Динамика межгодовых и сезонных аномалий ледовитости Баренцева и Карского морей

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Геофизика


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

ЕСТЕСТВЕННЫЕ И ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
УДК 551. 467. 3(268. 45)
ДИНАМИКА МЕЖГОДОВЫХ И СЕЗОННЫХ АНОМАЛИЙ ЛЕДОВИТОСТИ БАРЕНЦЕВА И КАРСКОГО МОРЕЙ
А.П. Жичкин
Мурманский морской биологический институт КНЦ РАН
Аннотация
Представлены результаты исследования межгодовых и сезонных колебаний аномалий ледовитости Баренцева моря за 1934−2014 гг. и Карского моря за 1979−2014 гг. На основе электронной базы многолетних данных по ледовому режиму морей выделены однородные периоды с преобладающим знаком аномалии. Выполнен анализ временного распределения и повторяемости крупных и очень крупных аномалий ледовитости Баренцева моря за последние полвека и Карского моря с 1979 по 2012 гг. Ключевые слова:
Баренцево море, Карское море, аномалии ледовитости, межгодовые и сезонные колебания.
Введение
Группа арктических морей России объединяет близкие по природе окраинные моря Северного Ледовитого океана, в том числе Баренцево и Карское. Оба моря лежат за полярным кругом, на юге ограничены естественным рубежом — побережьем Евразии, а на севере свободно сообщаются с океаном. При этом Баренцево и Карское моря значительно отличаются между собой по ледовому режиму.
Баренцево море занимает особое место среди морей Северного Ледовитого океана благодаря своим уникальным природным характеристикам. Из-за проникновения в Баренцево море теплых атлантических вод оно является единственным районом Арктики, который не замерзает круглый год. Баренцево море — один из богатейших промысловых районов Мирового океана. Причем биологическая продуктивность и распределение водных биоресурсов Баренцева моря в значительной степени зависят от изменчивости всех компонент климатической системы атмосфера — гидросфера — криосфера [1].
Ледовитость как интегральный климатический фактор существенно влияет на все основные звенья морских экосистем — от планктона (первичная продукция) до высших консументов (тюлени и белые медведи) [2]. Вместе с тем, ледовые условия порой ограничивают акваторию для ведения промышленного лова рыбы. В годы с высокой ледовитостью промысел ограничен районами южной и юго-западной частей Баренцева моря, в годы с отрицательными аномалиями ледовитости акватория лова значительно расширяется в северном и восточном направлениях [3−5].
Характерная черта ледового режима Баренцева моря — большая межгодовая и сезонная изменчивость его ледовитости [6, 7]. Поэтому несомненный интерес представляют особенности формирования и развития аномальности ледовых процессов различного временного масштаба.
В отличие от Баренцева, Карское море большую часть года покрыто сплошным ледяным покровом. При этом наблюдаются значительные различия ледовых условий юго-западной и северо-восточной частей моря. В юго-западной части лед держится в течение 8−9 месяцев -с ноября по июль. Северо-восточная часть моря в летний период не полностью очищается ото льда. К концу периода таяния (в сентябре) в среднем около половины района остается занятой остаточными льдами.
ВЕСТНИК Кольского научного центра РАН 1/2015(20)
55
А.П. Жичкин
Материалы и методы
Расчет ежемесячных и среднегодовых аномалий ледовитости Баренцева моря выполнен на основе электронной базы многолетних данных по ледовому режиму этих морей, сформированной в лаборатории океанографии и радиоэкологии Мурманского морского биологического института (ММБИ). База содержит временные ряды ежемесячных значений общей ледовитости за 1934−2014 гг. для Баренцева моря и за 1979−2014 гг. для Карского моря.
Для характеристики ежемесячной аномальности ледовых условий применялась методика количественной классификации [1, 8, 9]. В качестве объективного критерия использовалась величина стандартного отклонения ледовитости от нормы о. Среднемесячные и годовые аномалии ледовитости сравнивались с определенными величинами стандартного отклонения ледовитости от нормы, уровень аномалий оценивался по пяти градациям (табл. 1).
