aariПроблемы Арктики и АнтарктикиArctic and Antarctic Research0555-26482618-6713Государственный научный центр Российской Федерации Арктический и антарктический научно-исследовательский институт10.30758/0555-2648-2023-69-3-290-309aari-544Research ArticleОКЕАНОЛОГИЯOCEANOLOGYОсновные факторы, определяющие межгодовые изменения возрастной структуры ледяного покрова отдельных районов Баренцева моряDrivers of interannual variations of ice age composition in sub-areas of the Barents SeaЕгороваЕ. С.EgorovaE. S.

Санкт-Петербург

Elizaveta S. Egorova

St. Petersburg

egorova@aari.ruЛисН. А.LisN. A.

Санкт-Петербург

Natalya A. Lis

St. Petersburg

МироновЕ. У.MironovYe. U.

Санкт-Петербург

Yevgeniy U. Mironov

St. Petersburg

ГНЦ РФ Арктический и антарктический научно-исследовательский институтРоссияState Scientific Center of the Russian Federation Arctic and Antarctic Research InstituteRussian Federation202302102023693290309Copyright © Егорова Е.С., Лис Н.А., Миронов Е.У., 20232023Егорова Е.С., Лис Н.А., Миронов Е.У.Egorova E.S., Lis N.A., Mironov Y.U.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/544

В настоящей работе выявлены основные факторы, определяющие межгодовые изменения площади льдов различных возрастных градаций для отдельных районов Баренцева моря. Путем построения физико-статистических уравнений с наибольшими коэффициентами корреляции и детерминации для периода с 1997 по 2023 г. были определены оптимальные комбинации предикторов для описания изменений возрастного состава ледяного покрова моря. Характер атмосферной циркуляции является основным фактором, оказывающим влияние на возрастную структуру льдов Баренцева моря. Меньшее влияние оказывают адвекция теплых вод атлантического происхождения, а также предыстория ледовитости, приповерхностная температура воздуха и ледообмен. Большинство полученных статистических моделей площади льдов различного возраста потенциально применимы на практике для долгосрочного прогнозирования, поскольку их эффективность составляет более 10 %.

The present study deals with assessing the impact of the factors that define the interannual variations of ice area of different age categories in the Barents Sea. For the analysis, a set of hydrometeorological and ice parameters was created, potentially influencing the age composition of the sea ice cover. Among these are the climate indices of the Arctic Oscillation, the Arctic Dipole, the Pacific-North American Oscillation, the North Atlantic Oscillation and the Atlantic Multidecadal Oscillation, as well as the surface air temperature, the ice cover in the previous months and the ice outflow on the sea ice in the Barents Sea. Based on the parameters above, statistical equations with high quality indicators have been obtained.

The statistical equations are presented for the period of maximum ice cover in April. The results are provided for three homogeneous sub-areas of the Barents Sea: western, northeastern and southeastern. It is found that the atmospheric circulation pattern is the driver of the interannual variations in the Barents Sea ice age composition. The ice amount of different age categories is also determined by the advection of warm Atlantic Waters, but to a lesser extent; this effect is especially pronounced in the western sub-area of the Barents Sea. Essentially, the contribution of the local parameters, such as the ice cover in the previous months, the distribution of surface air temperature and the sea ice outflow, is more pronounced in the interannual variations of the ice coverage, while the contribution of climate indices is more pronounced in the changes in the ice area of individual age categories in the Barents Sea.

Most of the models obtained are potentially applicable to forecasting the ice area of various age categories since their efficiency is more than 10 %, which satisfies the requirements for the quality of the long-term forecast method.

Баренцево моревозрастной составзимний периодледяной покровмежгодовые измененияосновные факторыBarents Seaice coverice age compositioninterannual variationskey factorswinter seasonИсследование выполнено при финансовой поддержке Российского научного фонда (проект № 22-27-00443).The research was funded by the Russian Science Foundation (project No. 22-27-00443).ReferencesIPCC Special Report on the Ocean and Cryosphere in a Changing Climate. Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA: Cambridge University Press, 2019. 755 p.IPCC Special Report on the Ocean and Cryosphere in a Changing Climate. Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA: Cambridge University Press, 2019: 755 p.Латонин М.М., Башмачников И.Л., Бобылев Л.П. Явление арктического усиления и его движущие механизмы // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2020. Т. 13. № 3. С. 3–19. doi: 10.7868/S2073667320030016.Latonin M.M., Bashmachnikov I.L., Bobylev L.P. The Arctic amplification phenomenon and its driving mechanisms. Fundamental’naya i prikladnaya gidrofizika. Fundamental and Applied Hydrophysics. 2020, 13 (3): 3–19. [In Russian]. doi: 10.7868/S2073667320030016.Previdi M., Smith K.L., Polvani L.M. Arctic amplification of climate change: a review of underlying mechanisms // Environmental Research Letters. 2021. V. 16. 093003. doi: 10.1088/1748-9326/ac1c29.Previdi M., Smith K.L., Polvani L.M. Arctic amplification of climate change: a review of underlying mechanisms. Environmental Research Letters. 2021, 16: 093003. doi: 10.1088/1748-9326/ac1c29.Иванов В.В. Новые механизмы Полярного усиления, инициированные сокращением арктического морского льда // Вестник РФФИ. 2022. № 2 (114). С. 40–47. doi: 10.22204/2410-4639-2022-114-02-119-135.Ivanov V.V. New mechanisms of polar amplification triggered by the Arctic sea ice loss. Vestnik RFFI. RFBR Journal. 2022, 2 (114): 40–47. [In Russian]. doi: 10.22204/2410-4639-2022-114-02-119-135.Александров В.Ю., Йоханнессен О.М. Изменение толщины льда в Арктике с конца XIX века // Проблемы Арктики и Антарктики. 2012. № 4 (94). С. 63–73.Alexandrov V.Yu., Johannessen O.M. Changes of ice thickness in the Arctic since the end of 19th century. Problemy Arktiki i Antarktiki. Arctic and Antarctic Research. 2012, 4 (94): 63–73. [In Russian].Onarheim I.H., Årthun M. Toward an ice-free Barents Sea // Geophysical Research Letters. 2017. № 44. P. 8387–8395. doi: 10.1002/2017GL074304.Onarheim I.H., Årthun M. Toward an ice-free Barents Sea. Geophysical Research Letters. 2017, 44: 8387–8395. doi: 10.1002/2017GL074304.Stroeve J., Notz D. Changing state of Arctic sea ice across all seasons // Environmental Research Letters. 2018. V. 13. № 10. 103001. doi: 10.1088/1748-9326/aade56.Stroeve J., Notz D. Changing state of Arctic sea ice across all seasons. Environmental Research Letters. 2018, 13 (10): 103001. doi: 10.1088/1748-9326/aade56.Onarheim I.H., Eldevik T., Smedsrud L.H., Stroeve J.C. Seasonal and regional manifestation of Arctic sea ice loss // Journal of Climate. 2018. V. 31. P. 4917–4932. doi: 10.1175/JCLI-D-17-0427.1.Onarheim I.H., Eldevik T., Smedsrud L.H., Stroeve J.C. Seasonal and regional manifestation of Arctic sea ice loss. Journal of Climate. 2018, 31: 4917–4932. doi: 10.1175/JCLI-D-17-0427.1.Сумкина А.А., Кивва К.К., Иванов В.В., Смирнов А.В. Сезонное очищение ото льда Баренцева моря и его зависимость от адвекции тепла Атлантическими водами // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2022. Т. 15. № 1. С. 82–97. doi: 10.48612/fpg/1krp-xbuk-6gpz.Sumkina A.A., Kivva K.K., Ivanov V.V., Smirnov A.V. Seasonal ice removal in the Barents Sea and its dependence on heat advection by Atlantic waters. Fundamental’naja i prikladnaja gidrofizika. Fundamental and Applied Hydrophysics. 2022, 15 (1): 82–97. [In Russian]. doi: 10.48612/fpg/1krp-xbuk-6gpz.Миронов Е.У. Ледовые условия в Гренландском и Баренцевом морях и их долгосрочный прогноз. СПб.: ААНИИ, 2004. 319 с.Mironov Ye.U. Ledovye usloviia v Grenlandskom i Barentsevom moriakh i ikh dolgosrochnyi prognoz. Ice conditions in the Greenland and Barents Seas and its long-term forecast. St. Petersburg: AARI, 2004: 319 p. [In Russian].Гудкович З.М., Кириллов А.А., Ковалев Е.Г., Сметанникова А.В., Спичкин В.А. Основы методики долгосрочных ледовых прогнозов для арктических морей. Л.: Гидрометеоиздат, 1972. 348 с.Gudkovich Z.M., Kirillov A.A., Kovalev E.G., Smetannikova A.V., Spichkin V.A. Osnovy metodiki dolgosrochnykh ledovykh prognozov dlia arkticheskikh morei. Fundamentals of the methodology of long-term ice forecasts for the Arctic seas. Leningrad: Gidrometeoizdat, 1972: 348 p. [In Russian].Егорова Е.С., Миронов. Е.У. Возрастной состав ледяного покрова Баренцева моря // Проблемы Арктики и Антарктики. 2022. Т. 68. № 3. С. 216–233. doi: 10.30758/0555-2648-2022-68-3-216-233.Egorova E.S., Mironov Ye.U. Ice age composition in the Barents Sea. Problemy Arktiki i Antarktiki. Arctic and Antarctic Research. 2022, 68 (3): 216–233. [In Russian]. doi: 10.30758/0555-2648-2022-68-3-216-233.Руководящий документ 52.27.759 — 2011, Наставление по службе прогнозов. Раздел 3. Часть III. Служба морских гидрологических прогнозов. М.: Триада ЛТД, 2011. 194 с.Rukovodjashhij dokument 52.27.759–2011. Nastavlenie po sluzhbe prognozov. Razdel 3. Ch. III. Sluzhba morskih gidrologicheskikh prognozov. Management directive 52.27.759–2011, Forecast service manual, pt 3, chpt III. Maritime hydrological forecast service. Moscow: Triada LTD, 2011: 194 p. [In Russian].Arctic and Antarctic Research Institute World Data Center Sea-Ice. URL: http://wdc.aari.ru/datasets/d0004/bar/ (дата обращения: 06.02.2023).AARI WDC Sea-Ice archive. Available at: http://wdc.aari.ru/datasets/d0004/bar/ (accessed 06.02.2023).Афанасьева Е.В., Алексеева Т.А., Соколова Ю.В., Демчев Д.М., Чуфарова М.С., Быченков Ю.Д., Девятаев О.С. Методика составления ледовых карт ААНИИ // Российская Арктика. 2019. № 7. С. 5–20. doi: 10.24411/2658-4255-2019-10071.Afanasieva Ye.V., Alekseyeva T.A., Sokolova Yu.V., Demchev D.M., Chufarova M.S., Bychenkov Yu.D., Devyatayev O.S. Methodology of ice chart compilation. Rossiyskaya Arktika. Russian Arctic. 2019, 7: 5–20. [In Russian]. doi: 10.24411/2658-4255-2019-10071.Лис Н.А., Чернявская Е.А., Миронов Е.У., Тимохов Л.А., Егорова Е.С. Информативность факторов, формирующих долгопериодные колебания ледовитости отдельных районов Баренцева моря // Российская Арктика. 2023. Т. 5 (2). С. 17–32. doi: 10.24412/2658-4255-2023-2-17-32.Lis N.A., Cherniavskaia E.A., Mironov E.U., Timokhov L.A., Egorova E.S. Informativeness (information-bearing) of factors forming interannual variability of the Barents Sea and its individual areas ice ice coveren. Rossiyskaya Arktika. Russian Arctic. 2023, 5 (2): 17–32. [In Russian]. doi: 10.24412/2658-4255-2023-2-17-32.Ледовые термины, расположенные в тематическом порядке. URL: http://old.aari.ru/gdsidb/glossary/r1.htm (дата обращения: 10.04.2023).Ice terms arranged in thematic order. Available at: http://old.aari.ru/gdsidb/glossary/r1.htm (accessed 10.04.2023).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. No. 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.Zhou S., Miller A.J., Wang J., Angell J.K. Trends of NAO and AO and their associations with stratospheric processes // Geophysical Research Letters. 2001. V. 28. No. 21. P. 4107–4110. doi: 10.1029/2001GL013660.Zhou S., Miller A.J., Wang J., Angell J.K. Trends of NAO and AO and their associations with stratospheric processes. Geophysical Research Letters. 2001, 28 (21): 4107–4110. doi: 10.1029/2001GL013660.Wu B., Wang J., Walsh J.E. Dipole anomaly in the winter Arctic atmosphere and its association with sea ice motion // Journal of Climate. 2006. V. 19. No. 2. P. 210–225. doi: 10.1175/JCLI3619.1.Wu B., Wang J., Walsh J.E. Dipole anomaly in the winter Arctic atmosphere and its association with sea ice motion. Journal of Climate. 2006, 19 (2): 210–225. doi: 10.1175/JCLI3619.1.Janout M.A., Holemann J., Timokhov L., Gutjahr O., Heinemann G. Circulation in the northwest Laptev Sea in the eastern Arctic Ocean: Crossroads between Siberian River water, Atlantic water and polynya‐formed dense water // Journal of Geophysical Research: Oceans. 2017. V. 122. No. 8. P. 6630–6647. doi: 10.1002/2017JC013159.Janout M.A., Holemann J., Timokhov L., Gutjahr O., Heinemann G. Circulation in the northwest Laptev Sea in the eastern Arctic Ocean: Crossroads between Siberian River water, Atlantic water and polynya‐formed dense water. Journal of Geophysical Research: Oceans. 2017, 122 (8): 6630–6647. doi: 10.1002/2017JC013159.Barnston A.G., Livezey R.E. Classification, seasonality and persistence of low-frequency atmospheric circulation patterns // Monthly Weather Review. 1987. V. 115. No. 6. P. 1083–1126. doi: 10.1175/1520-0493(1987)115<1083:CSAPOL>2.0.CO;2.Barnston A.G., Livezey R.E. Classification, seasonality and persistence of low-frequency atmospheric circulation patterns. Monthly Weather Review. 1987, 115 (6): 1083–1126. doi: 10.1175/1520-0493(1987)115<1083:CSAPOL>2.0.CO;2.Goldenberg S.B., Landsea C.W., Mestas-Nuñez A.M., Gray W.M. The recent increase in Atlantic hurricane activity: Causes and implications // Science. 2001. V. 293. No. 5529. P. 474–479. doi: 10.1126/science.1060040.Goldenberg S.B., Landsea C.W., Mestas-Nuñez A.M., Gray W.M. The recent increase in Atlantic hurricane activity: Causes and implications. Science. 2001, 293 (5529): 474–479. doi: 10.1126/science.1060040.Нестеров Е.С. Североатлантическое колебание: атмосфера и океан. М.: Триада ЛТД, 2013. 144 с.Nesterov E.S. Severoatlanticheskoe kolebanie: atmosfera i okean. North Atlantic oscillation: atmosphere and ocean. Moscow: Triada LTD, 2013: 144 p. [In Russian].National Oceanic and Atmospheric Administration: Climate Monitoring. URL: https://www.ncei.noaa.gov/climate-monitoring/#all (дата обращения: 10.05.2023).National Oceanic and Atmospheric Administration website. Available at: https://www.ncei.noaa.gov/climate-monitoring/#all (accessed 10.05.2023).Библиотека климатических данных Колумбийского университета. URL: http://iridl.ldeo.columbia.edu (дата обращения: 10.05.2023).Columbia University Climate Data Library. Available at: http://iridl.ldeo.columbia.edu (accessed 10.05.2023).Малинин В.Н., Гордеева С.М. Физико-статистический метод прогноза океанологических характеристик (на примере Северо-Европейского бассейна). Мурманск: ПИНРО, 2003. 129 с.Malinin V.N., Gordeeva S.M. Fiziko-statisticheskij metod prognoza okeanologicheskikh kharakteristik (na primere Severo-Evropejskogo bassejna). Physical and statistical method for forecasting oceanological characteristics (on the example of the North European Basin). Murmansk: PINRO, 2003: 129 p. [In Russian].Kwok R. Outflow of Arctic Ocean sea ice into the Greenland and Barents Seas // Journal of Climate. 2009. V. 22. No. 9. P. 2438–2457. doi: 10.1175/2008JCLI2819.1.Kwok R. Outflow of Arctic Ocean sea ice into the Greenland and Barents Seas. Journal of Climate. 2009, 22 (9): 2438–2457. doi: 10.1175/2008JCLI2819.1.Егорова Е.С., Миронов Е.У., Ильющенкова И.А. Сезонные и межгодовые изменения ледообмена Гренландского и Баренцева морей с соседними акваториями // Океанологические исследования: Материалы Х конференции молодых ученых. Владивосток: ТОИ ДВО РАН, 2023. С. 20–21.Egorova E.S., Mironov Ye.U., Il’yushchenkova I.A. Seasonal and interannual variations in in Arctic ice outflow on sea ice in the Barents Sea. Oceanological Research: Proceedings of the X Conference of Young Scientists. Vladivostok: TOI DVO RAN, 2023: 20–21. [In Russian].National Snow and Ice Data Center Polar Pathfinder Daily EASE-Grid Sea Ice Motion Vectors, Version 4. URL: https://nsidc.org/data/NSIDC-0116/versions/4 (дата обращения: 10.05.2023).National Snow and Ice Data Center Polar Pathfinder Daily EASE-Grid Sea Ice Motion Vectors, Version 4. Available at: https://nsidc.org/data/NSIDC-0116/versions/4 (accessed 10.05.2023).National Snow and Ice Data Center Quicklook Arctic Weekly EASE-Grid Sea Ice Motion Vectors, Version 1. URL: https://nsidc.org/data/NSIDC-0748/versions/1 (дата обращения: 10.05.2023).National Snow and Ice Data Center Quicklook Arctic Weekly EASE-Grid Sea Ice Motion Vectors, Version 1. Available at: https://nsidc.org/data/NSIDC-0748/versions/1 (accessed 10.05.2023).Tschudi M.A., Meier W.N., Stewart J.S. An enhancement to sea ice motion and age products at the National Snow and Ice Data Center (NSIDC) // The Cryosphere. 2020. V. 14. P. 1519–1536. doi: 10.5194/tc-14-1519-2020.Tschudi M.A., Meier W.N., Stewart J.S. An enhancement to sea ice motion and age products at the National Snow and Ice Data Center (NSIDC). The Cryosphere. 2020, 14: 1519–1536. doi: 10.5194/tc-14-1519-2020.Вязигина Н.А., Тимохов Л.А., Егорова Е.С., Юлин А.В. Информативность гидрометеорологических и астрогеофизических факторов в задаче описания межгодовых колебаний ледовитости Гренландского моря // Лед и Снег. 2021. Т. 61. № 3. С. 431–444. doi: 10.31857/S2076673421030099.Viazigina N.A., Timokhov L.A., Egorova E.S., Yulin A.V. Informativeness (information-bearing) of hydrometeorological and astrogeophysical factors in the problem of describing interannual fluctuations of the Greenland Sea ice coverage. Led i Sneg. Ice and Snow. 2021, 61 (3): 431–444. [In Russian]. doi: 10.31857/S2076673421030099.Иванов В.В., Алексеев В.А., Алексеева Т.А., Колдунов Н.В., Репина И.А., Смирнов А.В. Арктический ледяной покров становится сезонным? // Исследования Земли из космоса. 2013. Т. 4. C. 50–65. doi: 10.7868/S0205961413040076.Ivanov V.V., Alekseev V.A., Alekseeva T.A., Koldunov N.V., Repina I.A., Smirnov A.V. Is the Arctic ice sheet becoming seasonal? Issledovanie Zemli iz kosmosa. Exploration of the Earth from space. 2013, 4: 50–65. [In Russian]. doi: 10.7868/S0205961413040076.Watanabe E., Wang J., Sumi A., Hasumi H. Arctic dipole anomaly and its contribution to sea ice export from the Arctic Ocean in the 20th century // Geophysical Research Letters. 2006. V. 33. No. 23. L23703. doi: 10.1029/2006GL028112.Watanabe E., Wang J., Sumi A., Hasumi H. Arctic dipole anomaly and its contribution to sea ice export from the Arctic Ocean in the 20th century. Geophysical Research Letters. 2006, 33 (23): L23703. doi: 10.1029/2006GL028112.

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