aariПроблемы Арктики и АнтарктикиArctic and Antarctic Research0555-26482618-6713Государственный научный центр Российской Федерации Арктический и антарктический научно-исследовательский институт10.30758/0555-2648-2024-70-3-276-294aari-635Research ArticleОКЕАНОЛОГИЯOCEANOLOGYТренды температуры поверхности океана отдельных районов Баренцева моря в зимний сезон и механизмы их формированияSST trends in certain areas of the Barents Sea in the winter season and mechanisms of their formationhttps://orcid.org/0000-0003-0762-5188ЛисН. А.LisN. A.

Санкт-Петербург

Natalia А. Lis 

St. Petersburg

nalis@aari.ruhttps://orcid.org/0000-0002-8517-1057ЧернявскаяЕ. А.CherniavskaiaE. A.

Санкт-Петербург

Ekaterina А. Cherniavskaia

St. Petersburg

https://orcid.org/0009-0001-9492-2174ТимоховЛ. А.TimokhovL. A.

Санкт-Петербург

Leonid A. Timokhov

St. Petersburg

ГНЦ РФ Арктический и антарктический научно-исследовательский институтРоссияState Scientific Center of the Russian Federation Arctic and Antarctic Research InstituteRussian Federation202427092024703276294Copyright © Лис Н.А., Чернявская Е.А., Тимохов Л.А., 20242024Лис Н.А., Чернявская Е.А., Тимохов Л.А.Lis N.A., Cherniavskaia E.A., Timokhov L.A.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/635

В статье на основе данных реанализа ERA-5 за период 1949–2023 гг. был проведен анализ изменений температуры поверхности океана (ТПО) в зимний сезон для западного, северо-восточного и юго-восточного районов Баренцева моря и рассмотрена связь возникающих тенденций с влиянием различных внешних факторов в современных условиях меняющегося климата. Для оценки отклика на изменения крупномасштабной циркуляции атмосферы и притока атлантических вод был проведен анализ характера изменчивости приповерхностной температуры воды, температуры воды на разрезе «Кольский меридиан» и ТПО в указанных районах Баренцева моря с использованием метода вейвлет-когерентности. Была показана неоднородность этих изменений на протяжении трех временных периодов (1949–1969 гг., 1970–1990 гг., 1991–2023 гг.), связанная, по-видимому, с изменением характера атмосферной циркуляции.

The climate changes observed over the past few decades are most clearly manifested in the Arctic Ocean. Sea surface temperature (SST) is one of the most reliable indicators of climate change. In this paper we analyze the changes of winter SST for the western, northeastern and southeastern regions of the Barents Sea and examine the relationship of the emerging STS trends with the influence of various external factors. The working data set is represented by average monthly SST values taken from the ERA-5 reanalysis for the period 1949–2023 with a spatial resolution of 0.25×0.25° and average water temperature values on the Kola Meridian section in the 0–50 m layer. Additionally, the Arctic Oscillation (AO), Arctic Dipole (AD) and Atlantic Multidecadal Oscillation (AMO) indices were used as external factors that may affect SST variability. The time series analyzed was divided into three periods: 1949–1969, 1970–1990, 1991–2023, where the variability of the analyzed parameters was different. Thus, in the first period the trend in SST changes was negative, for the second period it was slightly negative or neutral, and for the third period it was positive. It is shown that SST in all the regions of the Barents Sea has undergone significant changes, which were most noticeable in the “warm” period of 1991–2023, when the rate of SST increasing was up to 10·10-2 °C/year in areas under the warm Atlantic water influence. The analysis of SST variability in the Barents Sea shows that the positive anomalies observed in the recent years are most likely associated with the changes in the atmospheric circulation. The Wavelet coherence analysis showed the closest agreement between the changes in the sea surface temperature and the AD index in the winter season, and with the AMO index.

