В работе рассматриваются основные результаты мониторинга за состоянием ледяного покрова Северного Ледовитого океана (СЛО), проводимого в ААНИИ в период МПГ 2007/2008 гг. В период МПГ в Арктике наблюдалось аномальное развитие ледовых условий.
Первый год МПГ, а именно 2007 г., оказался экстремальным по развитию ледовых условий. В летний период 2007 г. наблюдалось максимальное сокращение площади ледяного покрова Северного Ледовитого океана, отмеченное за весь предшествующий 30-летний ряд наблюдений. Последующие 2008 и 2009 гг. оказались также аномально легкими по целому ряду показателей ледовых процессов и явлений. Вместе с тем, дальнейшего уменьшения ледовитости не наблюдалось. В эти годы наблюдалось устойчивое увеличение количества остаточного льда, сохраняющегося в СЛО в конце периода летнего разрушения.
Этим и другим особенностям развития ледовых условий уделено особое внимание в настоящей работе.
Оценки особенностей развития ледовых условий получены по данным государственной наблюдательской сети, центров приема спутниковой информации Росгидромета, данным экспедиционных исследований, проводимых в ААНИИ на дрейфующих станциях «Северный Полюс-35». «Северный Полюс-36» и высокоширотных рейсов НЭС «Академик Федоров» и ряда международных проектов.
Основой мониторинга в годовом цикле явились совмещенные региональные ледовые карты, построенне по данным ААНИИ, Канадской ледовой службы – КЛС и Национального ледового центра США – НЛЦ. Совмещение карт выполнено путем перекрытия слоев (ААНИИ, верхний слой) – (КЛС, средний слой) – (НЛЦ, нижний слой). Как результат, карты ААНИИ характеризуют ледовые условия морей с Гренландского по Чукотское, Берингова, Охотского и Балтийского, КЛС – морей Бофорта, Баффина, Лабрадор, проливов Девисов и Канадского арктического архипелага, а НЛЦ – Арктического Бассейна, моря Линкольна, южной части Гренландского моря (при этом полный охват карт НЛЦ – вся акватория СЛО и субполярные моря).
Для цветовой окраски карт использован стандарт ВМО (WMO/Td. 1215) для зимнего (по возрасту) и летнего (по общей сплоченности) периодов. Исходная информация доступна на сервере МЦД МЛ по адресам HYPERLINK http://wdc.aari.ru/datasets/d0004 (карты ААНИИ), HYPERLINK http://wdc.aari.ru/datasets/d0031 (карты КЛС), HYPERLINK http://wdc.aari.ru/datasets/d0032 (карты НЛЦ).
Основные районы Северного Ледовитого океана, однородные по условиям формирования и изменения ледовых условий, приведены на рис. 1. Данное районирование несколько отличается от принятого географического районирования океана. Оно скорее отражает относительно однородные районы формирования и изменения ледовых условий, по которым ведется мониторинг основных ледовых процессов и явлений.
Рис. 1. Квазиоднородные ледовые районы Северного Ледовитого океана. 1 – западный район российского сектора; 2 – восточный район российского сектора; 3 – аляскинский сектор; 4 – канадский сектор; 5 – приполюсный район; 6 – гренландский сектор
Расчет среднемесячных значений общей сплоченности выполнен в лаборатории режимных пособий ААНИИ на основе массива ежедневных распределений оценки общей сплоченности по алгоритму NASATEAM из архива Национального центра данных США по снегу и льду (HYPERLINK http://nsidc.org).
Для понимания особенностей формирования зимних ледовых условий 2007–2008 г. необходимо хотя бы в общих чертах рассмотреть особенности предшествующих осенних ледовых процессов, начиная с осеннего периода 2006 г.
В результате интенсивного летнего таяния и разрушения ледяного покрова в арктическом бассейне в 2006–2008 гг., к началу осеннего периода в Северном Ледовитом океане сформировались большие отрицательные аномалии ледовитости.
Аномалии ледовитости и их нормированные значения в долях среднего квадратического отклонения (σ) приведены в табл. 1. Из приведенных данных следует, что аномалии ледовитости были устойчиво отрицательны и в долях среднего квадратического отклонения составляли величину, порядка -1.0σ в 2006 году и -2.5 − -3.0σ в 2007–2008 годах. Если в 2006 году отрицательная аномалия ледовитости по абсолютной величине в конце летнего периода была очень крупной, то в 2007–2008 годах величины аномалий по абсолютной величине оказались экстремально большими за весь ряд наблюдений, начиная с 1930-х годов. Основное уменьшение количества льда происходило за счет разрушения однолетних льдов в окраинных арктических морях российского и аляскинского секторов Арктики.
