17 SSMIS Январь 2013 Апрель 2015
Площадь открытой воды рассчитывалась как сумма ячеек сетки, удовлетворяющих условию: сплоченность льда составляет менее 15%. Площадь открытой воды рассчитывалась в пределах зоны очерченной параллелями 79° и 82.5° с.ш. и меридианами 5° и 40° в. д. (Рисунок 30)
Рисунок 30. Пример схемы расчета площади открытой воды к северу от архипелага Шпицберген. Серый цвет - лёд сплоченностью более 15%, синий - сплоченность менее 15%, красная граница - зона расчета.
Ледовые условия к северу от архипелага Шпицберген меняются крайне динамично. Однако, всё их многообразие можно объединить в четыре типа. Тип 1 - район к северу от арх. Шпицберген покрыт льдом, тип 2 - кромка льда проходит к северу от архипелага, 3 - существование полыньи Залив Китобоев, 4 - промежуточный тип, когда образуется «проход» в Баренцево море между кромкой льда и побережьем арх. Шпицберген. Указанные типы представлены на рисунке 31.
Рисунок 31. Иллюстрации типичных ситуаций морского ледового покрова к северу от архипелага Шпицберген.
Разделение ледовых ситуаций по типам происходило в два этапа:
1. Кромка льда, соответствующая границе - сплоченность льда > 15%, аппроксимировалась кривой второго порядка. В зависимости от формы полученной параболы, пересекала или нет, полученная линия берег и других вспомогательных параметров ситуация автоматически относилась к одному из типов;
2. Полученные автоматически результаты просматривались визуально, если тип не соответствовал наблюдаемой картине, решение принималось на основе визуального анализа.
Для сравнения ледовых условий с температурой воздуха использованы сведения о среднемесячной температуре приземного слоя воздуха (ПТВ) на архипелаге Шпицберген, представляющие собой данные норвежских и российских метеорологических станций. (Иванов Б.В. и др., 2016; КогёН й а1., 2014, 2020; 0]е11еп й а1., 2016). Данные доступны с 1898 года по настоящее время. Также использованы данные реанализа ЕЯЛ5 о потоках тепла на границе океан-атмосфера (НегеЬасЬ, Н. е! а1., 2019). При совместном анализе параметров ряды данных анализировались только за период, за который доступны все анализируемые данные.
4.2 Изменчивость ледовых условий к северу от архипелага Шпицберген
На рисунке 32 представлен график повторяемости типов ледовых условий. В начале ряда данных наиболее часто встречается тип 1 (кромка льда доходит до побережья архипелага). С 1997 г. можно отметить перестройку системы, когда преобладающим типом становится тип 2 (образуется полынья «Залив Китобоев»). Повторяемость этого типа растет со временем с некоторым снижением в последние 7 лет, в то время как повторяемость типа 1 существенно снижается с конца 80-х - начала 90-х. Середина 90-х также является переломным моментом, начиная с которого тип 3 (побережье свободно ото льда) начинает появляться регулярно. Повторяемость и продолжительность этого типа также растут. Тип 4 (переходный) наблюдается только в отдельные годы (1990, 1992, 2002, 2006, 2010, 2013, 2016-2018).
Повторяемость типов ледовой кромки к северу от архипелага Шпицберген
оэто^гчт^тшг^юторчгдт^-тщг^оэто^гчтд-и^шг^юторчгмтч^^г^оэт С' 'Л Л О: С' <1 С\ С' О'- <1 С С- О: С] С/ О] С] ллоооооооооооооооооооо
^н^н — ^н^н — — — — — — —I —1—1 —I —гЧ СМ ГЧ Г*1 Г> р) р, р. рд Г^ Р, ГЧ ГЧ г^ г-. ГЧ г^ р.| г^
годы
^^^ВтипЗ тип 4 ---Линейная (тип 1) — - - Линейная (тип 2} — * — Линейная (тип 3) Линейная (тип 4)
Рисунок 32. Повторяемость типов положения ледовой кромки к северу от архипелага Шпицберген и тенденции повторяемости каждого из типов
Если рассмотреть сезонный ход типов ледовых условий, то можно выделить следующие закономерности: наиболее часто воды к северу от архипелага покрыты льдом с марта по июнь и реже всего в сентябре (Рисунок 33). До 2007 года данный тип наблюдается в «зимний» период с января по апрель, но с 2007 он чаще всего наблюдается в календарную весну в апреле-мае, иногда захватывая летние месяцы. В свою очередь, акватория обычно очищается ото льда в августе -октябре. В начале ряда наблюдений кромка льда не пересекает 82° с.ш., но со временем сдвигается дальше на север. Обычно кромка расположена южнее у западного побережья архипелага и севернее у восточного. В 2012 году она уже пересекает 83° с.ш., а в сентябре 2013 достигает 84° с.ш.. Полынья наблюдается вне зависимости от сезона, с максимумами повторяемости в декабре и январе. Максимальная площадь полыньи наблюдается в феврале 2012
и 2014 годов, когда кромка льда достигает 82,5° с.ш. и 50° в.д. и 83° с.ш. и 46° в.д. соответственно. Переходный тип проявляется чаще всего в осенне-зимний период (в начале периода замерзания) с сентября по январь (Рисунок 33).
Рисунок 33. Сезонный ход повторяемости типов ледовой кромки
Площадь открытой воды к северу от архипелага Шпицберген обладает сильной внутригодовой изменчивостью. Наблюдается ярко выраженный положительный тренд (с 1979 по 2018). Максимально легкие ледовые условия (максимальная площадь открытой воды) наблюдаются в 2012, 2013 и 2016 гг. Наиболее тяжелые ледовые условия наблюдаются в апреле, когда в среднем менее 20% площади региона свободны ото льда. Наиболее легкие условия наблюдаются в сентябре, когда в среднем 50% площади очищается ото льда, в некоторые годы это значение превышает 90% (Рисунок 34). В работе Falk-Petersen et al., 2014 отмечают, что сплоченность льда влияет на развитие апвеллинга АВ вдоль северного склона архипелага. При этом, чем больше уменьшается площадь морского льда, тем интенсивнее будет развиваться апвеллинг. Это, в свою очередь, способствует поднятию на поверхность богатых питательными веществами вод, увеличивая продуктивность поверхностных вод и привлечению новых видов.
Рисунок 34. Межгодовая изменчивость площади открытой воды (а), в процентах (%) от площади исследуемого района, сезонная изменчивость площади открытой воды, в % от площади исследуемого района (б)
Помимо тенденции (с 1978 по 2019 г. наблюдается положительный тренд ~25%) к увеличению площади открытой воды к северу от архипелага Шпицберген, в ряде данных можно выделить характерные колебания площади открытой воды в 2-3 и 5-6 лет (Рисунок 35), амплитуда которых увеличивается к концу ряда. Также стоит отметить долгопериодную изменчивость составляющую примерно 14 лет.
