References

aari

Проблемы Арктики и Антарктики

Arctic and Antarctic Research

0555-26482618-6713

Государственный научный центр Российской Федерации Арктический и антарктический научно-исследовательский институт

10.30758/0555-2648-2022-68-4-352-369

aari-474

Research Article

МЕТЕОРОЛОГИЯ И КЛИМАТОЛОГИЯ

METEOROLOGY AND CLIMATOLOGY

Изменения климата западной части Российской Арктики в 1980–2021 гг. Часть 2. Температура почвы, снег, влажность

Climate change in the western part of the Russian Arctic in 1980–2021. Part 2. Soil temperature, snow, humidity

Серых

И. В.

Serykh

I. V.

iserykh@ocean.ru

Толстиков

А. В.

Tolstikov

A. V.

Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН, Геофизический центр РАНРоссияShirshov Institute of Oceanology, Russian Academy of Sciences, Geophysical Center of the Russian Academy of SciencesRussian Federation

Институт водных проблем Севера Карельского научного центра РАНРоссияNorthern Water Problems Institute of Karelian Research Centre of RASRussian Federation

2022

12122022

684352369

2022

Серых И.В., Толстиков А.В.

Serykh I.V., Tolstikov A.V.

Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.

This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.

https://www.aaresearch.science/jour/article/view/474

По среднемесячным данным реанализа спутниковых измерений NASA MERRA-2 исследованы климатические изменения температуры верхних 1,5 метров почвы (ТП), толщины и площади снежного покрова (СП), влагосодержания верхнего слоя почвы толщиной 1 метр (ВП) и влажности воздуха на высоте 2 метра от поверхности (ВВ) в регионе западной части Российской Арктики (60°–75° с. ш., 30°–85° в. д.) за 1980–2021 гг. Рассматриваемый временной интервал разбит на 2 периода: 1980–2000 гг. и 2001–2021 гг. Вычислены разности между средними значениями исследуемых параметров за эти периоды. Отдельно рассмотрены климатические изменения, произошедшие для зимнего и летнего сезонов, а также для каждого месяца года. С помощью вычисления линейных и квадратичных трендов обнаружен ускоряющийся рост ТП исследуемого региона в 2001–2021 гг. Показано уменьшение толщины СП и существенное сокращение площади СП в ноябре и апреле. Обнаружен рост ВП на юго-западе и востоке исследуемого региона в период 2001–2021 гг., и показано значительное увеличение ВВ западной части Российской Арктики за исследуемый временной интервал. Причем рост ВВ существенно ускорился в 2001–2021 гг. по сравнению с 1980–2000 гг. над акваториями Баренцева, Карского и Белого морей.

Based on average monthly data from the re-analysis of NASA MERRA-2 satellite measurements, the paper explores climatic changes in the temperature of the upper 1.5 meters of soil (TS), the thickness and area of the snow cover (SC), the moisture content of the top layer of soil 1 meter thick (SM) and air humidity at a height of 2 meters from the surface (AH) in the western part of the Russian Arctic (60°–75° N, 30°–85° E) for 1980–2021. The time interval considered is divided into two periods: 1980–2000 and 2001–2021. The differences between the average values of the parameters studied for these periods are calculated. The climatic changes that have occurred for the winter and summer seasons, as well as for each month of the year, are considered separately. Calculation of linear and quadratic trends has revealed an accelerating growth in the TS of the region studied in the period 2001–2021. A decrease in the thickness of the SC and a significant reduction in the area of the SC in November and April are shown. An increase in SM was found in the southwest and east of the region studied in the period 2001–2021, and a significant increase in AH in the western part of the Russian Arctic over the time interval studied is shown. Moreover, the growth of AH over the waters of the Barents, Kara and White Seas significantly accelerated in 2001–2021 compared to 1980–2000.