Характерной чертой осенних ледовых процессов в 2006–2007 гг., предшествующих зимнему развитию ледяного покрова в 2007–2008 гг., явилось позднее начало ледообразования в высоких широтах и малая остаточная ледовитость в океане.
По данным наблюдений на дрейфующих станциях «Северный Полюс» и наблюдений с борта НЭС «Академик Федоров», выполняющего высокоширотные рейсы по снятию и высадке дрейфующих станций, было установлено, что ледообразование в осенний период 2006–2008 гг. началось на 10–20 суток позже среднемноголетних сроков. Появление начальных льдов среди остаточных льдов на широтах 80–85° с.ш. было зафиксировано в середине первой декады сентября при средних сроках, приходящихся на начало третьей декады августа.
При одновременном появлении начальных форм льда на поверхности океана, на нижней поверхности льда еще наблюдалось его таяние. Одновременные процессы ледообразования на поверхности воды и таяния льда на нижней поверхности были отмечены на СП-35 и СП-36.
Скорость продвижения волны ледообразования в окраинные моря была достаточно медленной. При средних сроках появления льдов на северной границе арктических морей в середине сентября, волна устойчивого ледообразования подошла сюда в середине первой декады октября, что также на 2–3 декады позже среднемноголетних значений.
Формирование аномалий ледовитости в СЛО и прирост льда в осенний период хорошо иллюстрируют данные таблиц 1–2.
Таблица 1. Аномалии остаточной ледовитости в осенний период 2006–2008 гг. в СЛО
Таблица 2. Интенсивность прироста ледовитости в осенний период 2006–2008 гг. в. СЛО
Если в осенний период 2006 г. прирост площади ледяного покрова носил относительно равномерный характер по месяцам и составлял 1400–1700 тыс. кв. км, то для осени 2007–2008 гг. характерно лавинообразное увеличение площади льда на акватории океана. Так в 2007 г. с октября по ноябрь прирост площади ледяного покрова составил 3215 тыс. кв. км, а в 2008 г. с сентября по ноябрь площадь льда увеличивалась на 2590–2725 млн кв. км. То есть каждый месяц площадь льда в океане увеличивалась на 20–25 %. Такая экстремальная интенсивность распространения ледяного покрова привела к сокращению абсолютной величины аномалии, хотя она по прежнему была отрицательной и составляла от -526 до -617 тыс. кв. км (табл. 1, 2).
Формирование зимних ледовых условий в январе – мае 2007 и 2008 гг. продолжилось по очень схожему сценарию. Развитие ледяного покрова было меньше среднемноголетнего. Отрицательные аномалии ледовитости формировались в основном за счет малой ледовитости морей в гренландском секторе и западном районе российского сектора Арктики. Величина аномалии по абсолютной величине устойчиво сокращалась от 450–700 тыс. кв. км в январе до 360–490 тыс. кв. км в мае.
Характерной особенностью формирования ледовых условий в 2007 и 2008 гг. в конце зимнего периода стали устойчивые воздушные переносы юго-восточных направлений, которые привели к формированию обширных заприпайных полыней в морях российского и аляскинского секторов Арктики.
Наименьшее количество старых льдов наблюдалось в зимний период 2008 г., что было обусловлено самой малой за весь период наблюдений остаточной ледовитостью осеннего периода 2007 г. Малое количество однолетних льдов, сохранившихся после летнего таяния в 2007 г. и не перешедших в градацию 2-летних льдов, не восполнило в нужной мере количество старых льдов (рис. 2).
Рис. 2. Обзорная ледовая карта распределения ледяного покрова на первую декаду мая 2007 и 2008 гг. на основе ледового анализа ААНИИ, КЛС и НЛЦ США
К началу летнего периода 2007 и 2008 гг. в Северном Ледовитом океане и его окраинных морях складывались достаточно сходные ледовые условия, обусловленные действием основных центров атмосферы и положительными аномалиями температуры воздуха. Основные особенности гидрометеорологических и ледовых условий, сложившиеся в начале летнего периода, состояли в следующем:
– наблюдались устойчивые воздушные переносы южных и юго-восточных направлений, приводящие к выносу льдов из окраинных морей и формирующих отрицательные аномалии ледовитости в этих морях;
– наблюдались положительные аномалии температуры воздуха в Арктике;
– преобладали однолетние льды осеннего и зимнего образования в российском и аляскинском секторах Арктики;
– наблюдалось значительное смещение массива старых льдов в канадский и гренландский сектора Арктики;
– произошло существенное уменьшение количества старых льдов в результате их выноса из СЛО через пролив Фрама и увеличение доли однолетних льдов в ледовом балансе океана;
– сложилась крупная отрицательная аномалия ледовитости СЛО, составляющая от 325 до 500 тыс. кв. км (или от 1,2σ до 1,8σ в долях среднего квадратического отклонения, что по величине является крупной отрицательной аномалией).