Нормализованные вейвлет коэффициенты (площадь открытой воды к северу от Шпицбергена)
1979 1982 1985 1988 1991 1994 1997 2000 2003 2006 2009 2012 2015
Годы
Рисунок 35. Вейвлет-диаграмма, построенная для изменчивости площади открытой воды
Временная изменчивость сплоченности льда к северу от архипелага Шпицберген имеет высокую связь с аналогичной изменчивостью поверхностной температуры воздуха (ПТВ) (коэффициент корреляции 0,72). Однако, анализируя данные о ПТВ, нельзя забывать о положительной обратной связи. В первом приближении, повышение температуры воздуха ведет к сокращению площади льда, а соответствующее увеличение площади свободной ото льда водной поверхности способствует последующему увеличению ПТВ. Таким образом, из-за очевидной взаимозависимости температура воздуха не рассматривалась, как основной воздействующий фактор. Пики, выделенные по результатам вейвлет-анализа, хорошо соответствуют периодичностям, выделенным по данным о температуры АВ в Главе 2 (раздел 2.3). В изменчивости температуры АВ и площади открытой воды наблюдается высокая степень согласованности (Рисунок 36), однако, коэффициент корреляции остается невысоким и составляет 0,47. При этом максимальные его значения наблюдаются на сдвиге в 1 месяц (ряд данных площади открытой воды запаздывает относительно ряда данных температуры АВ), что соответствует скорости распространения АВ, при учете, что данные о температуре АВ получены на 78,8°с.ш.).
годы годы
Рисунок 36. а) изменчивость среднегодовых значений температуры воздуха и площади открытой воды; б) среднемесячные и среднегодовые значения температуры АВ и площади открытой воды
Помимо выявленных особенностей, важную роль в формировании полыньи играет направление приземного ветра. В первом приближении в воздействии ветра можно выделить два основных механизма. Первым механизмом является непосредственный дрейф льда под воздействием ветра - северный ветер выносит лёд из АБ и способствует «закрытию» полыньи, в то время, как южный
ветер способствует тому, что кромка льда отодвигается дальше на север. Вторым механизмом является преобладание ветров, способствующих образованию апвеллинга. В случае с северным побережьем архипелага Шпицберген было отмечено, что таким преобладающим направлением является северо-восточное, обеспечивающее, практически на протяжении всего года, условия, при которых поддерживается поступление более теплых АВ к поверхности. Практически постоянный апвеллинг вместе с увеличением температуры АВ способствуют поддержанию Залива Китобоев свободным ото льда. Помимо прямой взаимосвязи между температурой воздуха и площадью открытой воды/сплоченностью льда к северу от архипелага, при которой увеличение температуры воздуха способствует сокращению площади льда, наблюдается сильная обратная связь. А именно, с увеличением полыньи и продолжительности её существования, увеличивается поток тепла, направленный из океана в атмосферу, тем самым увеличивая температуру воздуха в регионе. В работе ОпагЬе1ш й а1. 2018 отмечают, что поток тепла переносимый с АВ в большой степени достигает поверхности океана, таким образом, наблюдаемое увеличение температуры АВ ещё больше усиливает отдачу тепла из океана в атмосферу. На основе реанализа ЕЯЛ5 были получены данные о межгодовой изменчивости потока тепла, направленный из океана в атмосферу в районе полыньи Залив Китобоев. В полученном ряде данных выделяется положительный тренд (4 ТВт за последние 40 лет). Максимальная корреляция (0,52) наблюдается на временном сдвиге в 2 месяца, при этом ряд данных о потоках тепла океан-атмосфера запаздывает относительно площади открытой воды. При годовом осреднении корреляция возрастает до 0,6. Изменчивость потока тепла и площади открытой воды представлена на рисунке 37.
Рисунок 37. Изменчивость потока тепла океан-атмосфера и площади открытой воды (тонкие линии - среднемесячные данные, толстые - среднегодовые)
Выводы к главе 4
• Представлена авторская классификация ледовых условий к северу от архипелага Шпицберген;
• Середина 1990-х является переломным моментом, когда повторяемость появления типа1 (акватория к северу от Шпицбергена покрыта льдом) существенно снижается, а преобладающим становится тип 3 - «существование квазистационарной полыньи», а также растет повторяемость появления типа 2 - «побережье свободно ото льда»;
• Переходный четвертый тип наблюдался только в отдельные годы: 1990, 1992, 2002, 2006, 2010, 2013, 2016-2018, чаще всего в осенне-зимний период (в начале периода замерзания) с сентября по январь;
• Максимальная площадь полыньи наблюдалась в феврале 2012 и 2014 годов, когда кромка льда достигает 82,5° с.ш. и 50° в.д. и 83° с.ш. и 46° в.д. соответственно;
• Максимально легкие ледовые условия наблюдались в 2012, 2013 и 2016 годы;
• В ряде данных о площади открытой воды наблюдается изменчивость с характерными периодами колебаний равными 2-3, 5-6 и 14 лет;
• Преобладающим направлением ветра (8-9 месяцев из 12) является северо-восточное, таким образом, практически на протяжении всего года сохраняются условия, которые поддерживают поступление более теплых АВ к поверхности. Устойчивый апвеллинг вместе с наблюдаемым увеличением температуры АВ способствуют образованию квазистационарной полыньи «Залив Китобоев»;
• Потоки тепла, направленные из океана в атмосферу в районе полыньи Залив Китобоев, увеличились примерно на 4 ТВт за последние 40 лет. Наибольшая взаимосвязь между потоком тепла и площадью открытой воды наблюдается на сдвиге в 2 месяца.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В настоящей работе исследована изменчивость термохалинных и ледовых характеристик в XX-XXI веке, а также изменчивость потоков тепла поступающих в АБ из Северо-Европейского бассейна и через пролив Фрама. Проведен всесторонний анализ проявлений изменения климата в исследуемом регионе и возможных взаимосвязей изучаемых параметров. Основные выводы диссертационной работы можно сформулировать следующим образом:
1. В районе западного шельфа архипелага Шпицберген в 1960-е, в период 1995-1998 и в 2004-2005 годах наблюдается значительное понижение солености (до <33%, в точке 7 до 31,5%). Понижение солености 60-х и 90-х можно объяснить продвижением соленостной аномалии, а то время как понижение солености 2000-х с большей вероятностью объясняется отрицательным балансом масс ледников на архипелаге и соотвествующим пресноводным стоком, либо усиливающимся выносом АрВ с ВШТ;
2. Термохалинные характеристики вод ЗШТ обладают изменчивостью с характерными циклами 2-3, 5-6 и 10-11 лет;
3. Взаимосвязь между индексами циркуляции атмосферы и температурой воды не была обнаружена, что может говорить о том, что крупномасштабные процессы не воспроизводят региональную изменчивость, либо период осреднения (год) слишком велик. Значимые коэффициенты корреляции были обнаружены для температуры воды в районе ЗШТ и индексами Вангенгейма-Гирса (Е и W), что может быть связано с направлением преобладающих ветров;
4. Наибольшая взаимосвязь обнаружена между Индексом положения северной стены Гольфстрима и температурой АВ, а также значимые коэффициенты корреляции были получены для пар АМО - температура АВ, что позволяет сделать вывод, что океанические процессы и изменчивость структуры АВ к югу от региона исследования в большой степени определяют изменчивость ЗШТ;
5. Проведенный анализ показывает определенную согласованность в изменениях адвективных океанических потоков тепла вдоль стрежня АВ при их продвижении на север через Северо-Европейский бассейн. На всех разрезах доминирует характерная периодичность с небольшим периодом в 2-3 и 5-6 лет, в то же время по результатам кросс-вейвлет анализа наблюдается согласованность в изменчивости потоков тепла на северных и южных разрезах;
6. «Накачка» Экмана, вызванная изменениями завихрения напряжения ветра вместе с эффектом нагона у берега объясняют увеличение адвекции тепла вдоль всего пути Норвежского Атлантического течения при типе циркуляции атмосферы W (или соответсвенного уменьшения потоков при типе С).