Таблица 1
Характеристика аномалий ледовитости Баренцева моря
Тип аномалии Условные обозначения Градации аномалий (доля о)
Положительная
Очень крупная + ОКР AS & gt- 1. 2о
Крупная + КР 0. 4о & lt- AS & lt- 1. 2о
Около нормы (малая положительная и отрицательная) Н ± AS & lt- 0. 4о
Отрицательная
Крупная — КР 0. 4о & lt- -AS & lt- 1. 2о
Очень крупная — ОКР -AS & gt- 1. 2о
В результате обработки массива полученных результатов созданы календари ежемесячных ледовых аномалий Баренцева моря за период с 1960 по 2014 гг. и Карского моря за период с 1979 по 2012 гг. Затем с помощью этих календарей выполнен анализ временного распределения и повторяемости крупных и очень крупных аномалий ледовитости за рассматриваемые периоды.
Результаты и обсуждение
Межгодовые колебания ледовых аномалий Баренцева моря
Результаты выполненных расчетов свидетельствуют о значительных флуктуациях ледовых аномалий Баренцева моря за последние 80 лет. Проведенный анализ позволил выделить в пределах рассматриваемого отрезка времени ряд периодов похолоданий и потеплений различной продолжительности (рис. 1)
Наиболее ярко выраженными промежутками экстремального развития гидрометеорологических процессов в Баренцевом море стали периоды аномального похолодания 1962−1970 гг., 1977−1982 гг. и аномального потепления 2000−2014 гг.
В первом случае ослабление адвекции тепла атлантических вод из Норвежского моря, преобладание ветров северных направлений и интенсификация под их воздействием холодных течений способствовали формированию на акватории Баренцева моря значительного дефицита тепла и суровых ледовых условий с максимальными значениями аномалии в ледовых сезонах 1968−1969 (27%) и 1978−1979 гг. (19%).
Во втором — смещение траекторий атлантических циклонов к северу и усиление западного атмосферного переноса в высоких широтах способствовало формированию теплых аномалий
56
ВЕСТНИК Кольского научного центра РАН 1/2015(20)
Динамика межгодовых и сезонных аномалий ледовитости Баренцева и Карского морей…
в западном секторе российской Арктики, росту температуры воздуха и поверхностного слоя моря, замедлению процессов ледообразования. Ледяной покров в Баренцевом море, за исключением сезона 2002/2003 гг., не получил широкого распространения и распределялся на достаточно ограниченной для зимнего сезона акватории.
По мнению ряда авторов [7, 10], характерная особенность климатических колебаний в Арктике заключается в смене периодов похолоданий и потеплений полей температуры воздуха и воды, сопряженных с изменчивостью крупномасштабной атмосферной циркуляции над Северной Атлантикой, а также с поверхностной температурой воды в Северной Атлантике. В свою очередь, в соответствии с климатическими изменениями в Арктике происходят колебания ледовых условий в арктических морях. Спектры колебаний, которые носят полициклический характер, характеризуются более или менее значимыми пиками на периодах 50−60 лет, около 20, 8−12, 5−7 лет и 2−3 года.
Рис. 1. Аномалии общей ледовитости Баренцева моря в 1934—2014 гг.
Статистические характеристики ледовитости Баренцева моря и ее аномалий в пределах выделенных однородных (по преобладающему знаку аномалий) периодов приведены в табл. 2.
ВЕСТНИК Кольского научного центра РАН 1/2015(20)
57
А.П. Жичкин
Таблица 2
Статистические характеристики ледовитости Баренцева моря и ее аномалий в холодные и теплые периоды (1934−2014 гг.)
