В статье дана краткая характеристика основных особенностей колебаний уровня арктических морей в период МПГ. Отмечается, что наиболее характерной чертой изменений уровня в арктических морях являлось преобладание повышенного фона колебаний. Однако при этом значительных подъемов уровня на станциях арктических морей отмечено не было. Проанализирована многолетняя изменчивость уровней арктических морей. Результаты анализа показали наличие существенного положительного линейного тренда, сформировавшегося с середины 1980-х годов и обусловленного, по-видимому, динамическими процессами макроциркуляционного происхождения.
Уровень моря, являясь интегральным показателем гидрометеорологических процессов широкого пространственно-временного диапазона, позволяет оценивать направленность и интенсивность изменений состояния природных условий различного масштаба: от синоптических до климатических. Крупномасштабные долгопериодные изменения положения среднего уровня моря оказывают существенное влияние на хозяйственную деятельность в прибрежных районах морей, на их побережье и в устьевых участках рек. Особенно пристальное внимание к проблеме современных изменений положения среднего уровня арктических морей было проявлено в последнее десятилетие XX векаи первые годы XXI века. Именно в эти годы в арктических морях отмечался повсеместный существенный рост уровня, приведший к резкой интенсификации процессов разрушения берегов и отступания береговой линии. Оценка многолетней изменчивости положения среднего уровня арктических морей, выявление основных факторов, влияющих на эту изменчивость, и определение степени их влияния является важной комплексной научной проблемой, имеющей прямое прикладное значение.
Колебания уровня арктических морей формируются в результате взаимодействия различных факторов: географического положения и морфометрических характеристик бассейна моря, атмосферных процессов, речного стока, осадков и испарения, образования и таяния льда и пр. При этом изменения уровня носят сложный характер и отличаются большим разнообразием в различных морях и даже в разных районах одного и того же моря.
Наблюдения за колебаниями уровня в арктических морях ведутся в соответствии с международно-признанными стандартами наблюдений. При этом гидрометеостанции, включенные в сеть уровенных наблюдений, оборудуются водомерными постами, оснащенными футштоками и самописцами уровня моря. Основным средством измерения является рейка с ценой деления 1 или 2 см. Практически все уровенные посты, расположенные на материковом побережье арктических морей, привязаны к высотной основе Балтийской системы отсчета. На водомерных постах, не привязанных к Балтийской системе отсчета высот, измерения уровня ведутся относительно фиксированных горизонтов, индивидуальных для каждой станции. При стандартных наблюдениях отсчеты уровня по рейке снимаются четыре раза в сутки с дискретностью 6 часов, на станциях, оборудованных самописцами, уровень моря определяется с дискретностью 1 час.
Характерной особенностью изменений уровня арктических морей России в 2007 году является повсеместное сохранение повышенного фона колебаний, причем наиболее значительные отклонения от среднемноголетних величин отмечались на станциях, расположенных в юго-западной части Карского моря. Другой характерной особенностью является значительная асимметрия сгонов и нагонов, проявляющаяся в том, что величина максимальных уровней на станциях материкового побережья в 1,5–2,0 раза превышала величину минимальных уровней.
В юго-западной части Карского моря среднегодовой уровень на 15–25 см превысил среднюю многолетнюю величину, в августе и октябре 2007 г. наблюдался самый большой среднемесячный уровень за весь ряд наблюдений, ведущийся с 1950 г. Наиболее значительные сгоны в этом районе (на 50–60 см ниже среднего уровня) отмечались в апреле и мае, наиболее значительные нагоны (на 110–125 см выше среднего уровня) – в сентябре-октябре.
В северной части Карского моря фон колебаний уровня был слабоповышенный (0 +5 см), наиболее значительные подъемы (на 40–50 см выше среднего уровня) и понижения (на 30–45 см ниже среднего уровня) уровня отмечались в зимне-весенний период года.
В восточной части Карского моря среднегодовой уровень на 5–20 см превысил многолетнюю величину. Наиболее значительные понижения уровня в этом районе (на 40–50 см ниже среднего уровня) отмечались в январе и феврале, наиболее значительные нагоны (на 60–65 см выше среднего уровня) – в октябре и декабре. При этом в вершине Енисейского залива наибольшая внутримесячная изменчивость уровня наблюдалась в летне-осенний период, когда уровень поднимался на 100–115 см выше среднего значения и опускался на 70–75 см ниже среднего.