7. Океанический поток тепла в регионах исследования (А-Г) в большой степени сбалансирован потоком тепла в атмосферу и вертикальным перемешиванием. Обмен с атмосферой преобладает в северных районах (к западу от архипелага Шпицберген), в то время как вертикальный обмен с более глубокими слоями играет более важную роль в районе Лофотенского бассейна, где наблюдается достаточно глубокая конвекция. Дисбалансы в 10-20% от приходящего тепла приводят к наблюдаемому росту температуры АВ в Северо-Европейском бассейне.
8. Наблюдаются значительные различия в межгодовой изменчивости потоков тепла между южными и северными разрезами. Наиболее сильное падение корреляции наблюдается в районе Лофотенского бассейна: между разрезом Свиной и разрезом Ян-Майен и к северу от острова Медвежий. Причиной этого могут служить противоположные тенденции, наблюдаемые в долгопериодной изменчивости с середины 2000-х годов на южных и северных разрезах, а также разное изменение амплитуды межгодовых осцилляций (более длительная 5-летняя осцилляция теряет амплитуду быстрее с продвижением на север, в сравнении с более короткой 2-3-летней);
9. Новая предложенная классификация ледовых условий к северу от архипелага Шпицберген описывает четыре характерные ситуации: северное побережье архипелага покрыто льдом, северное побережье свободно ото льда, полынья «Залив Китобоев»;
10. На основе предложенной классификации были выделены закономерности и тенденции в изменчивости ледовых условий: наблюдается значительное сокращение ледовитости в исследуемой зоне, с середины 1990-х преобладающим типом ледовых условий становится полынья «Залив Китобоев»;
11. Развитие полыньи связано с изменчивостью температуры АВ, а также с направлением ветра, который либо уносит лед из изучаемой зоны (южный ветер), либо создает благоприятные для апвеллинга условия, способствуя поступлению теплых АВ к поверхности;
12. Увеличение площади открытой воды ведёт к увеличению потока тепла из океана в атмосферу, за последние 40 лет, поток увеличился на 4 ТВт.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Аксенов П. В., Иванов В. В. «Атлантификация» как вероятная причина сокращения площади морского льда в бассейне Нансена в зимний сезон //Проблемы Арктики и Антарктики. - 2018. - Т. 64. - №. 1. - С. 42-54.
2. Барашкова Н. К. Классификация форм атмосферной циркуляции: учебное пособие: [для студентов вузов, обучающихся по направлению "Гидрометеорология"]// Нац. исслед. Том. гос. ун-т. - Томск : Издательство Томского университета - 2015 -124С.
3. Башмачников И. Л. и др. Сезонная и межгодовая изменчивость потоков тепла в районе Баренцева моря //Известия Российской академии наук. Физика атмосферы и океана. -2018а. - Т. 54. - №. 2. - С. 239-250.
4. Башмачников И. Л. и др. Термохалинная конвекция в субполярных морях Северной Атлантики и Северо-Европейского бассейна СЛО по спутниковым и натурным данным. Часть 1: локализация областей конвекции //Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. - 2018б. - Т. 15. - №. 7. - С. 184-194.
5. Башмачников И. Л. и др. Термохалинная конвекция в субполярных морях Северной Атлантики и Северо-Европейского бассейна СЛО по спутниковым и натурным данным. Часть 2: индексы интенсивности конвекции //Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. - 2019. - Т. 16. - №. 1. - С. 191-201.
6. Большаков В. А., Капица А. П. Уроки развития орбитальной теории палеоклимата //Вестник РАН. - 2011. - Т. 81. - №. 7. - С. 603-612.
7. Вангенгейм Г.Я. Материалы для построения синоптических методов характеристики климата // Известия ГГО - 1933. № 2-3. С. 3-16.
8. Воробьев В. Н., Смирнов Н. П. Арктический антициклон и динамика климата Северной Полярной области //СПб.: Изд-во РГГМУ - 2003 - 81С.
9. Добровольский А. Д. Об определении водных масс //Океанология. - 1961. - Т. 1. - №. 1. -С. 12-24.
10. Иванов Б. В. и др. Среднемесячная температура приземного слоя воздуха на архипелаге Шпицберген по данным норвежских и российских метеорологических станций за период 1898-2014 гг.(8АТ). - 2016 [база данных].
11. Климатическая доктрина РФ: [Распоряжение: утверждено Президентом РФ, 17 дек. 2009 № 861-рп] // Собрание законодательства РФ - 2009. - № 51. - С. 6305.
12. Концепция создания и развития Российского научного центра на архипелаге Шпицберген: [Распоряжение: утверждено Правительством РФ, 2 сент. 2014 № 1676-р] // - 2014 - 18С.
13. Кораблев А. А., Пнюшков А. В., Смирнов А. В. Создание океанографической базы данных для мониторинга климата в Северо-Европейском бассейне Арктики //Труды ААНИИ. -2007. - Т. 447. - С. 85-108.