В структурном составе льдов всего бассейна Северного Ледовитого океана преобладали однолетние льды, которые составляли более 2/3 от общего количества льда. Старые льды составляли менее 1/3 от общего количества льда в 2007 году и менее 1/4 от общего количества льда в 2008 году. Количество старых льдов в СЛО в 2008 году оказалось аномально малым, вследствие экстремально малой остаточной ледовитости 2007 года.
Особенностью развития ледовых процессов в летние периоды 2007 и 2008 гг. стало раннее и интенсивное очищение западных окраинных морей (Баренцева и Карского) и восточных окраинных морей (Чукотского и Бофорта). В этих морях наблюдалось значительное отступление границы дрейфующих льдов на север. Большое количество льдов сохранялось в центральных арктических морях (Лаптевых и Восточно-Сибирском). Но и в этих морях уже в июне-июле начала формироваться отрицательная аномалия ледовитости, которая увеличивалась в течение летнего периода. Процессы разрушения ледяного покрова в 2007 году происходили более интенсивно, чем в 2008 г.
Припай в арктических морях в 2007 и 2008 гг. полностью разрушался в течение июля, что произошло в среднем на 10–15 суток раньше среднемноголетних сроков.
В результате выносного характера дрейфа из евразийских арктических морей и моря Бофорта и большой интенсивности Трансарктического дрейфа наблюдался значительный вынос льдов из Арктического бассейн в Гренландское море, через пролив Фрама. В результате развивающихся процессов весь массив льда оказался смещен к побережью Гренландии и островам Канадского арктического архипелага.
Старые льды наблюдались преимущественно в канадском секторе Арктики и частично в приполюсном районе.
Очищение акваторий западных окраинных морей (Баренцева и Карского) и восточных окраинных морей (Чукотского и Бофорта) дало основной вклад в формировании большой отрицательной аномалии ледовитости СЛО в первой половине летнего периода (июнь-июль). Ежедневные оценки сезонного хода ледовитости для Северной полярной области на основе расчетов по данным SSMR-SSM/I, алгоритм NASATEAM (рис. 5) позволяют убедиться, что площади льдов в океане в начале летнего периода в 2007 и 2008 гг. были достаточно близки по значениям.
В августе продолжалось интенсивное разрушение льдов в прибрежных арктических морях. Особенно интенсивное разрушение льдов происходило в 2007 г. В летний период 2007 г. сформировалась и сохранялась экстремальная отрицательная аномалия ледовитости СЛО, которая отмечалась за весь ряд наблюдений с 30-х годов прошлого столетия.
В сентябре процесс активного таяния и разрушения ледяного покрова закончился. Ледяной покров достиг максимума своего сокращения. Начались осенние ледовые процессы. Среди остаточных льдов в высоких широтах и в прикромочной зоне началось устойчивое ледообразование. Распределение ледяного покрова, которое наблюдалось в середине сентября 2007 и 2008 гг., приведено на рис. 3.
Рис. 3. Обзорная ледовая карта распределения ледяного покрова на середину сентября 2007 (а) и 2008 (б) гг. на основе ледового анализа ААНИИ, КЛС и НЛЦ США
По оценкам, выполненным в ААНИИ, общая площадь дрейфующих льдов в СЛО, сохранившаяся после летнего разрушения и таяния (остаточная ледовитость), изменялась в пределах от 4,3 до 5,2 млн кв. км (табл. 3).
Таблица 3. Площадь льдов в Северном Ледовитом океане по данным SSMR-SSM/I (NASATEAM) в сентябре
В 2007 г наблюдался абсолютный минимум ледовитости за весь период наблюдений, начиная с 30-х годов XX столетия. Остаточная ледовитость в 2007 г. составила 4,3 млн кв. км, при норме 6,3 млн кв. км.
Однако, начиная с 2008 г., дальнейшего сокращения ледовитости не наблюдалось. Наоборот, начало наблюдаться увеличение остаточной ледовитости СЛО, которое продолжилось и в следующем 2009 г.