В море Лаптевых колебания уровня имели хорошо выраженный сезонный ход с минимумом в весенний период и максимумом в осенний. Среднегодовой уровень на станциях моря Лаптевых на 10–20 см превысил среднюю величину, наиболее значительные сгоны в этом районе (на 60–90 см ниже среднего уровня) отмечались в апреле и мае, наиболее значительные нагоны наблюдались в сентябре-октябре, при этом если в районе Новосибирских островов уровень поднимался на 75–100 см выше средней отметки, то на материковом побережье максимальный подъем уровня составил 173 см.
На станциях, расположенных в Восточно-Сибирском и Чукотском морях наблюдения за уровнем моря осуществляются только в летний период года (июнь – август), что не позволяет достоверно оценить его годовую изменчивость. В период наблюдений колебания уровня происходили в этом районе также на повышенном фоне, при этом, если на станциях Восточно-Сибирского моря он был на 10–20 см выше среднемноголетней величины, то в Чукотском море среднемесячный уровень на 45–55 см превышал многолетнюю отметку. Величина колебаний уровня составляла 100–185 см, при этом, если при максимальных сгонах уровень опускался на 50–80 см ниже среднего уровня, то при максимальных нагонах он поднимался на 70–105 см выше среднего.
В течение первых трех месяцев 2008 года колебания уровня на станциях арктических морей носили довольно типичный для этого времени года характер, главными чертами которого являются: отсутствие значительных сгонов и нагонов, с одной стороны, и общее понижение фона колебаний уровня, с другой стороны.
От января к марту понижение среднемесячного уровня составило в юго-западной и северной частях Карского моря 15–20 см, в восточной части Карского моря 25–30 см, вдоль южного побережья моря Лаптевых 20–25 см, на станциях Новосибирских островов 30–45 см, на станции Певек около 40 см.
В юго-западной и восточной части Карского моря величина колебаний уровня составила 100–110 см, в северной части Карского моря 75–85 см, в юго-западной части моря Лаптевых 150–160 см, в юго-восточной части моря Лаптевых 120–130 см, в районе Новосибирских островов 105–110 см, в Певеке 145 см.
Наиболее значительный подъем уровня (на 82 см выше среднемноголетнего уровня) отмечался на станции Амдерма 12 февраля 2008 г. Подъем уровня был связан с тыловой частью циклона, перемещавшегося с запада на восток через центральную часть Баренцева моря и юго-западную часть Карского моря. Давление в центре циклона достигало 970 ГПа.
Наиболее значительный сгон (на 121 см ниже среднемноголетнего уровня) был зафиксирован на станции Анабар 4 января 2008 года. Понижение уровня в этот период отмечалось и на ряде других станций моря Лаптевых, при этом на ряде станций, расположенных в Карском море наблюдался заметный подъем уровня (рис. 1). Такой характер колебаний уровня был обусловлен глубоким циклоном, перемещавшимся в генеральном направлении с северо-запада на юго-восток. Центр циклона двигался через архипелаг северная Земля и полуостров Таймыр, при этом акватория Карского моря попадала под влияние тыловой части циклона, а акватория моря Лаптевых под влияние передней части циклона.
Рис. 1. Колебания уровня на станциях арктических морей в период с 1 по 8 января 2008 г. (1 – Анабар, 2 – Тикси, 3 – м. Кигилях, 4 – о-ва Известий ЦИК, 5 – Амдерма)
В общем сезонном ходе колебаний уровня в арктических морях самый низкий уровень приходится, как правило, на март-апрель, после чего средний уровень начинает повышаться, достигая, на станциях, расположенных в устьях рек, максимума в июне.
В течение апреля – июня 2008 года колебания уровня на станциях арктических морей характеризовались отсутствием значительных сгонов и нагонов, с одной стороны, и общим повышением фона колебаний уровня, с другой стороны. От апреля к июню повышение среднемесячного уровня составило в юго-западной и восточной частях Карского моря около 10 см, в северной части Карского моря – 15–20 см, вдоль южного побережья моря Лаптевых и в районе Новосибирских островов – 30–35 см, на станции Певек – около 10 см.
В юго-западной части Карского моря величина колебаний уровня составила 100–110 см, в восточной и северной частях Карского моря – 70–80 см, в юго-восточной части моря Лаптевых и в районе Новосибирских островов – 90–120 см, в Певеке – 125 см.
В июне практически на всех станциях, расположенных в зоне влияния речных вод отмечался подъем уровня, обусловленный прохождением весеннего паводка. Наиболее ярко этот процесс проявился на станции Анабар, расположенной в устье р. Анабар. 19 июня уровень на этой станции достиг отметки на 157 см превышающей среднее значение и после этого стал постепенно опускаться. На станциях, расположенных в юго-восточной части моря Лаптевых и на Новосибирских островах паводковая волна подняла уровень на 20–40 см выше среднемноголетних значений.
