Изменения морского ледяного покрова в Арктике на рубеже 20 и 21 веков и их корреляция с атмосферной циркуляцией

КлиматПросмотров: 151Комментарии: 013 апреля 2022 г.

Наблюдаемое на рубеже 20 и 21 веков стремительное сокращение как площади морского льда, так и его площади в Арктике ставит вопрос о реальном спектре причин, влияющих на этот процесс. В ряде работ указывается, что повышение температуры воздуха в Арктике в результате парникового эффекта не является причиной сокращения площади морского ледяного покрова, а сокращение площади ледяного покрова — одна из основных причин повышения температуры. Цель данной статьи — проанализировать влияние атмосферной циркуляции на процесс сокращения площади морского ледяного покрова в Арктике в тот же период. 

Нарушение наблюдавшихся до сих пор корреляций между АО и температурой воздуха (см. Overland and Wang 2005, Graversen 2006, Maslanik et al. 2007) указывает на то, что причину сокращения площади морского льда следует искать в активности других циркуляционных моделей, помимо АО. Отталкиваясь от представления Ву, Ванга и Уолша об арктическом диполе и проведя моделирование направлений и скорости дрейфа льда, можно сделать вывод, что для описания максимальной эффективности переноса льда из Арктики и «очистки» тихоокеанской Арктики от льда (моря Восточно-Сибирское, Чукотское и Бофорта) можно использовать простой индекс, являющийся модификацией «арктического диполя», сформулированного Ву и др. 2006 (обозначение zDA). Этот индекс может быть рассчитан как стандартизованная разница между SLP между центром моря Бофорта и центром Таймыра (см. рис.). Наличие сильных положительных фаз zDA (см. рис. ) сопровождается быстрым увеличением экспорта льда из Арктики и приводит к уменьшению количества многолетнего льда в структуре арктического морского ледяного покрова. Затем лед отходит от побережья Восточной Сибири и Аляски и столь же быстро перемещается вдоль большого круга, вдоль Трансарктического течения, достигая в конце пролива Фрам.

 Наличие сильной отрицательной фазы zDA (см. рис. 5B) и нейтральной фазы (см. рис. ) создает благоприятные условия для увеличения количества многолетнего льда в морском ледяном покрове и ограничивает вывоз льда из Арктики. В период 1949-2007 гг. наблюдается постепенное увеличение времени с экстремально положительными фазами zDA (zDA ≥ 1 σn), причем особенно сильное увеличение частоты встречаемости экстремально положительных фаз zDA отмечается в годы 21-го века (см. рис. 6 и 7). Коэффициент корреляции между площадью морского льда в Арктике в августе и количеством месяцев в году с аномально положительными фазами zDA равен -0,62 (p < 0,001, n = 27; 1979-2007). Такая же корреляция с годовой площадью льда в Арктике равна (-0.50, p < 0.008). Анализ корреляции месячных разностей давления (нестандартизированных) между центром моря Бофорта и центром Таймыра (обозначение DP) и площадью льда в Арктике показывает, что статистически значимые корреляции возникают, если периоды, за которые они осредняются, длиннее (см. табл. 1). Условием является то, что усредненный период DP начинался раньше, чем усредненная площадь морского льда. Анализ регрессии показывает, что для получения хорошей модели, описывающей минимальную (сентябрьскую) или среднегодовую площадь морского льда в Арктике, в качестве одной из независимых переменных следует учитывать значения DP с марта, когда площадь морского льда наибольшая. 

Читайте также  Как правильно сочетать тона дневного макияжа

Это дает объяснение тому, что для более длительного сокращения площади морского льда в летний сезон атмосферная циркуляция, благоприятная для экспорта льда, должна возникать с большим опережением (уравнения [1] и [2]). Изменения ДП за 1979-2007 годы объясняют 42% вариаций среднегодовой площади морского льда и 46% минимальных вариаций (сентябрь) площади льда в Арктике. Поскольку изменения площади морского льда контролируются процессом авторегрессии, появление повышенной частоты экстремально положительных фаз zDA в последующие годы, начиная с 1988 г. (см. рис. 7), особенно интенсивных в 2003, 2005 и 2007 гг. привело к экстремальному рекорду минимумов площади морского льда, не отмечавшемуся ранее. Атмосферная циркуляция, описываемая индексом zDA, усиливает поток воздуха с юга в моря Бофорта, Чукотского, Восточно-Сибирского и Лаптевых (см. рис. 5А и рис. 14). Такое направление адвекции должно привести к повышению температуры приземного слоя воздуха (ТПП) над побережьями вышеуказанных морских районов. Сильное увеличение годовой САТ можно наблюдать на станциях, расположенных на побережьях вышеупомянутых морей. Месячное распределение значений SAT указывает на особенно сильное увеличение в месяцы с конца лета и осенью (см. рис. 10-12). Анализ корреляций между ДП и месячной САТ на станциях, расположенных в этой части Арктики (см. табл. 2), свидетельствует о наличии в целом слабых корреляций между месячными значениями ДП и САТ. В зимний сезон на станциях, расположенных в западной части анализируемого региона (море Лаптевых: о. Котельный, Мыс Шалаурова), корреляции отрицательные, что означает, что с увеличением разности давлений между районом моря Бофорта и районом Таймыра (увеличение zDA) там уменьшается SAT (в январе эти корреляции статистически значимы). Такое состояние можно объяснить как результат адвекции воздуха, охлажденного в значительной степени над Сибирью. Положительные корреляции между SAT и DP наблюдаются на остальных станциях в декабре, январе и феврале, т.е. в период, когда коротковолновая радиация скудна, почти нулевая или нулевая, а сплошной/быстрый лед достигает береговой линии. 

Нет другого объяснения этому явлению, как эффект адвективного повышения температуры. Аналогичные положительные корреляции между DP (и, таким образом, также zDA) и температурой воздуха наблюдаются во всем анализируемом регионе в летние месяцы и в начале осени (июль-сентябрь). На ряде станций в отдельные месяцы эти корреляции статистически не значимы, достигая максимального значения на о. Врангель (в августе; r = +0,6; см. рис. 13). Как показывает анализ, корреляции летом и ранней осенью являются прямым эффектом адвекции, а также косвенным эффектом ЗДА, обусловленным увеличением площади в прибрежных водах, свободной ото льда. Увеличение zDA сопровождается заметным увеличением SST в летние и ранние осенние месяцы, что, соответственно, приводит к увеличению SAT в октябре. Если корреляции между месячной температурой и ДП статистически значимы, то можно провести анализ регрессии. Этот анализ показывает, что в 2007 году, когда ЗДА достигла в период с апреля по сентябрь чрезвычайно высоких значений (см. рис.14), увеличение САТ, на которое влияет атмосферная циркуляция, можно оценить как +0,9°C на острове Врангеля и +1,5°C по отношению к среднему многолетнему значению на станции Барроу. 

Читайте также  Растворы для оштукатуривания

Таким образом, влияние атмосферной циркуляции, определяемое индексом zDA, в тихоокеанском секторе Арктики свидетельствует о синергии — приводит как к уменьшению площади морского льда, так и к повышению температуры воздуха. Значительное ограничение площади морского льда в летний сезон в этих морских районах усиливает, в свою очередь, увеличение САТ. Проведенный анализ показывает, что наблюдаемые изменения площади и возрастной структуры морского льда в Арктике на рубеже 20 и 21 веков и в первые годы 21 века связаны в основном с активностью природных процессов. Роль парникового эффекта, контролирующего изменения морского ледяного покрова Арктики, как показывает анализ, была переоценена.

Health Finity