атлантификация АрктикиБаренцево мореБелое моревлагосодержание почвывлажность воздухаКарское мореклиматический сдвигмноголетняя мерзлотаобратные связипотепление климатасеверо-запад Россииснежный покров

air humidityArctic atlantificationBarents Seaclimate shiftclimate warmingfeedbacksKara Seanorthwest Russiapermafrostsnow coversoil moisture contentWhite Sea

References1

Серых И.В., Толстиков А.В. Изменения климата западной части Российской Арктики в 1980–2021 гг. Часть 1. Температура воздуха, осадки, ветер // Проблемы Арктики и Антарктики. 2022. Т. 68 (3). С. 258–277. doi: 10.30758/0555-2648-2022-68-3-258-277.

Serykh I.V., Tolstikov A.V. Climate change in the western part of the Russian Arctic in 1980–2021. Part 1. Air temperature, precipitation, wind. Problemy Arktiki i Antarktiki. Arctic and Antarctic Research. 2022, 68 (3): 258–277. doi: 10.30758/0555-2648-2022-68-3-258-277. [In Russian].

Шерстюков А.Б. Многолетняя мерзлота России в условиях глобального потепления климата // Эволюция и динамика экосистем. 2007. № 4. С. 8–11.

Sherstjukov A.B. Permafrost of Russia in the context of global warming. Jevoljucija i dinamika jekosistem. Evolution and dynamics of ecosystems. 2007, 4: 8–11. [In Russian].

Анисимов О.А., Анохин Ю.А., Лавров С.А., Малкова Г.В., Мяч Л.Т., Павлов А.В., Романовский В.А., Стрелецкий Д.А., Холодов А.Л., Шикломанов Н.И. Континентальная многолетняя мерзлота. Глава 8 // Методы изучения последствий изменений климата для природных систем / Под ред. С.М. Семенова. М.: ВНИИГМИ, 2010. С. 301–359.

Anisimov O.A., Anohin Ju.A., Lavrov S.A., Malkova G.V., Mjach L.T., Pavlov A.V., Romanovskij V.A., Streleckij D.A., Holodov A.L., Shiklomanov N.I. Continental permafrost. Chapter 8. Metody izucheniia posledstvii izmenenii klimata dlia prirodnykh system. Methods for studying the consequences of climate change for natural systems (edited by S.M. Semenov). M.: VNIIGMI, 2010: 301–359. [In Russian].

Анисимов О.А., Шерстюков А.Б. Оценка роли природно-климатических факторов в изменениях криолитозоны России // Криосфера Земли. 2016. Т. 22 (2). С. 90–99.

Anisimov O.A., Sherstiukov A.B. Assessment of the role of natural and climatic factors in changes in the permafrost zone of Russia. Kriosfera Zemli. Earth’s cryosphere. 2016, 22 (2): 90–99. [In Russian].

Конищев В.Н. Реакция вечной мерзлоты на потепление климата // Криосфера Земли. 2011. Т. 15 (4). С. 15–18.

Konishhev V.N. Permafrost response to climate warming. Kriosfera Zemli. Earth’s cryosphere. 2011, 15 (4): 15–18. [In Russian].

Lemke P., Ren J., Alley R.B., Allison I., Carrasco J., Flato G., Fujii Y., Kaser G., Mote P., Thomas R.H., Zhang T. Observations: Changes in Snow, Ice and Frozen Ground. Chapter 4 // Climate Change: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Solomon, S., D. Qin, M. Manning, Z. Chen, M. Marquis, K.B. Averyt, M. Tignor and H.L. Miller (eds.)]. Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA: Cambridge University Press, 2007. P. 337–383.

Lemke, P., Ren J., Alley R.B., Allison I., Carrasco J., Flato G., Fujii Y., Kaser G., Mote P., Thomas R.H., Zhang T. Observations: Changes in Snow, Ice and Frozen Ground. Chapter 4. Climate Change: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change (Solomon, S., D. Qin, M. Manning, Z. Chen, M. Marquis, K.B. Averyt, M. Tignor and H.L. Miller (eds.)). Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA: Cambridge University Press, 2007: 337–383.