На фоне общего подъема уровня моря в восточном секторе Арктики 21–25 июня произошел наиболее значительный подъем уровня за второй квартал 2008 года, обусловленный анемобарическими причинами (рис. 2). В этот период уровень моря на станции Тикси достиг +74 см, а на станции о. Котельный +87 см выше среднемноголетнего уровня. Подъем уровня был связан с прохождением с запада на восток южной периферии циклона через северную часть моря Лаптевых. Давление в центре циклона достигало 980 ГПа. Волны сгонно-нагонных колебаний уровня, распространяясь в восточном направлении, пересекали шельф Восточно-Сибирского моря и достигали п. Певек с запозданием около 48 часов по отношению к п. Тикси. Максимальный уровень в Певеке отмечался 26 июня, когда он на 72 см превысил среднемноголетнюю величину.
Рис. 2. Колебания уровня на станциях арктических морей в период с 13 по 29 июня 2008 г. (1 – Тикси, 2 – м. Кигилях, 3 – пр. Санникова, 4 – о. Котельный, 5 – Певек)
Наиболее значительное понижение уровня (на 96 см ниже среднемноголетнего уровня) было зафиксировано на станции Анабар 17 апреля и 11 мая 2008 года. Необходимо отметить, что в течение второго квартала анемобарические факторы слабо влияли на колебания уровня в этом пункте, а падение уровня почти на 100 см ниже среднего значения обусловливалось сочетанием отрицательного фона колебаний уровня (на 50 см ниже среднего значения) и сизигийных отливов.
В течение июля – сентября 2008 года колебания уровня на станциях арктических морей характеризовались отсутствием значительных сгонов и нагонов, с одной стороны, и повышенным фоном колебаний уровня, с другой стороны, что является достаточно характерным для данного времени года. Фон колебаний уровня в юго-западной части Карского моря составил 0 – +20 см, в северо-восточной части Карского моря – +5 – +10 см, вдоль южного побережья моря Лаптевых – +20 – +25 см, в районе Новосибирских островов – +10 – +15 см, вдоль южного побережья Восточно-Сибирского моря +5 – +15 см.
Характерной особенностью колебаний уровня практически во всех районах арктических морей в третьем квартале 2008 года стало существенное превышение абсолютной величины нагонов над абсолютной величиной сгонов. В юго-западной части Карского моря, в южной части моря Лаптевых и южной части Восточно-Сибирского моря средняя величина нагонов превысила среднюю величину сгонов приблизительно в 2,5 раза, в северной части Карского моря и в районе Новосибирских островов – в 1,5 раза. При этом в юго-западной части Карского моря величина колебаний уровня составила 100–150 см, в северной части Карского моря – 50–70 см, вдоль южного побережья моря Лаптевых – 140–160 см, в районе Новосибирских островов – 120–130 см, у южного побережья Восточно-Сибирского моря – 140–160 см.
В Карском море наиболее значительный подъем уровня отмечался 23 сентября, когда уровень на станции Сопочная Карга поднялся на 139 см выше среднемноголетней величины (рис. 3). В море Лаптевых уровень на станции о-ва Дунай дважды превышал отметку плюс сто сантиметров: 5 (+103 см) и 21 (+121 см) августа (рис. 4). В Восточно-Сибирском море также существенные подъемы уровня отмечались дважды: 8 июля, когда уровень на п/ст Певек достиг отметки +103 см и 26 августа, когда уровень на п/ст Певек достиг отметки +100 см, а на п/ст Рау-Чуа отметки +119 см (рис. 5).
Рис. 3. Колебания уровня на станциях арктических морей в период с 20 по 27 сентября 2008 г. (1 – Амдерма, 2 – о-ва Известий, 3 – Сопочная Карга, 4 – Усть-Кара, 5 – м. Челюскина)
Рис. 4. Колебания уровня на станциях арктических морей в период с 18 по 28 августа 2008 г. (1 – о-ва Дунай, 2 – м. Кигилях, 3 – о. Котельный, 4 – пр. Санникова, 5 – Тикси)
Рис. 5. Колебания уровня на станциях арктических морей в период с 22 августа по 2 сентября 2008 г. (1 – Амбарчик, 2 – Певек, 3 – Рау-Чуа)
В период 22–25 сентября через акваторию Карского моря перемещался в восточно-юго-восточном направлении циклон, центр которого пересекал северную часть моря, при этом юго-западная часть моря оказалась под воздействием сильных западных ветров, обусловивших общий подъем уровня в этом районе. Морфометрические особенности района Енисейского залива способствовали формированию здесь локального подъема уровня, отмечавшегося на станции Сопочная Карга.