атмосферная циркуляцияБаренцево морекогерентностьтемпература поверхности океанатрендыatmospheric circulationBarents Seacoherenceocean surface temperaturetrendИсследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 2427-00221, https://rscf.ru/project/24-27-00221/The study was supported by the Russian Science Foundation, grant No. 24-27-00221, https://rscf.ru/project/24-27-00221/ReferencesWMO Provisional State of the Global Climate 2022. Geneva, WMO. 2022. URL: https://library.wmo.int/idurl/4/56335 (accessed 22.04.2023).WMO Provisional State of the Global Climate 2022. Geneva, WMO. 2022. URL: https://library.wmo.int/idurl/4/56335 (accessed 22.04.2023).Pörtner H.O., Roberts D.C., Masson-Delmotte V., Zhai P., Tignor M., Poloczanska E., Weyer N.M., editors. The ocean and cryosphere in a changing climate. IPCC special report on the ocean and cryosphere in a changing climate; 2019. 765 p.Pörtner H.O., Roberts D.C., Masson-Delmotte V., Zhai P., Tignor M., Poloczanska E., Weyer N.M., editors. The ocean and cryosphere in a changing climate. IPCC special report on the ocean and cryosphere in a changing climate; 2019. 765 p.Stroeve J., Notz D. Changing state of Arctic sea ice across all seasons. Environmental Research Letters. 2018;13(10):103001. https://doi.org/10.1088/1748-9326/aade56Stroeve J., Notz D. Changing state of Arctic sea ice across all seasons. Environmental Research Letters. 2018;13(10):103001. https://doi.org/10.1088/1748-9326/aade56Латонин М.М., Башмачников И.Л., Бобылёв Л.П. Явление арктического усиления и его движущие механизмы. Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2021;13(3):3–19. https://doi.org/10.7868/S2073667320030016Latonin M.M., Bashmachnikov I.L., Bobylev L.P. The phenomenon of Arctic amplification and its driving mechanisms. Fundamental and applied hydrophysics. 2021;13(3):3–19. (In Russ.). https://doi.org/10.7868/S2073667320030016Gordó-Vilaseca C., Stephenson F., Coll M., Lavin C., Costello M.J. Three decades of increasing fish biodiversity across the northeast Atlantic and the Arctic Ocean. Proceedings of the National Academy of Sciences. 2023;120(4):e2120869120. https://doi.org/10.1073/pnas.212086912Gordó-Vilaseca C., Stephenson F., Coll M., Lavin C., Costello M.J. Three decades of increasing fish biodiversity across the northeast Atlantic and the Arctic Ocean. Proceedings of the National Academy of Sciences. 2023;120(4):e2120869120. https://doi.org/10.1073/pnas.212086912Лис Н.А., Егорова Е.С. Климатическая изменчивость ледовитости Баренцева моря и его отдельных районов. Проблемы Арктики и Антарктики. 2022;68(3):234–247. https://doi.org/10.30758/0555-2648-2022-68-3-234-247Lis N.A., Egorova E.S. Climatic variability of the ice extent of the Barents Sea and its individual areas. Arctic and Antarctic Research. 2022;68(3):234–247. (In Russ.). https://doi.org/10.30758/0555-2648-2022-68-3-234-247Лис 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;5(2):17–32. https://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 ice coveren in the Barents Sea and its separate regions. Russian Arctic. 2023;5(2):17–32. (In Russ.). doi:10.24412/2658-4255-2023-2-17-32.Lind S., Ingvaldsen R.B., Furevik T. Arctic warming hotspot in the northern Barents Sea linked to declining sea-ice import. Nature climate change. 2018;8(7):634–639. https://doi.org/10.1038/s41558-018-0205-yLind S., Ingvaldsen R.B., Furevik T. Arctic warming hotspot in the northern Barents Sea linked to declining sea-ice import. Nature climate change. 