Snow, Water, Ice and Permafrost in the Arctic (SWIPA). Arctic Monitoring and Assessment Programme (AMAP). Oslo, Norway, 2017. URL: https://www.amap.no/documents/doc/snow-waterice-and-permafrost-in-the-arctic-swipa-2017/1610 (дата обращения: 30.11.2022).

Snow, Water, Ice and Permafrost in the Arctic (SWIPA). Arctic Monitoring and Assessment Programme (AMAP). Oslo, Norway, 2017. Available at: https://www.amap.no/documents/doc/snow-water-ice-and-permafrost-in-the-arctic-swipa-2017/1610 (accessed 30.11.2022).

Погожева М.П., Якушев Е.В., Петров И.Н., Яески Е.А. Экспериментальное исследование влияния таяния многолетней мерзлоты на содержание биогенных элементов и тяжелых металлов в морской воде при абразионном разрушении арктических берегов // Арктика: экология и экономика. 2021. Т. 11. № 1. С. 67–75. doi: 10.25283/2223-4594-2021-1-67-75.

Pogojeva M.P., Yakushev E.V., Petrov I.N., Yaeski E.A. Experimental study of the effect of permafrost melting on the content of biogenic elements and heavy metals in sea water during abrasion destruction of Arctic coasts. Arktika: jekologija i jekonomika. Arctic: ecology and economy. 2021, 11 (1): 67–75. doi: 10.25283/2223-4594-2021-1-67-75. [In Russian].

Порфирьев Б.Н., Елисеев Д.О., Стрелецкий Д.А. Экономическая оценка последствий деградации вечной мерзлоты под влиянием изменений климата для устойчивости дорожной инфраструктуры в Российской Арктике // Вестник Российской академии наук. 2019. Т. 89 (12). С. 1228–1239.

Porfir’ev B.N., Eliseev D.O., Streletskii D.A. Economic assessment of the consequences of permafrost degradation to exclude climate change for the sustainability of the road situation in the Russian Arctic. Vestnik Rossiiskoi akademii nauk. Bulletin of the Russian Academy of Sciences. 2019, 89 (12): 1228–1239. [In Russian].

Попова В.В., Ширяева А.В., Морозова П.А. Изменения характеристик снежного покрова на территории России в 1950–2013 годах: региональные особенности и связь с глобальным потеплением // Криосфера Земли. 2018. Т. 22 (4). С. 65–75. doi: 10.21782/KZ1560-7496-2018-4(65-75).

Popova V.V., Shiriaeva A.V., Morozova P.A. Changes in Snow Cover Characteristics in Russia in 1950–2013: Regional Peculiarities and Relationship with Global Warming. Kriosfera Zemli. Earth’s cryosphere. 2018, 22 (4): 65–75. doi: 10.21782/KZ1560-7496-2018-4(65-75). [In Russian].

Сосновский А.В., Чернов Р.А. Влияние снежного покрова на охлаждение поверхностного слоя ледника Восточный Грёнфьорд (Шпицберген) // Лед и снег. 2021. Т. 61 (1). С. 75–88. doi: 10.31857/S2076673421010072.

Sosnovskii A.V., Chernov R.A. Influence of snow cover on the cooling of the surface layer of the East Grönfjord Glacier (Svalbard). Led i Sneg. Ice and snow. 2021, 61 (1): 75–88. doi: 10.31857/ S2076673421010072. [In Russian].

Gelaro R., McCarty W., Suárez M.J., Todling R., Molod A., Takacs L., Randles C.A., Darmenov A., Bosilovich M.G., Reichle R., Wargan K., Coy L., Cullather R., Draper C., Akella S., Buchard V., Conaty A., da Silva A.M., Gu W., Kim G., Koster R., Lucchesi R., Merkova D., Nielsen J.E., Partyka G., Pawson S., Putman W., Rienecker M., Schubert S.D., Sienkiewicz M., Zhao B. The Modern-Era Retrospective Analysis for Research and Applications, Version 2 (MERRA-2) // Journal of Climate. 2017. V. 30 (14). P. 5419–5454.