21–22 августа акватория моря Лаптевых оказалась под воздействием циклона, перемещавшегося в меридиональном направлении с юга на север, при этом центр циклона двигался через центральную часть моря. В результате в западной части моря господствовали сильные ветры северо-западного направления, а в восточной части моря отмечался сравнительно слабый ветер неустойчивых направлений. Сформировавшийся в этой ситуации нагон наиболее ярко проявился на станции о-ва Дунай, а нагонная волна, затухая, медленно распространилась на всю юго-восточную часть моря, вызвав повышение уровня в этом районе на 40–60 см.
К 23 августа над Аляской и прилегающей к ней территорией Канады сформировался обширный циклон, с ложбиной, протянувшейся от м. Барроу к Новосибирским о-вам, при этом в тыловой части ложбины оказалась практически вся акватория Восточно-Сибирского моря. Пониженное давление и сильные ветры западного, северо-западного направлений вызвали существенный подъем уровня, отмечавшийся на всех станциях, ведущих наблюдения за уровнем на южном побережье Восточно-Сибирского моря. При этом наступление максимума в ходе колебаний уровня на всех станциях отмечалось приблизительно в одно и тоже время.
Существенных понижений уровня в течение всего третьего квартала на станциях арктических морей не отмечалось: 7-го сентября на станции Амбарчик в Восточно-Сибирском море уровень понизился до отметки –74 см, до отметок –68 см (31 июля) и – 69 см (31 августа) опускался уровень на станции Анабар в юго-западной части моря Лаптевых, 2-го сентября на 65 см ниже средней величины опустился уровень на п/ст Сопочная Карга в Карском море.
Таким образом, в 2008 году в большинстве районов арктических морей России отмечался повышенный уровень, причем наиболее значительные отклонения от среднемноголетних величин отмечались на станциях, расположенных в юго-западной части Карского моря и в районе Новосибирских островов. Исключение составили северная часть Карского моря, где наблюдался слабо пониженный фон колебаний уровня, и юго-западная часть моря Лаптевых, в которой пониженный фон колебаний уровня имел хорошо выраженный характер. Продолжала сохраняться значительная асимметрия сгонов и нагонов, проявляющаяся в том, что величина максимальных уровней на станциях материкового побережья в 1,5–2,0 раза превышала величину минимальных уровней.
В юго-западной части Карского моря среднегодовой уровень на 5–20 см превысил среднюю многолетнюю величину. В феврале на станции Амдерма, а в декабре на станции Усть-Кара наблюдался самый большой среднемесячный уровень за весь период наблюдений, начинающийся в 1950 г. Сезонный ход уровня имел достаточно типичный вид с минимумом в весеннее время года (апрель) и максимумом осенью (октябрь). Наиболее значительные сгоны в этом районе (на 55–60 см ниже среднего уровня) отмечались в марте и апреле, наиболее значительные нагоны (на 100–110 см выше среднего уровня) в последних числах декабря.
В северной части Карского моря фон колебаний уровня был слабопониженный (0–5 см), наиболее значительные понижения уровня (на 40–50 см) отмечались весной в марте-апреле, а наиболее значительные подъемы уровня (на 40–50 см) были зафиксированы в январе-феврале и декабре.
В восточной части Карского моря среднегодовой уровень был близок к своим средним значениям. В сезонном ходе уровня минимум, как обычно, пришелся на весенний период года, а вот максимальные среднемесячные уровни отмечались не в октябре-декабре, а в январе-феврале. Наиболее значительные понижения уровня в этом районе (на 50–60 см ниже среднего уровня) отмечались в апреле-мае, наиболее значительные нагоны (на 55–65 см выше среднего уровня) – в январе-феврале и октябре.