Периоды Ледовитость, % Аномалии, %
максимум минимум средняя максимум минимум средняя
Продолжительные периоды
1943/1944−1959/1960 40 27 34 -9.1 0.4 -2. 4
1960/1961−1998/1999 63 29 41 26.5 -0.1 4. 5
1999/2000−2013/2014 39 17 25 -19.1 -2.1 -11. 2
Короткие периоды
1938/1939−1942/1943 50 38 42 13.9 1.9 5. 8
1960/1961−1969/1970 63 36 46 26.5 -0.1 9. 8
1970/1971−1975/1976 38 31 35 -5.4 -0.2 -0. 9
1976/1977−1981/1982 54 39 45 18.3 3.1 9. 2
1986/1987−1988/1989 45 42 43 8.4 6.2 7. 3
1995/1996−1998/1999 43 38 41 6.8 1.6 4. 5
Временное распределение и повторяемость различных градаций аномалий ледовитости Баренцева моря
Анализ временного распределения и повторяемости крупных и очень крупных аномалий ледовитости за последние полвека выполнен с помощью созданного календаря ежемесячных ледовых аномалий Баренцева моря (рис. 2).
Результаты анализа по выбранным градациям показали, что повторяемость вместе взятых очень крупных (ОКР) и крупных (КР) аномалий составила более половины всех аномалий (66%). При этом доля ОКР аномалий обоих знаков составила 20%. Соотношение положительных и отрицательных ОКР и КР аномалий, вместе взятых, оказалось одинаковым (по 33%). Доля малых аномалий обоих знаков также составила одну треть всех аномалий (рис. 3а).
Обращает на себя внимание тот факт, что подавляющее большинство положительных ОКР и КР аномалий наблюдалось в начале рассматриваемого периода.
В то же время отрицательные ОКР аномалии ледовитости совсем отсутствовали, а отрицательные КР аномалии составили только около 3%. (рис. 3б). Данное десятилетие оказалось чрезвычайно неблагоприятным как для мореплавания, так и для рыболовства.
К числу самых ледовитых лет в Баренцевом море, безусловно, следует отнести сезон 1968/1969 гг., характеризовавшийся 11 ОКР положительными аномалиями. Дополнительно к наиболее ледовитым были отнесены 1962/1963 и 1967/1968 гг. В эти сезоны отмечалось по 7 ОКР, а также 3 и 4 КР положительных аномалий соответственно.
58
ВЕСТНИК Кольского научного центра РАН 1/2015(20)
Динамика межгодовых и сезонных аномалий ледовитости Баренцева и Карского морей…
ОКР + КР Н — КР — ОКР
Рис. 2. Календарь ежемесячных ледовых аномалий Баренцева моря в 1960—2014 гг.
ВЕСТНИК Кольского научного центра РАН 1/2015(20)
59
А.П. Жичкин
Рис. 3. Повторяемость различных типов ледовых аномалий в Баренцевом море: а — 1960/1961 — 2013/2014 гг.- б — 1960/1961 — 1969/1970 гг.- в — 1970/1971−1976/1977 гг.- г — 1977/1978 — 1981/1982 гг.- д — 1982/1983 — 1999/2000 гг.- е — 2000/2001 — 2013/2014
В первой половине 1970-х гг. повторяемость аномалий на максимуме была заметно ниже. В этот период преобладали малые аномалии обоих знаков (рис. 3в).
На рубеже 1970−1980-х гг. выделяется сезон 1978/1979 гг., когда наблюдалось 8 ОКР и 3 КР положительных аномалии (рис. 2). В сумме ОКР и КР положительные аномалии за холодный период сезонов 1977/1978−1981/1982 гг. составили 73%, а отрицательные ОКР аномалии ледовитости полностью отсутствовали (рис. 3г).
В последующем до конца 1990-х гг. продолжительность ОКР и КР аномалий одного знака составляла не более 2−3 месяцев, а доля малых аномалий обоих знаков — 46% (рис. 3д). Причем, как упоминалось выше, с начала 1990-х гг. в Баренцевом море наблюдается теплая фаза климатических колебаний, которая продолжается по настоящее время [11].