14. Латонин М. М., Башмачников И. Л., Бобылёв Л. П. Явление арктического усиления и его движущие механизмы //фундаментальная и прикладная гидрофизика. - 2020. - Т. 13. - №. 3. - С. 3-24.
15. Махотин М. С., Иванов В. В. Распространение атлантических водных масс в Баренцевом море по данным наблюдений и численного моделирования //Труды Гидрометеорологического научно-исследовательского центра РФ. - 2016. - №. 361. - С. 169-191.
16. Монин А. С., Сонечкин Д. М. Колебания климата по данным наблюдений // Инст-т океанологии им.Ширшова РАН. М.: Наука - 2005 - 191С.
17. Никифоров Е. Г., Шпайхер А. О. Закономерности формирования крупномасштабных колебаний гидрологического режима Северного Ледовитого океана. - Гидрометеоиздат
- 1980.
18. Семёнов Г. А. Крупномасштабная циркуляция вод и адвекция тепла течениями в СевероЕвропейском бассейне // автореферат - Ленинград - 1987 - 24С.
19. Смирнов Н. П., Воробьев В. Н., Кочанов С. Ю. Северо-Атлантическое колебание и климат //СПб.: Изд-во РГГМУ. - 1998. - 122С.
20. Тисленко Д.И. и др. Сезонные и многолетние изменения ледовитости в районе архипелага Шпицберген// в кн. Современное состояние природной среды архипелага Шпицберген: коллективная монография, под общей редакцией д.г.н. Саватюгина Л.М., СПб, ААНИИ.
- 2020. - С. 95-103.
21. Федоров А. М., Башмачников И. Л., Белоненко Т. В. Зимняя конвекция в Лофотенской котловине по данным буев ARGO и гидродинамического моделирования // Вестник Санкт-Петербургского университета. Науки о Земле. - 2019. - Т. 64. - № 3. - С. 491-511
22. Хайруллина Г. Р., Астафьева Н. М. Квазидвухлетние колебания в атмосфере Земли. Обзор: наблюдение и механизмы формирования //Инст. косм. исследований РАН (ИКИ РАН), Москва. - 2011. - Т. 2163.
23. Электронный атлас Баренцево море [Электронный ресурс] // ААНИИ http://www.aari.ru/resources/a0013 17/barents/atlas barents sea/ Atlas Barenc Sea seasons/text/Barenc.htm (дата обращения 10.08.2021)
24. Юлин А. В., Вязигина Н. А., Егорова Е. С. Межгодовая и сезонная изменчивость площади льдов в Северном Ледовитом океане по данным спутниковых наблюдений //Российская Арктика. - 2019. - №. 7. - С.28-40.
25. Яковлева Н. И. О квазидвухлетнем цикле в колебаниях давления и температуры воздуха над северным полушарием //Труды ГГО. - 1976. - №. 380. - С. 63-68.
26. Aagaard K., Foldvik A., Hillman S. R. The West Spitsbergen Current: disposition and water mass transformation //Journal of Geophysical Research: Oceans. - 1987. - Т. 92. - №. C4. - С. 3778-3784.
27. Aas K. S. et al. The climatic mass balance of Svalbard glaciers: a 10-year simulation with a coupled atmosphere-glacier mass balance model //The Cryosphere. - 2016. - Т. 10. - №. 3. -С. 1089-1104.
28. Alekseev G. V. et al. Arctic sea ice cover in connection with climate change //Izvestiya, Atmospheric and Oceanic Physics. - 2015. - Т. 51. - №. 9. - С. 889-902.
29. Alduchov O. A., Eskridge R. E. Improved Magnus form approximation of saturation vapor pressure //Journal of Applied Meteorology and Climatology. - 1996. - Т. 35. - №. 4. - С. 601609.
30. Arrhenius S. On the influence of carbonic acid in the air upon the temperature of the ground //The London, Edinburgh, and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science. - 1896. - Т. 41. - №. 251. - С. 237-276.
31. Bacon S. et al. Arctic mass, freshwater and heat fluxes: Methods and modelled seasonal variability //Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences. - 2015. - Т. 373. - №. 2052. - С. 20140169.
32. Bashmachnikov I. L. et al. Eddies in the North Greenland Sea and Fram Strait from satellite altimetry, SAR and high-resolution model data //Journal of Geophysical Research: Oceans. -2020. - Т. 125. - №. 7. - С. e2019JC015832.
33. Belkin, I.M. Propagation of the "Great Salinity Anomaly" of the 1990s around the northern North Atlantic // Geophysical Research Letters - 2004. - Т.31- №8 - С. L08306.
34. Beszczynska-Moller A., A., Fahrbach, E., Schauer, U. and Hansen, E. Variability in Atlantic water temperature and transport at the entrance to the Arctic Ocean, 1997-2010 //ICES Journal of Marine Science. - 2012. - Т. 69. - №. 5. - С. 852-863.
35. Beszczynska-Moller, A.6 von Appen, W.-J., Fahrbach, E. Physical oceanography and current meter data from moorings F1-F14 and F15/F16 in the Fram Strait, 1997-2012 [Электронный ресурс] // PANGAEA, doi:10.1594/PANGAEA.150016 (дата обращения: 10.08.2021)
36. Bjerknes J. Atlantic air-sea interaction //Advances in geophysics. - Elsevier, 1964. - T. 10. - C. 1-82.
37. Bjork G., Gustafsson B. G., Stigebrandt A. Upper layer circulation of the Nordic seas as inferred from the spatial distribution of heat and freshwater content and potential energy //Polar Research.
- 2001. - T. 20. - №. 2. - C. 161-168.
38. Blindheim J. et al. Upper layer cooling and freshening in the Norwegian Sea in relation to atmospheric forcing //Deep Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers. - 2000. - T. 47. - №. 4. - C. 655-680.
39. Bosse A. et al. Atlantic water transformation along its poleward pathway across the Nordic Seas //Journal of Geophysical Research: Oceans. - 2018. - T. 123. - №. 9. - C. 6428-6448.
40. Boyd T. J., D'Asaro E. A. Cooling of the West Spitsbergen Current: wintertime observations west of Svalbard //Journal of Geophysical Research: Oceans. - 1994. - T. 99. - №. C11. - C. 22597-22618.
41. Brodeau L. et al. Climatologically significant effects of some approximations in the bulk parameterizations of turbulent air-sea fluxes //Journal of Physical Oceanography. - 2017. - T. 47. - №. 1. - C. 5-28.
42. Brunke M. A. et al. Which bulk aerodynamic algorithms are least problematic in computing ocean surface turbulent fluxes? //Journal of Climate. - 2003. - T. 16. - №. 4. - C. 619-635.
