aariПроблемы Арктики и АнтарктикиArctic and Antarctic Research0555-26482618-6713Государственный научный центр Российской Федерации Арктический и антарктический научно-исследовательский институт10.30758/0555-2648-2019-65-2-148-168aari-160Research ArticleОКЕАНОЛОГИЯOCEANOLOGYКлиматические изменения сезонных и долгопериодных колебаний ледовитости Гренландского и Баренцева морейClimatic changes of seasonal and inter-annual variability of the ice cover of the Greenland and Barents SeasТимоховЛ. А.TimokhovL. A.

Санкт-Петербург

St. Petersburg

ВязигинаН. А.VyaziginaN. A.

Санкт-Петербург

St. Petersburg

naty_vyazik@mail.ruМироновЕ. У.MironovE. U.

Санкт-Петербург

St. Petersburg

ЮлинА. В.YulinA. V.

Санкт-Петербург

St. Petersburg

ГНЦ РФ Арктический и антарктический научно-исследовательский институтРоссияState Scientific Center of the Russian Federation Arctic and Antarctic Research InstituteRussian Federation201909072019652148168Copyright © Тимохов Л.А., Вязигина Н.А., Миронов Е.У., Юлин А.В., 20192019Тимохов Л.А., Вязигина Н.А., Миронов Е.У., Юлин А.В.Timokhov L.A., Vyazigina N.A., Mironov E.U., Yulin A.V.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.aaresearch.science/jour/article/view/160

В статье проанализирована структура долгопериодной изменчивости ледяного покрова Баренцева и Гренландского морей за длительные ряды наблюдений. С помощью кластерного анализа для каждого моря выделены несколько однородных групп с близким характером внутригодовых изменений площади льдов. Выявлена преемственность в состоянии ледяного покрова в течение двух лет. Проанализированы временное распределение аномалий относительно тренда изменчивости ледяного покрова и возможные причины формирования периодов преобладания однонаправленных изменений площади льдов. Получены статистические уравнения связи ледовитости с гидрометеорологическими и астрогеофизическими факторами. Определены доли вклада астрогеофизических факторов в долгопериодные изменения ледовитости Баренцева и Гренландского морей, которые демонстрируют существование различия формирования ледового режима в Гренландском и Баренцевом морях.

The structure of the long-period variability of the ice cover of the Barents and Greenland Seas over a long series of observations from 1930 to 2017 is analyzed. In both seas, there is a significant negative linear trend of ice cover for both the winter and summer seasons. Average for the period of 1950–2016 intra-annual changes in ice coverings demonstrate the conjugacy of the seasonal cycles of the Greenland and Barents Seas, but with certain differences. Three homogeneous groups with a similar character of intra-annual changes in the ice area are identified for each sea. Identified succession in a state of ice cover for 2 years.

The conjugacy of changes in the average decadal values of sea ice cover in April and August with the average decadal indices of atmospheric circulation AO, AD, PNA, NAO and the index of the thermal state of the North Atlantic AMO is shown. Spectral analysis of the winter and summer ice cover of the Greenland and Barents Seas for the period 1930–2016 confirmed earlier received cyclical fluctuations of 22, 9–11 and 6–7 years.

Cross-correlation analysis established a close relationship between the longitudinal changes in the ice cover and the average annual values of the following astrogeophysical parameters, the longitude coordinate of the Earth pole position Y, the Earth axis nutation indices dEps and dPsi, the Earth rotation speed index lod (length of day), Sun solar activity index (annual Wolf number) , the average for six months, the distance from the Sun to Earth in the summer SX-III and the winter SX-III periods. Significant correlation coefficients are quite large (R = |0,30| – |0,56|) for both seas, comparable to the correlation coefficients between the ice cover and average annual air temperature T, show the reality of the ice cover mediated reaction to changes in astrophysical factors. Statistical equations relating the sea ice cover to hydrometeorological and astrogeophysical factors were obtained by multiple correlation. The overall correlation coefficient varies from R = 0,80 to R = 0,87 AT. The Greenland Sea, the share of astrogeophysical factors in the long-term changes in the ice cover of both the winter and summer seasons exceeded the contribution of hydrometeorological factors by 3–4 times. In the Barents Sea, the contribution to the total dispersion of astrogeophysical factors in the winter period is somewhat less than that of hydrometeorological factors, and in the summer period they exceed only 1.4 times. The authors’ approach opens up the possibility of using it to obtain statistical equations for the diagnosis and forecast of long-term and climatic changes in sea-ice cover.