Среднегодовой уровень на станциях центральной и восточной частей моря Лаптевых на 5–25 см превысил среднюю величину. При этом на станции о. Котельный в 2008 году был зафиксирован самый высокий среднегодовой уровень моря за весь ряд наблюдений, начиная с 1951 года. В тоже время в юго-западной части моря Лаптевых среднегодовой уровень был на 10–15 см ниже нормы. В целом в море Лаптевых колебания уровня имели хорошо выраженный сезонный ход с минимумом в весенний период и максимумом в осенний. Наиболее значительные сгоны (на 60–100 см ниже среднего уровня) в центральной части моря отмечались в октябре и декабре, наиболее значительные нагоны (на 100–120 см выше среднего уровня) наблюдались в этом районе в июле и августе. В восточной части моря в районе Новосибирских островов наиболее значительные сгоны (на 30–60 см ниже среднего уровня) наблюдались в марте-апреле и сентябре, а наиболее значительные нагоны (на 70–90 см выше среднего) в июне и сентябре-октябре.
Колебания уровня у побережья Восточно-Сибирского моря происходили на повышенном фоне. В сезонном ходе уровня отмечается понижение уровня в весенний период с минимум в марте и подъем уровня в осенний период с максимумом в октябре. Наиболее значительное понижение уровня (на 85–90 см ниже среднего) здесь отмечалось в марте, а самые значительные нагоны (на 100–130 см выше среднего) в июле-августе и октябре.
Для анализа многолетней изменчивости уровня, как правило, используются сведения о среднегодовом уровне моря, полученном путем осреднения за соответствующий период данных наблюдений на отдельных станциях (http://ocean2x.aari.ru/index.php?id=507). Непременным условием при этом является приведение этих наблюдений к одному горизонту.
Долгопериодные линейные изменения уровня моря, наблюдаемые на береговых станциях, в основном обусловлены двумя факторами: вертикальными движениями Земной коры и климатическими изменениями состояния атмосферы и гидросферы. Разделить при этом эти составляющие, оперируя только данными наблюдений за колебаниями уровня, практически невозможно. Анализ многолетней изменчивости уровня арктических морей показывает, что колебания уровня имеют нестационарный характер, по разному проявляющийся в разных районах. Однако, характерной чертой уровенного режима для большинства районов являются наличие положительного тренда, с одной стороны, и различие в характере колебаний уровня в периоды до 1985 года и после, с другой стороны. Практически во всех районах арктических морей колебания уровня моря до 1985 года носили стационарный характер, линейный тренд уровня в этот период был близок нулю (таблица 1, рис. 6), его величина составляла 0,006–0,114 см/год при среднем значении 0,044 см/год. После 1985 года характер колебаний уровня на станциях арктических морей существенным образом изменился: в 1985 году начался резкий подъем уровня и в конце 1980-х – начале 1990-х его колебания происходили на повышенном фоне. Затем наблюдалось понижение уровня, во многих районах арктических морей он даже вернулся к средним величинам, но затем в конце 1990-х – начале 2000-х годов уровень вновь стал расти и в 2005–2007 гг. достиг или превысил наблюдавшиеся ранее максимумы.
Таблица 1. Величина линейного тренда уровня (см/год) по районам арктических морей, определенная для разных периодов
Рис. 6. Аномалии среднегодового уровня, осредненные по районам арктических морей: а) – юго-запад Карского моря; б) – север Карского моря; в) – восток Карского моря; г) – юг моря Лаптевых; д) – Новосибирские о-ва; е) – Восточно-Сибирское море (средний уровень за сентябрь). Прямыми линиями показаны линейные тренды
Основной причиной таких изменений в характере колебаний уровня арктических морей можно считать изменения макроциркуляционных процессов, наблюдающиеся в атмосфере северного полушария Земли. Увеличение количества и интенсивности циклонов, пересекающих арктические моря, приводит к усилению циклонической циркуляции воды, характерной для этих морей и, как следствие, понижению уровня в центре циркуляции и повышению уровня вдоль побережий. То есть основная причина повышения уровня имеет динамический характер. Подтверждением этого является поведение уровня в северной части Карского моря, циклоническая циркуляция воды в которой отсутствует и существенных изменений в положении среднего уровня здесь не наблюдается. Вместе с тем, учитывая те изменения физико-химических характеристик морской воды, которые были зафиксированы в ходе экспедиционных исследований высоких широт Арктики в последние годы, нельзя полностью отрицать наличие вклада стерической составляющей в общее повышение уровня моря.
Abstract
In the article the brief characteristic of the basic features of a sea level oscillations in the Arctic seas during IPY 2007/08 is given. It is marked that the most typical feature of the sea level changes in the Arctic seas was predominance of the increased background this oscillations. However at the same time significant rises of a level at stations of the Arctic seas it has not been marked. The long-term variability of levels in the Arctic seas is analysed. The results of the analysis have shown a presence of the essential positive linear trend generated from the middle of 1980th years and caused obviously by dynamic processes of a macrocirculating origin.