43. Carmack E. et al. Toward quantifying the increasing role of oceanic heat in sea ice loss in the new Arctic //Bulletin of the American Meteorological Society. - 2015. - T. 96. - №. 12. - C. 2079-2105.
44. Cavalieri D. J., Parkinson C. L. Arctic sea ice variability and trends, 1979-2010 //The Cryosphere. - 2012. - T. 6. - №. 4. - C. 881-889.
45. Chafik L. et al. On the flow of Atlantic water and temperature anomalies in the Nordic Seas toward the Arctic Ocean //Journal of Geophysical Research: Oceans. - 2015. - T. 120. - №. 12.
- C. 7897-7918.
46. Chafik L. et al. Global linkages originating from decadal oceanic variability in the subpolar North Atlantic //Geophysical Research Letters. - 2016. - T. 43. - №. 20. - C. 10,909-10,919.
47. Cokelet E. D., Tervalon N., Bellingham J. G. Hydrography of the West spitsbergen current, svalbard branch: autumn 2001 //Journal of Geophysical Research: Oceans. - 2008. - T. 113. -№. C1.
48. Cottier F. R. et al. Wintertime warming of an Arctic shelf in response to large-scale atmospheric circulation //Geophysical Research Letters. - 2007. - T. 34. - №. 10.
49. Croll J. Climate and time //Nature. - 1875. - T. 12. - №. 304. - C. 329-329.
50. Delworth T. L., Mann M. E. Observed and simulated multidecadal variability in the Northern Hemisphere //Climate Dynamics. - 2000. - Т. 16. - №. 9. - С. 661-676.
51. Dickson R. R. et al. The Arctic ocean response to the North Atlantic oscillation //Journal of Climate. - 2000. - Т. 13. - №. 15. - С. 2671-2696.
52. Dickson B., Meincke J., Rhines P. Arctic-subarctic ocean fluxes: defining the role of the northern seas in climate //Arctic-Subarctic Ocean Fluxes. - Springer, Dordrecht, 2008. - С. 1-13.
53. Dijkstra H. A. et al. On the physics of the Atlantic multidecadal oscillation //Ocean Dynamics. -2006. - Т. 56. - №. 1. - С. 36-50.
54. Edson J. B. et al. On the exchange of momentum over the open ocean //Journal of Physical Oceanography. - 2013. - Т. 43. - №. 8. - С. 1589-1610.
55. Enfield D. B., Mestas-Nunez A. M., Trimble P. J. The Atlantic multidecadal oscillation and its relation to rainfall and river flows in the continental US //Geophysical Research Letters. - 2001. - Т. 28. - №. 10. - С. 2077-2080.
56. EUMETSAT Ocean and Sea Ice Satelitte Application Facility. Global sea ice concentration reprocessing dataset 1978-2015 [Электронный ресурс] // Norwegian and Danish Meteorological Institutes - 2015 - v1.2 http://osisaf.met.no (дата обращения 10.08.2021)
57. Fahrbach, E. ASOF-N: Arctic-Subarctic Ocean Flux Array for European Climate: North // Contract No: EVK2-CT-2002-00139; final report. Arctic-Subarctic Ocean Flux Array for European Climate: North - 2006.
58. Fairall C. W. et al. Bulk parameterization of air-sea fluxes: Updates and verification for the COARE algorithm //Journal of climate. - 2003. - Т. 16. - №. 4. - С. 571-591.
59. Falk-Petersen S. et al. At the rainbow's end: high productivity fueled by winter upwelling along an Arctic shelf //Polar Biology. - 2015. - Т. 38. - №. 1. - С. 5-11.
60. Fer I. et al. The dissipation of kinetic energy in the Lofoten Basin Eddy //Journal of Physical Oceanography. - 2018. - Т. 48. - №. 6. - С. 1299-1316.
61. Folland C. K., Parker D. E., Kates F. E. Worldwide marine temperature fluctuations 18561981 //Nature. - 1984. - Т. 310. - №. 5979. - С. 670-673.
62. Furevik T., Mauritzen C., Ingvaldsen R. The flow of Atlantic water to the Nordic Seas and Arctic Ocean //Arctic alpine ecosystems and people in a changing environment. - Springer, Berlin, Heidelberg, 2007. - С. 123-146.
63. Gascard J. C., Mork K. A. Climatic importance of large-scale and mesoscale circulation in the Lofoten Basin deduced from Lagrangian observations //Arctic-subarctic ocean fluxes. -Springer, Dordrecht, 2008. - С. 131-143.
64. Gascard J. C., Richez C., Rouault C. New insights on large-scale oceanography in Fram Strait: the West Spitsbergen Current //Coastal and Estuarine Studies. - 1995. - С. 131-131.
65. Gjelten H. M. et al. Air temperature variations and gradients along the coast and fjords of western Spitsbergen // Polar Research. - 2016. - Т. 35. - №. 1. - С. 29878.
66. Goosse H. et al. Quantifying climate feedbacks in polar regions //Nature communications. -
2018. - Т. 9. - №. 1. - С. 1-13.
67. Guinehut S. et al. Combining Argo and remote-sensing data to estimate the ocean three-dimensional temperature fields—A first approach based on simulated observations //Journal of Marine Systems. - 2004. - Т. 46. - №. 1-4. - С. 85-98.
68. Guinehut S. et al. High resolution 3-D temperature and salinity fields derived from in situ and satellite observations //Ocean Science. - 2012. - Т. 8. - №. 5. - С. 845-857.
69. Hansen, B. et al. The inflow of Atlantic water, heat, and salt to the nordic seas across the Greenland-Scotland ridge //Arctic-Subarctic Ocean Fluxes. - Springer, Dordrecht, 2008. - С. 15-43.
70. Hanssen-Bauer I. et al. Climate in Svalbard 2100 //A knowledge base for climate adaptation. -
2019.
71. Hersbach, H. et al. ERA5 monthly averaged data on single levels from 1979 to present [Электронный ресурс] // Copernicus Climate Change Service (C3S) Climate Data Store (CDS). 2019 https://doi.org/10.24381/cds.f17050d7 (дата обращения: 26.08.2021) [база данных].
72. Huth R. et al. Classifications of atmospheric circulation patterns: recent advances and applications //Annals of the New York Academy of Sciences. - 2008. - Т. 1146. - №. 1. - С. 105-152.
73. IPCC. Climate change: The IPCC Scientific Assessment // Cambridge University Press -Cambridge - 1990 - 414C.
74. IPCC. Climate change 1995: The science of climate change: contribution of working group I to the second assessment report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. - Cambridge University Press -Cambridge - 1996. - Т. 2. - 571C.