Начиная с 2008 года остаточная ледовитость составила 4,7 млн кв. км (что на 0,36 млн кв. км. больше, чем в 2007 г.), а в 2009 году 5,2 млн кв. км. (что на 0,86 млн кв. км больше, чем в 2007 г.).
На рис. 4 приведены оценки сезонного хода ледовитости для Северной полярной области за период с 26.10.1978 по 14.11.2009 по годам на основе расчетов по данным SSMR-SSM/I, алгоритм NASATEAM. Ход общей ледовитости в бассейне Северного Ледовитого океана показывает, что практически весь зимний, весенний и летний периоды количество льда в 2008 и 2009 гг. превышало показатели 2007 г. В целом во все сезоны 2008 и 2009 гг. общее количества льда в Северном Ледовитом океане было значительно меньше нормы, но превышало исторический минимум 2007 г.
Рис. 4. Ежедневные оценки сезонного хода ледовитости для Северной полярной области за период с 26.10.1978 по 14.11.2009 по годам на основе расчетов по данным SSMR-SSM/I, алгоритм NASATEAM
Оценки остаточной ледовитости полученные в ААНИИ для 2007, 2008 и 2009 гг. оказались очень близкими с оценками, полученными в Национальном центре данных по снегу и льду США, что подтверждает достоверность этих данных.
В период 2007 и 2008 гг. в СЛО наблюдалось аномальное развитие ледовых условий во все периоды года.
В осенний период ледообразование началось позднее среднемноголетних сроков на 10–20 суток и развивалось крайне медленно. Однако в конце осеннего и начале зимнего периода (ноябрь-декабрь) наблюдалось экстремальное увеличение ледяного покрова за счет молодых льдов, которое носило лавинообразный характер. Площадь вновь образовавшегося льда в этот период увеличивалась ежемесячно на 2,7–3,2 млн кв. км.
Характерной особенностью формирования ледовых условий в 2007 и 2008 гг. в конце зимнего периода стали устойчивые воздушные переносы юго-восточных направлений, которые привели к адвекции тепла и формированию обширных заприпайных полыней в морях российского и аляскинского секторов Арктики. Эти процессы привели к формированию отрицательных аномалий ледовитости уже в самом начале летнего периода.
Развитие ледовых условий в летний период 2007 и 2008 гг. развивались по экстремально легкому типу. Основное сокращение ледовитости происходило за счет разрушения и выноса льдов из окраинных арктических морей российского и аляскинского секторов Арктики. В 2007 г. был зафиксирован абсолютный минимум ледовитости за весь ряд наблюдений, начиная с 30-х годов XX столетия. Остаточная ледовитость в 2007 г. составила 4,3 млн кв. км, при норме 6,3 млн кв. км.
Однако в последующие годы (2008 и 2009) количество льдов, сохранившихся после летнего таяния, стабилизировалось и даже начало увеличиваться. В 2008 г. остаточная ледовитость была на 0,36 млн кв. км больше, а в 2009 г. уже на 0,86 млн кв. км больше, чем в 2007 г., хотя по прежнему оставалась значительно меньше среднемноголетнего значения.
Романов И.П. Ледяной покров арктического бассейна. Санкт-Петербург, ААНИИ, 1992, 212 с.
Романов И.П. Морфометрические характеристики льда и снега в арктическом бассейне. Санкт-Петербург, ААНИИ, 1993, 152 с.
Обзор гидрометеорологических процессов в Северном ледовитом океане за 2007 г. (под ред. И.Е. Фролова). Санкт-Петербург, ААНИИ, 2008, 80 с.
Обзор гидрометеорологических процессов в Северном ледовитом океане за 2008 г. (под ред. И.Е. Фролова). Санкт-Петербург, ААНИИ, 2009, 108 с.
Обзор гидрометеорологических процессов в Северном ледовитом океане за 2009 г. (под ред. И.Е. Фролова). Санкт-Петербург, ААНИИ, 2010, 138 с.
Abstract
The main results of the Arctic Ocean ice cover monitoring, undertaken by the AARI during the IPY 2007/2008, are presented. During the IPY the Arctic Ocean experienced an anomalous development of the ice conditions. The first IPY year 2007 was noted for extreme development of the ice conditions including the summer 2007, when the maximum reduction in the ice cover area in the Arctic Ocean was observed for the entire preceding 30-years series of satellite observations. Subsequent years 2008 and 2009 were also abnormally light on a number of indicators of ice processes and phenomena. However, further reduction in ice cover was not observed. During these years there has been a steady increase in the area of residual ice, survived in the Arctic Ocean after the period of summer melt. These and other special features of ice conditions are described in this paper in details.