2018;8(7):634–639. https://doi.org/10.1038/s41558-018-0205-ySchlichtholz P. Subsurface ocean flywheel of coupled climate variability in the Barents Sea hotspot of global warming. Scientific reports. 2019;9(1):13692. https://doi.org/10.1038/s41598-019-49965-6Schlichtholz P. Subsurface ocean flywheel of coupled climate variability in the Barents Sea hotspot of global warming. Scientific reports. 2019;9(1):13692. https://doi.org/10.1038/s41598-019-49965-6Mohamed B., Nilsen F., Skogseth R. Interannual and decadal variability of sea surface temperature and sea ice concentration in the Barents Sea. Remote Sensing. 2022;14(17):4413. https://doi.org/10.3390/rs14174413Mohamed B., Nilsen F., Skogseth R. Interannual and decadal variability of sea surface temperature and sea ice concentration in the Barents Sea. Remote Sensing. 2022;14(17):4413. https://doi.org/10.3390/rs14174413Миронов Е.У. Ледовые условия в Гренландском и Баренцевом морях и их долгосрочный прогноз. СПб.: ААНИИ; 2004. 320 с.Миронов Е.У. Ледовые условия в Гренландском и Баренцевом морях и их долгосрочный прогноз. СПб.: ААНИИ; 2004. 320 с.ERA5 monthly mean data on single (SST) and pressure (SLP) levels from 1940 to present. URL: https://cds.climate.copernicus.eu/ (accessed 15.03. 2024).ERA5 monthly mean data on single (SST) and pressure (SLP) levels from 1940 to present. URL: https://cds.climate.copernicus.eu/ (accessed 15.03. 2024).Карсаков А.Л., Трофимов А.Г., Ившин В.А., Анциферов М.Ю., Густоев Д.В., Аверкиев А.С. Восстановление данных по температуре воды на разрезе «Кольский меридиан» в 2016–2017 гг. Труды ВНИРО. 2018;173:193–206. https://doi:10.36038/2307-3497-2018-173-193-206Karsakov A., Trofimov A., Ivshin V., Antsiferov M., Gustoev D., Averkiev A. Restoration of data on water temperature in the Kola Section for 2016-2017. Trudy VNIRO. 2018;173:193–206. (In Russ.). https://doi:10.36038/2307-3497-2018-173-193-206Карсаков А.Л., Трофимов А.Г., Анциферов М.Ю., Ившин В.А., Губанищев М.А. 120 лет океанографических наблюдений на разрезе «Кольский меридиан». Мурманск: ПИНРО им. Н.М. Книповича; 2022. 146 с.Карсаков А.Л., Трофимов А.Г., Анциферов М.Ю., Ившин В.А., Губанищев М.А. 120 лет океанографических наблюдений на разрезе «Кольский меридиан». Мурманск: ПИНРО им. Н.М. Книповича; 2022. 146 с.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. https://doi.org/10.1029/98GL00950Thompson 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. https://doi.org/10.1029/98GL00950AO index, obtained by projecting the AO loading pattern to the daily anomaly 1000 millibar height field over 20° N–90° N latitude. URL: https://www.ncei.noaa.gov/access/monitoring/ao/ (accessed 02.05.2024).AO index, obtained by projecting the AO loading pattern to the daily anomaly 1000 millibar height field over 20° N–90° N latitude. URL: https://www.ncei.noaa.gov/access/monitoring/ao/ (accessed 02.05.2024).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. https://doi.org/10.1029/2006GL028112Watanabe 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. https://doi.org/10.1029/2006GL028112Polyakov I.V., Ingvaldsen R.B., Pnyushkov A.V., Bhatt U.S., Francis J.A., Janout M., Kwok R., Skagseth Ø. Fluctuating Atlantic inflows modulate Arctic atlantification. Science. 2023;381(6661):972–979. https://doi.org/10.1126/science.adh5158Polyakov I.V., Ingvaldsen R.B., Pnyushkov A.V., Bhatt U.S., Francis J.A., Janout M., Kwok R., Skagseth Ø. Fluctuating Atlantic inflows modulate Arctic atlantification. Science. 