75. IPCC. Climate Change 2001: The Scientific Basis. Contribution of Working Group I to the Third Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. - Cambridge University Press - Cambridge - 2001 -881C.
76. IPCC. Climate Change 2007: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. - Cambridge University Press - Cambridge - 2007 - 996C.
77. IPCC. Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. - Cambridge University Press - Cambridge - 2013 - 1535C.
78. Ivanov V. V., Timokhov L. A. Atlantic Water in the Arctic Circulation Transpolar System //Russian Meteorology and Hydrology. - 2019. - T. 44. - №. 4. - C. 238-249.
79. Johns W. E. et al. Continuous, array-based estimates of Atlantic Ocean heat transport at 26.5 N //Journal of Climate. - 2011. - T. 24. - №. 10. - C. 2429-2449.
80. Jonsson S., Valdimarsson H. Water mass transport variability to the North Icelandic shelf, 19942010 //ICES Journal of Marine Science. - 2012. - T. 69. - №. 5. - C. 809-815.
81. Kalavichchi K. A., Bashmachnikov I. L. Mechanism of a positive feedback in long-term variations of the convergence of oceanic and atmospheric heat fluxes and of the ice cover in the Barents Sea //Izvestiya, Atmospheric and Oceanic Physics. - 2019. - T. 55. - №. 6. - C. 640649.
82. Kalavichchi K. A., Bashmachnikov I. L. Ocean-Atmosphere Interactions in the Barents Sea from Reanalyses Data //Izvestiya, Atmospheric and Oceanic Physics. - 2021. - T. 57. - №. 2. - C. 159-169.
83. Kasmacher O., Schneider C. An objective circulation pattern classification for the region of Svalbard //Geografiska Annaler: Series A, Physical Geography. - 2011. - T. 93. - №. 4. - C. 259-271.
84. Knutson T. et al. Detection and attribution of climate change // Climate Science Special Report: Fourth National Climate Assessment - Global Change Research Program - USA - 2017. - T.1 - C. 114-131
85. Koenigk T. et al. Regional Arctic sea ice variations as predictor for winter climate conditions //Climate Dynamics. - 2016. - T. 46. - №. 1-2. - C. 317-337.
86. Kwok R., Cunningham G. F., Pang S. S. Fram Strait sea ice outflow //Journal of Geophysical Research: Oceans. - 2004. - T. 109. - №. C1.
87. Kwok R., Rothrock D. A. Decline in Arctic sea ice thickness from submarine and ICESat records: 1958-2008 //Geophysical Research Letters. - 2009. - T. 36. - №. 15.
88. Latarius K., Quadfasel D. Water mass transformation in the deep basins of the Nordic Seas: Analyses of heat and freshwater budgets //Deep Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers. - 2016. - T. 114. - C. 23-42.
89. Lenn Y. D. et al. Vertical mixing at intermediate depths in the Arctic boundary current //Geophysical Research Letters. - 2009. - T. 36. - №. 5.
90. Lien V. S., Vikeb0 F. B., Skagseth 0. One mechanism contributing to co-variability of the Atlantic inflow branches to the Arctic //Nature Communications. - 2013. - T. 4. - №. 1. - C. 16.
91. Loeng H. Features of the physical oceanographic conditions of the Barents Sea //Polar research.
- 1991. - T. 10. - №. 1. - C. 5-18.
92. Madhusoodanan M. S., Thompson B. Decadal variability of the Arctic Ocean thermal structure //Ocean Dynamics. - 2011. - T. 61. - №. 7. - C. 873-880.
93. Maqueda M. A., Willmott A. J., Biggs N. R. T. Polynya dynamics: A review of observations and modeling //Reviews of Geophysics. - 2004. - T. 42. - №. 1.
94. Maslanik J. A. et al. A younger, thinner Arctic ice cover: Increased potential for rapid, extensive sea-ice loss //Geophysical Research Letters. - 2007. - T. 34. - №. 24.
95. Meredith M. et al. Polar Regions. Chapter 3, IPCC Special Report on the Ocean and Cryosphere in a Changing Climate. - 2019.
96. McCarthy G. D., Joyce T. M., Josey S. A. Gulf Stream variability in the context of quasi-decadal and multidecadal Atlantic climate variability //Geophysical Research Letters. - 2018. - T. 45. -№. 20. - C. 11,257-11,264.
97. Mork K. A., Blindheim J. Variations in the Atlantic inflow to the Nordic Seas, 1955-1996 //Deep Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers. - 2000. - T. 47. - №. 6. - C. 1035-1057.
98. Mork K. A., Skagseth 0. A quantitative description of the Norwegian Atlantic Current by combining altimetry and hydrography //Ocean Science. - 2010. - T. 6. - №. 4. - C. 901-911.
99. Mork K. A., Skagseth 0., S0iland H. Recent warming and freshening of the Norwegian Sea observed by Argo data //Journal of Climate. - 2019. - T. 32. - №. 12. - C. 3695-3705.
100. Muilwijk M. et al. Atlantic Water heat transport variability in the 20th century Arctic Ocean from a global ocean model and observations //Journal of Geophysical Research: Oceans.
- 2018. - T. 123. - №. 11. - C. 8159-8179.
101. Mulet S. et al. A new estimate of the global 3D geostrophic ocean circulation based on satellite data and in-situ measurements //Deep Sea Research Part II: Topical Studies in Oceanography. - 2012. - T. 77. - C. 70-81.
102. Nghiem S. V. et al. Rapid reduction of Arctic perennial sea ice //Geophysical Research Letters. - 2007. - T. 34. - №. 19.
103. Nordli 0. et al. Long-term temperature trends and variability on Spitsbergen: the extended Svalbard Airport temperature series, 1898-2012 //Polar research. - 2014. - T. 33. - №. 1. - C. 21349.
104. Nordli 0. et al. Revisiting the extended Svalbard Airport monthly temperature series, and the compiled corresponding daily series 1898-2018 [Электронный ресурс] // Nicolaus Copernicus University - 2020. http://repozytorium.umk.pl/handle/item/6323 (дата обращения: 1.09.2021) [база данных].
105. Onarheim I. H. et al. Loss of sea ice during winter north of Svalbard //Tellus A: Dynamic Meteorology and Oceanography. - 2014. - Т. 66. - №. 1. - С. 23933.
106. Onarheim I. H. et al. Seasonal and regional manifestation of Arctic sea ice loss //Journal of Climate. - 2018. - Т. 31. - №. 12. - С. 4917-4932.
107. Orvik K. A., Skagseth 0., Mork M. Atlantic inflow to the Nordic Seas: Current structure and volume fluxes from moored current meters, VM-ADCP and SeaSoar-CTD observations, 1995-1999 //Deep Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers. - 2001. - Т. 48. - №. 4. - С. 937-957.