На протяжении первых 14 лет XXI века состояние экосистемы Баренцева моря характеризуется высоким теплосодержанием вод, низкой ледовитостью и доминированием отрицательных ледовых аномалий. В этот период сумма КР и ОКР отрицательных аномалий достигла 82%, в то время как доля вместе взятых КР и ОКР положительных аномалий составила только около 5%. (рис. 3е)
К числу самых малоледовитых лет, безусловно, следует отнести сезоны 2005−2006, 2007−2008, 2011−2012 и 2012−2014 гг., включавшие по 7−9 ОКР и 3−5 КР отрицательных аномалий. При этом в указанные ледовые сезоны никаких других аномалий, кроме отрицательных КР и ОКР, не наблюдалось.
Указанные обстоятельства обусловили относительно легкие условия для судоходства и более протяженные нагульные миграции промысловых видов рыб. В частности, в этот период
60
ВЕСТНИК Кольского научного центра РАН 1/2015(20)
Динамика межгодовых и сезонных аномалий ледовитости Баренцева и Карского морей…
акватория промысла трески расширилась до прибрежных вод Новой Земли на востоке и до Возвышенности Персея на севере моря [4].
Особенности сезонных флуктуаций ледовых аномалий Баренцева моря
Отличительная особенность сезонных изменений ледовитости Баренцева моря состоит, с одной стороны, в том, что акватория моря никогда полностью не замерзает, а с другой -при среднемноголетних условиях ледяной покров полностью не вытаивает [6].
Анализ изменчивости ледовых аномалий Баренцева моря в периоды максимальной (февраль — апрель) и минимальной (август — сентябрь) ледовитости выявил, что аномалии в зимний период значительно превосходят таковые в летний период. В феврале — апреле на протяжении рассматриваемого периода размах аномалий ледовитости был 50−59%, в то время как в августе — сентябре лишь в первое десятилетие рассматриваемого периода размах аномалий достигал 28−31%, а в остальные годы не выходил за пределы 17−19%.
Результаты расчетов показали, что стандартное отклонение ледовитости от нормы в Баренцевом море наибольшее в мае — июне (15.4 и 14.6%), когда начинается разрушение ледяного покрова. В августе — сентябре (минимум годового хода ледовитости) стандартные отклонения ледовитости достигают минимальных значений (7.6 и 7.3%). Вновь стандартное отклонение увеличивается в ноябре — декабре, когда происходит процесс льдообразования и интенсивное приращение площади льда.
Самостоятельней интерес представляют конкретные сезоны отдельных лет с экстремальными значениями аномалий ледовитости в Баренцевом море. Как уже отмечалось ранее, большинство экстремальных ситуаций с положительной (повышенной относительно нормы) ледовитостью имели место в 1960-е гг. В частности, в апреле 1966 г. наблюдалась самая высокая ледовитость (86%) за весь период наблюдений, превышение ледовитости над нормой в этом случае достигло 27%. Аналогичный случай наблюдался в марте 1963 г. (83% ледовитость и 25% аномалия), но экстремальная аномалия ледовитости приходится на ноябрь 1968 г. Величина аномалии в этом случае составляла 38% выше нормы.
Наибольшее количество экстремальных ситуаций с пониженной ледовитостью отмечались в 2012 и 2013 гг. Так, соответственно в августе — октябре и в июле — октябре указанных лет акватория Баренцева моря была полностью свободна ото льда. Экстремальные величины ледовых аномалий в эти годы наблюдались в июле и составляли 20 и 21% ниже нормы соответственно.
Межгодовые и сезонные колебания ледовых аномалий Карского моря
Анализ временного распределения и повторяемости ежемесячных ледовых аномалий Карского моря за период 1979—2012 гг. по выбранным градациям показал, что подавляющее большинство положительных крупных ОКР и крупных КР аномалий случались в летние месяцы и в сентябре — декабре первого двадцатилетия рассматриваемого периода, а отрицательные аномалии преобладали в 2005—2012 гг. (рис. 4). А с января по май ледовитость Карского моря была близка к норме, доминировали малые аномалии обоих знаков (91%).
По продолжительности около половины всех аномалий (48%) заняли ОКР и КР аномалии, вместе взятые. Соотношение положительных и отрицательных ОКР и КР аномалий составило 29 и 20% соответственно. Причем, если повторяемость отрицательных ОКР и КР аномалий оказалась одинаковой (по 10%), то в повторяемости положительных ОКР и КР наблюдается большая разница (3 и 26% соответственно). Доля малых аномалий обоих знаков составила 52%.