Tao J., Koster R.D., Reichle R.H., Forman B.A., Xue Y., Chen R.H., Moghaddam M. Permafrost Variability over the Northern Hemisphere Based on the MERRA-2 Reanalysis // Cryo. 2019. V. 13. P. 2087–2110.

Tao J., Koster R.D., Reichle R.H., Forman B.A., Xue Y., Chen R.H., Moghaddam M. Permafrost Variability over the Northern Hemisphere Based on the MERRA-2 Reanalysis. Cryo. 2019, 13: 2087–2110.

Reichle R., Liu Q., Koster R., Draper C., Mahanama S., Partyka G. Land Surface Precipitation in MERRA-2 // Journal of Climate. 2017. V. 30 (5). P. 1643–1664.

Reichle R., Liu Q., Koster R., Draper C., Mahanama S., Partyka G. Land Surface Precipitation in MERRA-2. Journal of Climate. 2017, 30 (5): 1643–1664.

Toure A.M., Reichle R.H., Forman B.A., Getirana A., De Lannoy G.J.M. Assimilation of MODIS Snow Cover Fraction Observations into the NASA Catchment Land Surface Model // Remote Sensing. 2018. V. 10. 316. URL: https://doi.org/10.3390/rs10020316 (дата обращения: 30.11.2022).

Toure A.M., Reichle R.H., Forman B.A., Getirana A., De Lannoy G.J.M. Assimilation of MODIS Snow Cover Fraction Observations into the NASA Catchment Land Surface Model. Remote Sensing. 2018, 10, 316. Available at: https://doi.org/10.3390/rs10020316 (accessed 30.11.2022).

Reichle R.H., Draper C.S., Liu Q., Girotto M., Mahanama S.P.P., Koster R.D., De Lannoy G.J.M. Assessment of MERRA-2 land surface hydrology estimates // Journal of Climate. 2017. V. 30. P. 2937–2960.

Reichle R.H., Draper C.S., Liu Q., Girotto M., Mahanama S.P.P., Koster R.D., De Lannoy G.J.M. Assessment of MERRA-2 land surface hydrology estimates. Journal of Climate. 2017, 30: 2937–2960.

Draper C., Reichle R.H. Assimilation of satellite soil moisture for improved atmospheric reanalyses // Mon. Wea. Rev. 2019. V. 147. P. 2163–2188.

Draper C., Reichle R.H. Assimilation of satellite soil moisture for improved atmospheric reanalyses. Mon. Wea. Rev. 2019, 147: 2163–2188.

Bosilovich M.G., Robertson F.R., Takacs L., Molod A., Mocko D. Atmospheric Water Balance and Variability in the MERRA-2 Reanalysis // Journal of Climate. 2017. V. 30 (4). P. 1177–1196.

Bosilovich M.G., Robertson F.R., Takacs L., Molod A., Mocko D. Atmospheric Water Balance and Variability in the MERRA-2 Reanalysis. Journal of Climate. 2017, 30 (4): 1177–1196.

Серых И.В., Костяной А.Г., Лебедев С.А., Костяная Е.А. О переходе температурного режима региона Белого моря в новое фазовое состояние // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2022. Т. 15. № 1. С. 98–111.

Seryh I.V., Kostjanoj A.G., Lebedev S.A., Kostjanaja E.A. On the transition of the temperature regime of the White Sea region to a new phase state. Fundamental’naja i prikladnaja gidrofizika. Fundamental and applied hydrophysics. 2022, 15 (1): 98–111. [In Russian].

Бышев В.И., Нейман В.Г., Романов Ю.А., Серых И.В. О фазовой изменчивости некоторых характеристик современного климата в регионе Северной Атлантики // Доклады Академии наук (ДАН). 2011. Т. 438. № 6. С. 817–822.

Byshev V.I., Nejman V.G., Romanov Ju.A., Seryh I.V. On the phase variability of some characteristics of the modern climate in the North Atlantic region. Doklady Akademii nauk (DAN). Reports of the Academy of Sciences. 2011, 438 (6): 817–822. [In Russian].