Баренцево мореГренландское мореледовитостьледяной покровсезонная и межгодовая изменчивостьBarents SeaGreenland Seaclassification of seasonal cyclesice coverseasonal and inter-annual variabilityРабота выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации (уникальный идентификатор проекта — RFMEFI61617X0076).This work was funded by the Ministry of Education and Science of the Russian Federation (the unique identifier of the project — RFMEFI61617X0076).ReferencesЗахаров В.Ф. Льды Арктики и современные природные процессы. Л.: Гидрометеоиздат, 1976. 96 с.Zakharov V.F. L’dy Arktiki i sovremennye prirodnye protsessy. Arctic ice and modern natural processes. Leningrad: Gidrometeoizdat, 1976: 96 p. [In Russian].Зубакин Г.К. Крупномасштабная изменчивость состояния ледяного покрова морей Северо-Европейского бассейна. Л.: Гидрометеоиздат, 1987. 160 с.Zubakin G.K. Krupnomasshtabnaia izmenchivost’ sostoianiia ledianogo pokrova morei SeveroEvropeiskogo basseina. Large-scale variability of the state of the ice cover of the seas of the North European Basin. Leningrad: Gidrometeoizdat, 1987: 160 p. [In Russian].Миронов Е.У. Ледовые условия в Гренландском и Баренцевом морях и их долгосрочный прогноз. СПб.: ААНИИ, 2004. 319 с.Mironov E.U. Ledovye usloviia v Grenlandskom i Barentsevom moriakh i ikh dolgosrochnyi prognoz. Ice conditions in the Greenland and Barents Seas and their long-term forecast. St. Petersburg: AARI, 2004: 319 p. [In Russian].Никифоров Е.Г., Шпайхер А.О. Закономерности формирования крупномасштабных колебаний гидрологического режима Северного Ледовитого океана. Л.: Гидрометеоиздат, 1980. 269 с.Nikiforov EG, Shpayher A.O. Zakonomernosti formirovaniia krupnomasshtabnykh kolebanii gidrologicheskogo rezhima Severnogo Ledovitogo okeana. Patterns of formation of large-scale fluctuations of the hydrological regime of the Arctic Ocean. Leningrad: Gidrometeoizdat, 1980: 269 p. [In Russian].Визе В.Ю. Климат морей Советской Арктики. М.; Л.: Изд-во Главсевморпути, 1940. 124 с.Wiese V.Yu. Klimat morei Sovetskoi Arktiki.Climate of the Seas of the Soviet Arctic, Moscow; Leningrad: Glavsevmorput Publishing, 1940: 124 p. [In Russian].Визе В.Ю. Колебания солнечной активности и ледовитости полярных морей: Доклады юбилейной сессии Арктического института. Л.: Изд-во Главсевморпути, 1944. 7 с.Wiese V.Yu. Kolebaniia solnechnoi aktivnosti i ledovitosti poliarnykh morei. Doklady iubileinoi sessii Arkticheskogo instituta. Oscillations of solar activity and ice cover of polar seas. Reports of the jubilee session of the Arctic Institute, Leningrad: Glavsevmorput Publishing, 1944: 7 p. [In Russian].Визе В.Ю. Основы долгосрочных ледовых прогнозов. М.: Изд-во Главсевморпути, 1944. 273 с.Wiese V.Yu. Osnovy dolgosrochnykh ledovykh prognozov.Fundamentals of long-term ice forecasts, Moscow: Glavsevmorput Publishing, 1944: 274 p. [In Russian].Лебедев А.А. Крупные аномалии ледовитости Северо-Европейского бассейна // Тр. ААНИИ. 1994. Т. 432. С. 63–83.Lebedev A.A. Large-scale anomalies of the ice cover of the North European Basin. Trudy Arkticheskogo i Antarkticheskogo nauchno-issledovatel’skogo instituta. Proc. of AARI. 1994, 432: 63–83. [In Russian].Лебедев А.А., Уралов Н.С. Прогнозирование ледовитости Гренландского моря в связи с особенностями теплового состояния Атлантического океана и атмосферной циркуляции // Проблемы Арктики и Антарктики. 1977. Вып. 50. С. 36–39.Lebedev A.A., Uralov N.S. Forecasting the ice coverness of the Greenland Sea due to the peculiarities of the thermal state of the Atlantic Ocean and atmospheric circulation. Problemy Arktiki i Antarktiki. Problems of Arctic and Antarctic. 1977, 50: 36–39. [In Russian].Лебедев А.