К числу самых ледовитых лет в Карском море следует отнести сезоны 1980−1981 и 1998−1999 гг., за которые случились по 3 ОКР и 4−5 КР положительных аномалий. Дополнительно к наиболее ледовитым можно отнести сезоны 1979−1980, 1982−1983
и 1990−1991 гг., когда отмечалось по 5−7 КР положительных аномалий.
ВЕСТНИК Кольского научного центра РАН 1/2015(20)
61
А.П. Жичкин
+ ОКР +КР Н — КР — ОКР
Рис. 4. Календарь аномалий ледовитости Карского моря в 1979—2012 гг.
В период 2005—2012 гг. имели место высокое теплосодержание вод и низкая ледовитость. КР и ОКР отрицательные аномалии составили более половины всех аномалий (62%), в то же время наблюдалось только 2 КР положительные аномалии ледовитости, а положительные ОКР аномалии совсем отсутствовали.
Самым малоледовитым в этот период оказался сезон 2011−2012 гг. с 12 ОКР отрицательными аномалиями. Ледовые процессы в том сезоне развивались по легкому типу, что создало весьма благоприятные условия для мореплавания.
В целом, как следует из анализа, в отличие от Баренцева, для Карского моря не типичны резкие колебания ледовитости в зимнее время, когда обычно преобладают малые аномалии обоих знаков. Однако в начале 2012 г. в Баренцевом и Карском морях, в результате блокирования западного переноса в умеренной зоне отрогом Сибирского антициклона, сформировалась ярко выраженная положительная аномалия температуры воздуха и водных масс [12]. Отмеченные обстоятельства препятствовали процессу льдообразования и нарастания льда в европейском секторе Арктики в зимний период 2012 г. В Карском море впервые за последние 35 лет в зимние месяцы наблюдались обширные пространства чистой воды. При этом в феврале
62
ВЕСТНИК Кольского научного центра РАН 1/2015(20)
Динамика межгодовых и сезонных аномалий ледовитости Баренцева и Карского морей…
почти вся юго-западная часть моря была свободна ото льда. Значительных размеров полынья сохранялась здесь и в марте — наиболее ледовитом месяце, по среднемноголетним данным, в Арктике. А среди зимних месяцев 2012 г. наиболее аномальным в Карском море оказался февраль, когда отрицательная аномалия ледовитости резко возросла до 20% (рис. 5).
Рис. 5. Аномалии ледовитости (%) в Карском море в зимний период 2003—2014 гг.:
1 — январь, 2 — февраль, 3 — март
В зимний период 2013 г. в результате изменений крупномасштабной атмосферной циркуляции над Северным полушарием в морях европейского сектора Арктики существовала тенденция к увеличению ледовитости по сравнению с тем же периодом 2012 г. При этом в Карском море в феврале — марте значения ледовитости вернулись к среднемноголетней норме (рис. 5).
Заключение
Анализ ледовых аномалий позволил выделить в Баренцевом море за последние 80 лет ряд периодов похолоданий и потеплений различной продолжительности. В структуре межгодовых колебаний аномалий ледовитости Баренцева моря хорошо выражено присутствие циклических квазитридцатилетних холодных и теплых фаз, которые формируют 50−60-летние низкочастотные климатические колебания в Арктическом бассейне. На их фоне развиваются более мелкомасштабные процессы ледовых флуктуаций продолжительностью вплоть до 2−3 лет.
С помощью созданного календаря ледовых аномалий Баренцева моря, отражающего временное распределение и повторяемость крупных и очень крупных аномалий ледовитости, установлено, что наиболее крупные положительные ледовые аномалии произошли во второй половине 1960-х и на рубеже 1970-х и 1980-х гг. Так, количество крупных и очень крупных положительных аномалий за холодный период сезонов 1977/1978−1981/1982 гг. в сумме заняло 73%, а отрицательные очень крупные аномалии ледовитости полностью отсутствовали.