Serykh I.V. Influence of the North Atlantic dipole on climate changes over Eurasia // IOP Conf. Ser.: Earth Environ. Sci. 2016. V. 48. 012004.

Serykh I.V. Influence of the North Atlantic dipole on climate changes over Eurasia. IOP Conf. Ser.: Earth Environ. Sci. 2016, 48: 012004.

Byshev V.I., Neiman V.G., Romanov Yu.A., Serykh I.V. On the spatial nonuniformity of some parameters of global variations in the recent climate // Doklady Earth Sciences. 2009. V. 426. № 4. P. 705–709.

Byshev V.I., Neiman V.G., Romanov Yu.A., Serykh I.V. On the spatial nonuniformity of some parameters of global variations in the recent climate. Doklady Earth Sciences. 2009, 426 (4): 705–709. [In Russian].

Byshev V.I., Neiman V.G., Anisimov M.V., Gusev A.V., Serykh I.V., Sidorova A.N., Figurkin A.L., Anisimov I.M. Multi-decadal oscillations of the ocean active upper-layer heat content // Pure and Applied Geophysics. 2017. V. 174. № 7. P. 2863–2878.

Byshev V.I., Neiman V.G., Anisimov M.V., Gusev A.V., Serykh I.V., Sidorova A.N., Figurkin A.L., Anisimov I.M. Multi-decadal oscillations of the ocean active upper-layer heat content. Pure and Applied Geophysics. 2017, 174 (7): 2863–2878.

Serykh I.V., Kostianoy A.G. Seasonal and interannual variability of the Barents Sea temperature // Ecologica Montenegrina. 2019. V. 25. P. 1–13.

Serykh I.V., Kostianoy A.G. Seasonal and interannual variability of the Barents Sea temperature. Ecologica Montenegrina. 2019, 25: 1–13.

Серых И.В., Толстиков А.В. О причинах долгопериодной изменчивости приповерхностной температуры воздуха над Белым морем // Вестник Московского университета. Сер. 5: География. 2020. № 4. С. 83–95.

Seryh I.V., Tolstikov A.V. On the causes of long-term variability of near-surface air temperature over the White Sea. Vestnik Moskovskogo universiteta. Ser. 5: Geografija. Bulletin of Moscow University. Ser. 5: Geography. 2020, 4: 83–95. [In Russian].

Serykh I.V., Tolstikov A.V. On the climatic changes of the surface air temperature in the White Sea region // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2020. V. 606. 012054.

Serykh I.V., Tolstikov A.V. On the climatic changes of the surface air temperature in the White Sea region. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2020, 606: 012054.

Серых И.В. О роли Эль-Ниньо — Глобальной атмосферной осцилляции в межгодовой изменчивости гидрометеорологических процессов // Гидрометеорология и экология. 2021. № 63. С. 329–370.

Seryh I.V. On the role of El Niño — Global Atmospheric Oscillation in the interannual variability of hydrometeorological processes. Gidrometeorologija i jekologija. Hydrometeorology and ecology. 2021, 63: 329–370. [In Russian].

Årthun M., Eldevik T., Smedsrud L.H., Skagseth Ø., Ingvaldsen R.B. Quantifying the Influence of Atlantic Heat on Barents Sea Ice Variability and Retreat // Journal of Climate. 2012. V. 25 (13). P. 4736–4743.

Årthun M., Eldevik T., Smedsrud L.H., Skagseth Ø., Ingvaldsen R.B. Quantifying the Influence of Atlantic Heat on Barents Sea Ice Variability and Retreat. Journal of Climate. 2012, 25 (13): 4736–4743.

Polyakov I.V., Pnyushkov A.V., Alkire M.B., Ashik I.M., Baumann T.M., Carmack E.C., Goszczko I., Guthrie J., Ivanov V.V., Kanzow T., Krishfield R., Kwok R., Sundfjord A., Morison J., Rember R., Yulin A. Greater role for Atlantic inflows on sea-ice loss in the Eurasian Basin of the Arctic Ocean // Science. 2017. V. 356. № 6335. P. 285–291

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