108. Orvik K. A., Niiler P. Major pathways of Atlantic water in the northern North Atlantic and Nordic Seas towards Arctic //Geophysical Research Letters. - 2002. - Т. 29. - №. 19. - С. 2-1-2-4.
109. Pacanowski R. C., Philander S. G. H. Parameterization of vertical mixing in numerical models of tropical oceans //Journal of Physical Oceanography. - 1981. - Т. 11. - №. 11. - С. 1443-1451.
110. Pavlov A. K. et al. Warming of Atlantic Water in two west Spitsbergen fjords over the last century (1912-2009) //Polar Research. - 2013. - Т. 32. - №. 1. - С. 11206.
111. Pfirman S., Bauch D., Gammelsrod T. The northern Barents Sea: water mass distribution and modification. // AGU, Ameircan Geophysical Union - 1994. - С.77-94.
112. Piechura J., Walczowski W. Warming of the West Spitsbergen Current and sea ice north of Svalbard //Oceanologia. - 2009. - Т. 51. - №. 2. - С. 147-164.
113. Polyakov I. V. et al. Greater role for Atlantic inflows on sea-ice loss in the Eurasian Basin of the Arctic Ocean //Science. - 2017. - Т. 356. - №. 6335. - С. 285-291.
114. Proshutinsky A. et al. Arctic circulation regimes //Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences. - 2015. - Т. 373. - №. 2052. - С. 20140160.
115. Przybylak R., Arazny A., Kejna M. Topoclimatic diversity in Forlandsundet region (NW Spitsbergen) in global warming conditions // Oficyna Wydawnicza" Turpress" - Torun - 2012 -174C.
116. Polyakov I. V. et al. Greater role for Atlantic inflows on sea-ice loss in the Eurasian Basin of the Arctic Ocean //Science. - 2017. - Т. 356. - №. 6335. - С. 285-291.
117. Poulain P. M., Warn-Varnas A., Niiler P. P. Near-surface circulation of the Nordic seas as measured by Lagrangian drifters //Journal of Geophysical Research: Oceans. - 1996. - T. 101.
- №. C8. - C. 18237-18258.
118. Raj R. P. et al. Quantifying Atlantic Water transport to the Nordic Seas by remote sensing //Remote Sensing of Environment. - 2018. - T. 216. - C. 758-769.
119. Raj R. P. et al. The Arctic Front and its variability in the Norwegian Sea //Ocean Science.
- 2019. - T. 15. - №. 6. - C. 1729-1744.
120. Raj R. P. et al. Interaction between mesoscale eddies and the gyre circulation in the Lofoten Basin //Journal of Geophysical Research: Oceans. - 2020. - T. 125. - №. 7. - C. e2020JC016102.
121. Rampal P., Weiss J., Marsan D. Positive trend in the mean speed and deformation rate of Arctic sea ice, 1979-2007 //Journal of Geophysical Research: Oceans. - 2009. - T. 114. - №. C5.
122. Rossby, T., Flagg, C., Chafik, L., Harden, B. and S0iland, H.A. A direct estimate of volume, heat, and freshwater exchange across the Greenland-Iceland-Faroe-Scotland Ridge //Journal of Geophysical Research: Oceans. - 2018. - T. 123. - №. 10. - C. 7139-7153.
123. Rudels B. On the mass balance of the Polar Ocean, with special emphasis on the Fram Strait. - 1987.
124. Rudels B., Schauer, U., Bjork, G., Korhonen, M., Pisarev, S., Rabe, B. and Wisotzki, A. Observations of water masses and circulation with focus on the Eurasian Basin of the Arctic Ocean from the 1990s to the late 2000s //Ocean Science. - 2013. - T. 9. - №. 1. - C. 147-169.
125. Rudels B. Arctic Ocean circulation, processes and water masses: A description of observations and ideas with focus on the period prior to the International Polar Year 2007-2009 //Progress in Oceanography. - 2015. - T. 132. - C. 22-67.
126. Saloranta T. M., Haugan P. M. Northward cooling and freshening of the warm core of the West Spitsbergen Current //Polar Research. - 2004. - T. 23. - №. 1. - C. 79-88.
127. Schauer U., Beszczynska-Moller A. Problems with estimation and interpretation of oceanic heat transport-conceptual remarks for the case of Fram Strait in the Arctic Ocean //Ocean Science. - 2009. - T. 5. - №. 4. - C. 487-494.
128. Schauer U., Fahrbach, E., Osterhus, S. and Rohardt, G. Arctic warming through the Fram Strait: Oceanic heat transport from 3 years of measurements //Journal of Geophysical Research: Oceans. - 2004. - T. 109. - №. C6.
129. Schauer U. et al. Variation of measured heat flow through the Fram Strait between 1997 and 2006 //Arctic-Subarctic Ocean Fluxes. - Springer, Dordrecht, 2008. - C. 65-85.
130. Schlesinger M. E., Ramankutty N. An oscillation in the global climate system of period 65-70 years //Nature. - 1994. - T. 367. - №. 6465. - C. 723-726.
131. Schlichtholz P. Influence of oceanic heat variability on sea ice anomalies in the Nordic Seas //Geophysical Research Letters. - 2011. - T. 38. - №. 5.
132. Screen J. A. Simulated atmospheric response to regional and pan-Arctic sea ice loss //Journal of Climate. - 2017. - T. 30. - №. 11. - C. 3945-3962.
133. Segtnan O. H., Furevik T., Jenkins A. D. Heat and freshwater budgets of the Nordic seas computed from atmospheric reanalysis and ocean observations //Journal of Geophysical Research: Oceans. - 2011. - T. 116. - №. C11.
134. Selyuzhenok V. et al. Sea ice volume variability and water temperature in the Greenland Sea //The Cryosphere. - 2020. - T. 14. - №. 2. - C. 477-495.
135. Serreze M. C., Holland M. M., Stroeve J. Perspectives on the Arctic's shrinking sea-ice cover //science. - 2007. - T. 315. - №. 5818. - C. 1533-1536.
136. Serreze M. C., Barry R. G. Processes and impacts of Arctic amplification: A research synthesis //Global and planetary change. - 2011. - T. 77. - №. 1-2. - C. 85-96.
137. Serreze M. C., Francis J. A. The Arctic amplification debate //Climatic change. - 2006. -T. 76. - №. 3. - C. 241-264.
138. Sirevaag A., Fer I. Vertical heat transfer in the Arctic Ocean: The role of double-diffusive mixing //Journal of Geophysical Research: Oceans. - 2012. - T. 117. - №. C7.