Наиболее крупные отрицательные ледовые аномалии наблюдались в течение первых 13 лет XXI века. В этот период сумма крупных и очень крупных отрицательных аномалий достигла 82%, а доля крупных и очень крупных положительных аномалий ледовитости, вместе взятых, составила только около 5%. В 2013—2014 гг. проявилась тенденция к уменьшению отрицательных аномалий ледовитости.
ВЕСТНИК Кольского научного центра РАН 1/2015(20)
63
А.П. Жичкин
Расчеты показали, что изменчивость сезонных ледовых аномалий Баренцева моря в период максимальной (февраль — апрель) ледовитости почти в два раза превосходит изменчивость аномалий в период минимальной (август — сентябрь) ледовитости.
Ледовые условия Карского моря на протяжении рассматриваемого периода были стабильны в зимние месяцы и значительно изменялись в остальные месяцы года. Наибольшие аномалии обоих знаков имели место в периоды весенне-летнего таяния и разрушения ледяного покрова, а также во время осеннего льдообразования и нарастания льда. Наиболее крупные отрицательные ледовые аномалии наблюдались в течение последних пяти лет с экстремальными значениями зимой 2012 г.
ЛИТЕРАТУРА
I. Бочков Ю. А., Терещенко В. В. Современные многолетние изменения гидрометеорологических условий в Баренцевом море и их биологические последствия // Экологические проблемы Баренцева моря: сб. науч. тр. ПИНРО. Мурманск, 1992. С. 225−243. 2. Денисов В. В. Эколого-географические основы устойчивого природопользования в шельфовых морях (экологическая география моря). Апатиты: КНЦ РАН, 2002. 502 с. 3. Climate and cyclic hydrobiological changes of the Barents Sea from the twentieth to twenty-first centuries / G. Matishov et al. // Polar Biology. 2012. Vol. 35, № 12. P. 1773−1790. 4. Жичкин А. П. Особенности климатических колебаний и рыбный промысел в высокоширотных районах Баренцева моря. // Ученые записки Рос. гос. гидрометеорол. ун-та. 2013. № 30. C. 108−115. 5. Матишов Г. Г., Жичкин А. П. Влияние климатических флуктуаций на промысловую ихтиофауну экосистемы Баренцева моря // Вестник Южного научного центра РАН. 2013. Т. 9, № 1. C. 61−70. 6. Миронов Е. У. Ледовые условия в Гренландском и Баренцевом морях и их долгосрочный прогноз. СПб.: ГНЦ РФ ААНИИ, 2004. 320 с. 7. Климатические изменения ледовых условий в арктических морях Евразийского шельфа / И. Е. Фролов и др. // Проблемы Арктики и Антарктики. 2007. № 75. C. 149−160. 8. Спичкин В. А. Определение критерия крупной аномалии // Исследования ледовых условий Арктических морей, методы расчета и прогноза: тр. ААНИИ. 1987. T. 402. C. 15−19. 9. Климатические аномалии Баренцева моря: отчет о нИр (заключ.) / под ред. Г. Г. Матишова. Мурманск: ММБИ КНЦ РАН, 2000. 98 с. 10. Variability of the Intermediate Atlantic Water of the Arctic Ocean over the Last 100 Years / I.V. Polyakov et al. //
J. Climate. 2004. Vol. 17, № 23, P. 4485−4497. 11. Жичкин А. П. Климатические колебания ледовых условий в различных районах Баренцева моря // Метеорология и гидрология. 2012. № 9. C. 69−78. 12. Pronounced anomalies of air, water, ice conditions in the Barents and Kara Seas, and the Sea of Azov / G.G. Matishov, S.L. Dzhenyuk, D.V. Moiseev, A.P. Zhichkin // Oceanologia. 2014. 56 (3). P. 445−460.
Сведения об авторах
Жичкин Александр Павлович — к.г.н., старший научный сотрудник- e-mail: zhichkin@mmbi. info
64
ВЕСТНИК Кольского научного центра РАН 1/2015(20)

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой