В работе рассмотрены результаты измерений толщины ледяного покрова и высоты снега в результате ледомерных съемок, выполненных в рамках научных программ на дрейфующих станциях «Северный Полюс-35» и «Северный Полюс-36» в период Международного Полярного года. Полученные измерения являются уникальным фактическим материалом прямых натурных измерений на дрейфующих льдах, которое дает непосредственное представление об интенсивности процессов нарастания льда и накопления снежного покрова в зимний период в центральном арктическом бассейне.
В сентябре 2007 г. на дрейфующий лед была высажена научная станция СП-35. Схема дрейфа станции приведена на рис. 1. Станция дрейфовала в генеральном западном направлении, со средней скоростью 8–10 км в сутки. На станции постоянно велись прямые контактные измерения толщины льда и высоты снежного покрова. За период с 21.09.2007 г. по 17.06.2008 г. были выполнены 9 измерений на полигоне по 45 точкам и 14 измерений на основном разрезе полигона по 21 точке.
Рис. 1. Схема дрейфа дрейфующей станции СП-35 во второй половине 2007 – первой половине 2008 гг.
Исходная толщина льда на момент окончания таяния и начала нарастания толщины льда (конец ноября) в среднем по полигону составила 222 см. В третьей декаде ноября началось устойчивое увеличение толщины льда. Измерения толщины льда на дрейфующей станции СП-35 показали замедленную интенсивность нарастания в осенне-зимний период (рис. 2). Толщина льда за период с конца ноября по конец марта увеличилась с 222 см до 272 см (на 50 см). Увеличение толщины происходило в среднем по 4 см за декаду, хотя для этого периода года характерно увеличение толщины льда в среднем по 5 см за декаду (Зубов, 1944, Романов И.П., 1993).
Рис. 2. Результаты измерения толщины льда на дрейфующей станции СП-35
Высота снежного покрова в конце марта 2008 г. оказалась больше среднемноголетней (рис. 3). По данным измерений, высота снега на конец марта составила 40 см, при характерной среднемноголетней высоте снега на многолетних льдах в 30 см (Радионов В.Ф., 1996).
В весенний период, с конца марта по первую декаду мая, увеличение толщины льда составило 10 см (с 272 см до 282 см). Увеличение толщины происходило в среднем по 2 см за декаду, что для этого периода близко к среднемноголетним значениям. Уже со второй половины мая увеличение толщины ледяного покрова не наблюдалось, а с начала июня начало отмечаться уменьшение толщины льда и уменьшение высоты снежного покрова. Таким образом, сроком начала таяния ледяного покрова в 2008 г. в западном районе российского сектора Арктики на широте 81 °с.ш. и на долготе 30 °в.д. можно считать начало июня.
В целом, за период с конца ноября 2007 г. по конец мая 2008 г. толщина льда увеличилась на 60 см. При этом средняя скорость нарастания льда составила 4 см за декаду в осенне-зимний и 2 см за декаду в весенний периоды, что на 1 см за декаду меньше среднемноголетних значений для осенне-зимнего и близко к среднемноголетним значениям для весеннего периодов.
Высота снежного покрова в весенний период 2008 г. оказалась больше среднемноголетней. По данным измерений высота снега на начало мая составила 50 см при характерной среднемноголетней высоте снега в этом районе, составляющей около 40 см (рис. 3).
Рис. 3. Результаты измерения высоты снежного покрова на дрейфующей станции СП-35
В конце сентября 2008 г на дрейфующий лед была высажена дрейфующая станция СП-36. Станция дрейфовала в генеральном западном направлении со средней скоростью 8,5 км в сутки. Схема дрейфа станции приведена на рис. 4.
Рис. 4. Схема дрейфа дрейфующей станции СП-36 во второй половине 2008 – первой половине 2009 гг.
За период с 30.09.2008 г. по 17.08.2009 г. были выполнены 15 измерений на полигоне по 35 точкам и 16 измерений на основном разрезе полигона по 11 точкам. Ход изменения толщины льда и высоты снежного покрова по данным прямых измерений на полигоне СП-36 приведены на рисунках 5 и 6.
Рис. 5. Результаты измерения толщины льда на станции СП-36
Рис. 6. Результаты измерения высоты снежного покрова на станции СП-36
Исходная толщина льда на момент окончания таяния и начала нарастания толщины льда (середина октября) в среднем по полигону составила 100 см. Наблюдения на дрейфующей станции СП-36 показали, что с середины октября началось устойчивое увеличение толщины льда. Толщина льда за осенне-зимний период активного нарастания (период с середины октября по конец марта) увеличилась со 100 см до 194 см (на 94 см). Нарастание толщины льда составило приблизительно 6 см за декаду, что превышает среднемноголетнее значение, составляющее 5 см за декаду (Зубов, 1944, Романов И.П., 1993). Высота снежного покрова составила 30 см, что по данным многолетних наблюдений на предыдущих станциях «Северный Полюс» было близко к среднемноголетним значениям (Радионов В.Ф., 1996).
Интенсивность нарастания льда в весенний период 2009 г. также несколько превышала среднемноголетние значения. Рост толщины льда наблюдался до первой декады июня. За период с конца марта по первую декаду июня увеличение толщины льда составило 28 см (со 194 см до 222 см). Увеличение толщины льда происходило в среднем по 3 см за декаду, что для этого периода оказалась больше среднемноголетних значений приблизительно на 1 см.
Высота снежного покрова в весенний период 2009 г. оказалась также очень близкой к среднемноголетним значениям. По данным измерений высота снега на начало мая составила 40–41 см при характерной среднемноголетней высоте снега в этом районе, составляющей около 40 см.
В период с 3-ей декады июня по 1-ую декаду июля толщина льда практически не менялась, находилась в пределах точности измерения и составляла в среднем 222 см. Лед находился в состоянии термодинамического равновесия – не нарастая и не тая. При этом уже в начале 3-ой декады июня отмечался внутриводный лед, что свидетельствовало о стоке пресной воды, образовавшейся от тающего снега, под нижнюю поверхность ледяного покрова. В процессе выбуривания лунки для измерения толщины льда формировалась смесь ледяной крошки и пресной воды, что крайне затрудняло как сам процесс бурения, так и измерения.
Первые признаки интенсивного разрушения снежно-ледяной поверхности в виде потемнения, проседания снега и появления отдельных снежниц были зафиксированы в середине 1-ой декады июля. Уже в середине июля около 75 % площади полигона было покрыто снежницами с талой водой, с последующим уменьшением их площади до 30 % к концу июля в результате стока пресной воды. К этому времени снежный покров на полигоне вытаял, а на обсохших участках ледяного покрова в местах выбуривания сформировались водные воронки разного диаметра. Толщина льда к концу 3-ей декады июля составила в среднем 211 см.
Нарастание толщины льда в пределах полигона продолжалось вплоть до 2-ой декады июня и за период с конца сентября 2008 г. по середину июня 2009 г. составило 128 см. При этом средняя скорость нарастания льда составила 6 см за декаду в осенне-зимний и 3 см за декаду в весенний периоды, что на 1 см больше среднемноголетних значений.
Представляет особый интерес установление вероятных причин более интенсивного нарастания толщины льда, отмеченного на дрейфующей станции СП-36.
Исходная толщина льда на СП-36 была в 2 раза меньше, чем на СП-35 (100 см и 222 см соответственно). Также, на СП-36 была на 10 см меньше, чем на СП-35 высота снежного покрова (40 см и 50 см соответственно).
Известно, что нарастание толщины ледяного покрова тесно связано с суровостью зимних условий, высотой снежного покрова, толщиной самого льда (Зубов, 1944). Анализ суммы градусо-дней мороза наблюденных на станциях СП-35 и СП-36 показывает, что они были очень близки по величине в осенний и зимние периоды. Только в весенний период на дрейфующей станции СП-36 было несколько холоднее, что выразилось в увеличении суммы градусо-дней мороза по абсолютной величине (рис. 7). При этом аномалии температуры воздуха во все периоды в течение 2007–2008 гг. были положительны и составляли 1–2 °C (Обзор, 2007, Обзор, 2008).
Рис. 7. Сумма градусо-дней мороза в периоды дрейфа станций СП-35 и СП-36
Таким образом, более интенсивное нарастание толщины льда на СП-35 вероятнее всего было связано с меньшей исходной толщиной льда и высотой снежного покрова в течение всего периода нарастания. Более тонкий лед быстрее промерз по всей толщине. После этого началось более быстрое и интенсивное нарастание толщины на нижней поверхности.
На дрейфующей станции СП-35 с исходной толщиной льда в 222 см его нарастание началось в конце ноября и проходило менее интенсивно (4 см за декаду). На дрейфующей станции СП-36 с исходной толщиной льда в 100 см его нарастание началось в середине октября и проходило более интенсивно (6 см за декаду). Разница в сроках начала увеличения толщины льда и интенсивности нарастания оказалась весьма существенной при практически одинаковых температурах воздуха.
Таким образом, прослеживается включение своего рода компенсационного механизма. Более тонкие льды, которых за последнее десятилетие в бассейне СЛО отмечается все больше, начинают раньше и интенсивнее нарастать. Уменьшение общей толщины льда в СЛО частично компенсируется более ранним началом и большей интенсивностью его нарастания в зимний период.
Конечно, материалы измерения на двух станциях не позволяют установить, насколько механизм увеличения интенсивности нарастания льда в зимний период компенсирует уменьшение его толщины за счет повышения температуры в северной полярной области. Но существование такого механизма безусловно наблюдается.
По результатам ледомерных съемок на полигоне СП-36 были построены две схемы пространственного распределения толщин льда на начало и конец периода нарастания. Сравнение полученных схем убедительно показывает, что на всем протяжении периода нарастания наблюдается сохранение значительной неоднородности распределений толщины и основного профиля ледяного поля. Распределение локальных участков повышенных и пониженных толщин льда в основных чертах сохраняется (рис. 8).
Рис. 8. Пространственное распределение толщин льда (см) на ледомерном полигоне
Измеренное увеличение толщины льда на полигоне при его средней плотности, составляющей 920 кг/м3, позволило оценить массу вновь наросшего льда за осенне-зимний период. Масса вновь наросшего льда в пределах полигона составила 8464 тонны.
В период проходившего Международного полярного года на исследовательских дрейфующих станциях «Северный Полюс» в результате измерений получены значимые результаты по нарастанию льда и снежного покрова в высоких широтах.
Данные, полученные на дрейфующей станции СП-35, показали, что при большой начальной толщине льда и большой высоте снежного покрова наблюдалась пониженная интенсивность нарастания толщины льда, приблизительно на 1 см за декаду меньше среднемноголетнего значения.
Результирующая толщина льда в среднем составила 282 см при высоте снежного покрова 50 см. Для района окончания дрейфа станции (рис. 1) характерная среднемноголетняя толщина льда составляет от 200 до 240 см (Романов И.П., 1993). Таким образом, толщина льдины, на которой находилась станция, в конце дрейфа превышала на 40–50 см среднемноголетнюю толщину льда характерную для этого района.
Данные, полученные на дрейфующей станции СП-36, показали, что при малой начальной толщине льда (100 см) и близкой к норме высоте снежного покрова интенсивность нарастания льда превышала среднемноголетние значения.
Результирующая толщина льда в среднем составила 222 см при высоте снежного покрова 40 см. Для района окончания дрейфа станции (рис. 4) характерна среднемноголетняя толщина льда от 240 до 280 см (Романов И.П., 1993). Таким образом, толщина льдины, на которой находилась станция, оказалась на 20–50 см меньше среднемноголетней толщины льда характерной для этого района.
На более тонких льдах в бассейне СЛО в осенне-зимний период наблюдается более раннее начало и более интенсивное нарастание толщины льда. Таким образом, общее уменьшение толщины ледяного покрова в СЛО, отмечаемое в последнее десятилетие и увязываемое с общим потеплением в Арктике, частично компенсируется более ранним началом роста льда и большей интенсивностью его нарастания в осенне-зимний период.
Результаты ледомерных съемок на СП-36 показывают, что на протяжении всего периода нарастания наблюдается сохранение основных особенностей профиля ледяного поля.
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.
Радионов В.Ф., Брязгин Н.Н., Александров Е.И. Снежный покров в арктическом бассейне. Санкт-Петербург, Гидрометеоиздат, 1996, 124 с.
Зубов Н.Н. Льды Арктики. Москва, Изд-во Главсевморпути, 1944, 360 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.
Abstract
The results of ice thickness and snow depth measurements carried out in accordance with scientific programs on the drifting stations «North Pole-35» and «North Pole-36» during the IPY are considered in the paper. The data obtained are the unique actual material of direct field measurements on drifting ice which directly presents the processes of ice growth and snow accumulation in the Central Arctic Basin in winter.