А. Особенности структуры и закономерности многолетней изменчивости ледовитости североатлантических морей // Тр. ААНИИ. 1985. Т. 396. С. 122–133.Lebedev A.A. Features of the structure and regularities of the long-term variability of the ice cover of the North Atlantic seas. Trudy Arkticheskogo i Antarkticheskogo nauchno-issledovatel’skogo instituta.Proc. of AARI. 1985, 396: 122–133. [In Russian].Трегубова М.В., Прокофьев О.М., Мухина А.В. Многолетняя динамика ледовитости Гренландского моря в условиях современных климатических изменений // Символ науки. 2015. Вып. 5. С. 265–267.Tregubova M.V., Prokofyev O.M., Mukhina A.V. The long-term dynamics of the ice cover of the Greenland Sea in the context of current climate change. Simvol nauki. Symbol of Science. 2015, 5: 265–267. [In Russian].Матишов Г.Г., Дженюк С.Л., Денисов В.В., Жичкин А.П., Моисеев Д.В. Учет вековой динамики климата Баренцева моря при планировании морской деятельности // Труды Кольского научного центра РАН. Серия «Океанология». 2013. Вып. 1 (14). С. 56–71.Matishov G.G., Dzhenyuk S.L., Denisov V.V., Zhichkin A.P., Moiseev D.V. Taking into account the century-old climate dynamics of the Barents Sea when planning maritime activities. Trudy Kol’skogo nauchnogo tsentra RAN. Seriia «Okeanologiia». Proceedings of the Kola Scientific Center of the Russian Academy of Sciences. Series “Oceanology”. 2013, 1 (14): 56–71. [In Russian].Жичкин А.П. Динамика межгодовых и сезонных аномалий ледовитости Баренцева и Карского морей // Вестник Кольского научного центра РАН. 2015. Вып. 1 (20). С. 55–64.Zhichkin A.P. Dynamics of interannual and seasonal anomalies in the ice cover of the Barents and Kara seas. Vestnik Kolskogo nauchnogo centra RAN. Bulletin of the Kola Scientific Center of the Russian Academy of Sciences. 2015, 1 (20): 55–64. [In Russian].Крашенинникова С.Б., Крашенинникова М.А. Причины и особенности долговременной изменчивости ледовитости Баренцева моря // Лед и Снег. 2019. Т. 59. № 1. С. 112–122.Krasheninnikova S.B., Krasheninnikova M.A. Causes and features of the long-term variability of the ice cover of the Barents Sea.Led i sneg.Ice and Snow. 2019, 59, 1: 112–122. doi.org/10.15356/2076-6734-2019-1-112-122 [In Russian].Тимохов Л.А., Вязигина Н.А., Миронов Е.У., Попов А.В. Особенности сезонной и межгодовой изменчивости ледяного покрова Гренландского моря // Лед и Снег. 2018. Т. 58 (1). С. 127–134. doi.org/10.15356/2076-6734-2018-1-127-134.Timokhov L.А., Vyazigina N.A., Mironov E.U., Popov A.V. Seasonal and inter-annual variability of the ice cover in the Greenland Sea. Led i sneg. Ice and Snow. 2018, 58 (1): 127–134. https://doi.org/10.15356/2076-6734-2018-1-127-134 [In Russian].Единая система информации об обстановке в Мировом океане. URL: http://www.aari.ru/projects/ECIMO/index.php (дата обращения 24.06.2019).Unified system of information about the situation in the oceans. Available at: http://www.aari.ru/projects/ECIMO/index.php (accessed 13.06.2019).Thompson D.W.J. , Wallace J.M. The Arctic Oscillation signature in the wintertime geopotential height and temperature fields // Geophysical Research Letters. 1998. V. 25. № 9. P. 1297–1300. doi:10.1029/98GL00950.Thompson D.W.J., Wallace J.M. The Arctic Oscillation signature in the wintertime geopotential height and temperature fields. Geophysical Research Letters. 1998, 25, 9: 1297–1300. doi:10.1029/98GL00950.Janout M., AksenovY., Hölemann J., Rabe B., Schauer U., Polyakov I., Bacon S., Coward A., Karcher M., Lenn Y.D., Kassens H., Timokhov L. Kara Sea freshwater transport through Vilkitsky Strait: Variability, forcing and further pathways toward the western Arctic Ocean from a model and observations // Geophysical Research Letters. 2016. V. 43 (1). P. 264–272. doi 10.1002/2015GL066565.Janout M., AksenovY., Hölemann J., Rabe B., Schauer U., Polyakov I., Bacon S., Coward A., Karcher M., Lenn Y. D., Kassens H., Timokhov L. Kara Sea freshwater transport through Vilkitsky Strait: Variability, forcing and further pathways toward the western Arctic Ocean from a model and observations. Geophysical Research Letters. 2016, 43(1): 264–272. doi 10.1002/2015GL066565.Теория вероятностей и математическая статистика. URL: http://statistica.ru/theory/ (дата обращения 24.06.2019).Teoriia veroiatnostei i matematicheskaia statistika.Theory of Probability and Mathematical Statistics. Available at: http://statistica.ru/theory/ (accessed 13.06.2019).Атлас Арктики. М.: ГУ Геодезии и картографии, 1985. 204 с.Atlas Arktiki. Atlas of the Arctic. Moscow: Central Directorate for Geodesy and Cartography, 1985: 204 p. [In Russian].Dese C., Teng H. Evolution of Arctic Sea ice concentration trends and the role of atmospheric circulation forcing, 1979–2007 // Geophysical Research Letters. 2008. V. 35. L02504. doi:10.1029/2007GL032023.Dese C., Teng H. Evolution of the Arctic Sea ice concentration trends, 1979–2007. Geophysical Research Letters. 2008, 35. L02504, doi: 10.1029/2007GL032023.Levitus S., Matishov G., Seidov D., Smolyar I. Barents Sea multidecadal variability // Geophysical Research Letters. 2009. V. 36. L19604. doi:10.1029/2009GL039847.Levitus S., Matishov G., Seidov D., Smolyar I. Barents Sea multidecadal variability. Geophysical Research Letters. 2009, 36. L19604. doi:10.1029/2009GL039847.Sorteber A., Kvingedal B. Atmospheric forcing on the Barents Sea winter ice cover. // Journal of Climate. 2006. V. 19. P. 4772–4784.Sorteber. A., Kvingedal B. Atmospheric for ice coverings. Journal of Climate, 2006. 19: 4772–4784.Zhang X., Sorteber A., Zhang J., Gerdes R., Comiso J.C. Recent radical shifts of atmospheric circulations and rapid changes in Arctic climate system // Geophysical Research Letters. 2008. V. 35. L22701. doi:10.1029/2008GL035607.Zhang X., Sorteber A., Zhang J., Gerdes R., Comiso J.C. Recent radical shifts of atmospheric circulations and rapid changes in Arctic climate system. Geophysical Research Letters. 2008, 35. L22701, doi: 10.1029/2008GL035607.Фролов И.Е., Гудкович З.М., Карклин В.П., Ковалев Е.Г., Смоляницкий В.М. Научные исследования в Арктике. Т. 2. Климатические изменения ледяного покрова Евразийского шельфа. СПб.: Наука, 2007. 135 с.Frolov I.E., Gudkovich Z.M., Karklin V.P., Kovalev E.G., Smolyanitsky V.M. Nauchnye issledovaniia v Arktike. T. 2. Klimaticheskie izmeneniia ledianogo pokrova Evraziiskogo shel’fa. Scientific research in the Arctic. V. 2. Climatic changes in the ice cover of the Eurasian shelf. St. Petersburg: Science, 2007: 135 p. [In Russian].Максимов И.В. Геофизические силы и воды океана. Л.: Гидрометеоиздат, 1970. 447 с.Maksimov I.V. Geofizicheskie sily i vody okeana. Geophysical forces and ocean waters. Leningrad: Gidrometeoizdat, 1970: 447 p. [In Russian].Слепцов-Шевлевич Б.А., Баяринов А.М. Солнечный ветер, вращение Земли и климат. СПб., 2002. 159 с.Sleptsov-Shevlevich B.A., Bayarinov A.M. Solnechnyi veter, vrashchenie Zemli i klimat. Solar wind, Earth’s rotation and climate. St. Petersburg, 2002: 159 p. [In Russian].Медведев И.П., Куликов Е.А., Рабинович А.Б., Лапшин В.Б. Чандлеровские биения и полюсный прилив в Северном и Балтийском морях // Гелиогеофизические исследования. 2018. Вып. 18. С. 9 –17.Medvedev I.P., Kulikov E.A., Rabinovich A.B., Lapshin V.B. Chandler beats and polar tide in the North and Baltic seas. Geliogeofizicheskie issledovaniia. Heliogeophysical studies issue. 2018, 18: 9–17. [In Russian].

The authors declare that there are no conflicts of interest present.