139. Skagseth 0., Orvik K. A., Furevik T. Coherent variability of the Norwegian Atlantic Slope Current derived from TOPEX/ERS altimeter data //Geophysical Research Letters. - 2004. - T. 31. - №. 14.
140. Skagseth 0. et al. Volume and heat transports to the Arctic Ocean via the Norwegian and Barents Seas //Arctic-Subarctic Ocean Fluxes. - Springer, Dordrecht, 2008. - C. 45-64.
141. Skagseth 0., Drinkwater K. F., Terrile E. Wind-and buoyancy-induced transport of the Norwegian Coastal Current in the Barents Sea //Journal of Geophysical Research: Oceans. -2011. - T. 116. - №. C8.
142. Smedsrud L. H. et al. Heat in the Barents Sea: Transport, storage, and surface fluxes //Ocean Science. - 2010. - T. 6. - №. 1. - C. 219-234.
143. Smedsrud L. H. et al. The role of the Barents Sea in the Arctic climate system //Reviews of Geophysics. - 2013. - T. 51. - №. 3. - C. 415-449.
144. Spreen G. et al. Fram Strait sea ice volume export estimated between 2003 and 2008 from satellite data //Geophysical Research Letters. - 2009. - T. 36. - №. 19.
145. Stocker A. N., Renner A. H. H., Knol-Kauffman M. Sea ice variability and maritime activity around Svalbard in the period 2012-2019 //Scientific reports. - 2020. - T. 10. - №. 1. -C. 1-12.
146. Stouffer R. J., Manabe S. Assessing temperature pattern projections made in 1989 // Nature Climate Change. - 2017. - T. 7. - №. 3. - C. 163-165.
147. Stroeve J. C. et al. Changes in Arctic melt season and implications for sea ice loss //Geophysical Research Letters. - 2014. - T. 41. - №. 4. - C. 1216-1225.
148. Swift J. H., Aagaard K. Seasonal transitions and water mass formation in the Iceland and Greenland seas //Deep Sea Research Part A. Oceanographic Research Papers. - 1981. - T. 28. -№. 10. - C. 1107-1129.
149. Taylor A. H., Stephens J. A. The North Atlantic oscillation and the latitude of the Gulf Stream //Tellus A: Dynamic Meteorology and Oceanography. - 1998. - T. 50. - №. 1. - C. 134142.
150. Taylor K. E. Summarizing multiple aspects of model performance in a single diagram //Journal of Geophysical Research: Atmospheres. - 2001. - T. 106. - №. D7. - C. 7183-7192.
151. Tetzlaff A. et al. Brief Communication: Trends in sea ice extent north of Svalbard and its impact on cold air outbreaks as observed in spring 2013 //The Cryosphere. - 2014. - T. 8. - №. 5. - C. 1757-1762.
152. Timmermann R., Beckmann A. Parameterization of vertical mixing in the Weddell Sea //Ocean Modelling. - 2004. - T. 6. - №. 1. - C. 83-100.
153. Torrence C., Compo G. P. A practical guide to wavelet analysis // Bulletin of the American Meteorological Society - 1998 - №79 - C.61-78
154. Turner J., Marshall G. J. Climate change in the polar regions. // Cambridge University Press - 2011 - 374C.
155. Tverberg V. et al. Winter sea ice melting in the Atlantic Water subduction area, Svalbard Norway //Journal of Geophysical Research: Oceans. - 2014. - T. 119. - №. 9. - C. 5945-5967.
156. Venegas S. A., Mysak L. A. Is there a dominant timescale of natural climate variability in the Arctic? //Journal of Climate. - 2000. - T. 13. - №. 19. - C. 3412-3434.
157. Verbrugge N. et al. ARMOR3D: A 3D multi-observations T, S, U, V product of the ocean //EGU General Assembly Conference Abstracts. - 2017. - C. 17579.
158. Vesman A. V., Ivanov B. V., Volkov V. A. Changes in thermohaline system on the west Spitsbergen shelf since 1950 to present time //Czech Polar Reports. - 2017. - T. 7. - №. 1. - C. 62-73.
159. Vinje T., Nordlund N., Kvambekk A. Monitoring ice thickness in Fram Strait //Journal of Geophysical Research: Oceans. - 1998. - T. 103. - №. C5. - C. 10437-10449.
160. von Appen, W.-J., Schauer, U., Somavilla, R., Bauerfeind, E. and Beszczynska-Moller, A. Exchange of warming deep waters across Fram Strait //Deep Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers. - 2015. - T. 103. - C. 86-100.
161. Walczowski W. Atlantic water in the Nordic seas. Properties, variability, climatic importance // GeoPlanet: Earth Planet Science. - Springer -2014 - 172C.
162. Walczowski W., Piechura J. Influence of the West Spitsbergen Current on the local climate //International journal of climatology. - 2011. - T. 31. - №. 7. - C. 1088-1093.
163. Wekerle C. et al. Eddy-resolving simulation of the Atlantic water circulation in the Fram Strait with focus on the seasonal cycle //Journal of Geophysical Research: Oceans. - 2017. - T. 122. - №. 11. - C. 8385-8405.
164. World Meteorological Organization. WMO sea-ice nomenclature, terminology, codes and illustrated glossary // WMO/OMM/BMO - Geneva - 1970 - №259 -147C.
165. Zhuravskiy D., Ivanov B., Pavlov A. Ice conditions at Gronfjorden Bay, Svalbard from 1974 to 2008 // Polar Geography. - 2012. - T. 35. - №. 2. - C. 169-176.
MINISTRY OF NATURAL RESOURCES AND ECOLOGY RUSSIAN FEDERATION FEDERAL SERVICE FOR HYDROMETEOROLOGY AND ENVIRONMENTAL MONITORING
Federal state budgetary institution "Arctic and Antarctic Research Institute"
As a manuscript
Vesman Anna Viktorovna
FEATURES OF THE MANIFESTATION OF GLOBAL WARMING IN THE XX-XXI CENTURIES IN THE WATERS WASHING THE ARCHIPELAGO SPITZBERGEN
Scientific specialty 1.6.17. - Oceanology
Dissertation
for the academic degree of candidate of geographical sciences
Supervisor:
PhD in Geography, Associate Professor
Ivanov B.V.
Saint-Petersburg - 2021
TABLE OF CONTENTS
INTRODUCTION................................................................................................................................111
Обратите внимание, представленные выше научные тексты размещены для ознакомления и получены посредством распознавания оригинальных текстов диссертаций (OCR). В связи с чем, в них могут содержаться ошибки, связанные с несовершенством алгоритмов распознавания. В PDF файлах диссертаций и авторефератов, которые мы доставляем, подобных ошибок нет.