2023;381(6661):972–979. https://doi.org/10.1126/science.adh5158Wang S., Su J. Numerical simulation of the effects of arctic dipole atmospheric circulation on arctic sea ice. Clim. Change Res. Lett. 2019;8:503–515. https://doi.org/10.12677/ccrl.2019.84055Wang S., Su J. Numerical simulation of the effects of arctic dipole atmospheric circulation on arctic sea ice. Clim. Change Res. Lett. 2019;8:503–515. https://doi.org/10.12677/ccrl.2019.84055Schlesinger M.E., Ramankutty N. An oscillation in the global climate system of period 65–70 years. Nature. 1994;367(6465):723–726. https://doi.org/10.1038/367723a0Schlesinger M.E., Ramankutty N. An oscillation in the global climate system of period 65–70 years. Nature. 1994;367(6465):723–726. https://doi.org/10.1038/367723a0AMO (Atlantic Multidecadal Oscillation) Index. Climate Timeseries starting at 1948 to Jan 2023. URL: www.esrl.noaa.gov/psd/data/timeseries/AMO/ (accessed 02.05.2024).AMO (Atlantic Multidecadal Oscillation) Index. Climate Timeseries starting at 1948 to Jan 2023. URL: www.esrl.noaa.gov/psd/data/timeseries/AMO/ (accessed 02.05.2024).Гордеева С.М. Практикум по дисциплине «Статистические методы обработки и анализа гидрометеорологической информации». СПб.: РГГМУ; 2010. 74 с.Гордеева С.М. Практикум по дисциплине «Статистические методы обработки и анализа гидрометеорологической информации». СПб.: РГГМУ; 2010. 74 с.Grinsted A., Moore J.C., Jevrejeva S. Application of the cross wavelet transform and wavelet coherence to geophysical time series. Nonlinear processes in geophysics. 2004;11(5/6):561–566. https://doi.org/10.5194/npg-11-561-2004Grinsted A., Moore J.C., Jevrejeva S. Application of the cross wavelet transform and wavelet coherence to geophysical time series. Nonlinear processes in geophysics. 2004;11(5/6):561–566. https://doi.org/10.5194/npg-11-561-2004R packages on CRAN and Bioconductor. URL: www.rdocumentation.org/ (accessed 10.06.2024).R packages on CRAN and Bioconductor. URL: www.rdocumentation.org/ (accessed 10.06.2024).Трофимов А.Г., Карсаков А.Л., Ившин В.А. Изменения климата в Баренцевом море на протяжении последнего полувека. Труды ВНИРО. 2018;173:79–91.Trofimov A.G., Karsakov A.L., Ivshin V.A. Climate changes in the Barents Sea over the last half century. Trudy VNIRO. 2018; 173: 79–91. (In Russ.)Иванов В.В., Алексеенков Г.А. Атмосферная циркуляция и развитие атмосферных процессов в морской Арктике. В: И.М. Ашик (ред.). Моря российской Арктики в современных климатических условиях. СПб.: ААНИИ; 2021. С. 20–35.Иванов В.В., Алексеенков Г.А. Атмосферная циркуляция и развитие атмосферных процессов в морской Арктике. В: И.М. Ашик (ред.). Моря российской Арктики в современных климатических условиях. СПб.: ААНИИ; 2021. С. 20–35.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;174:2863–2878. https://doi.org/10.1007/s00024-017-1557-3Byshev 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;174:2863–2878. https://doi.org/10.1007/s00024-017-1557-3Lee H., Romero J., editors. IPCC, 2023: Climate Change 2023: Synthesis Report, Summary for Policymakers. Contribution of Working Groups I, II and III to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. IPCC; 2023. 34 p. https://doi: 10.59327/IPCC/AR6-9789291691647.001Lee H., Romero J., editors. IPCC, 2023: Climate Change 2023: Synthesis Report, Summary for Policymakers. Contribution of Working Groups I, II and III to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. IPCC; 2023. 34 p. https://doi.org/10.59327/IPCC/AR6-9789291691647.001Никифоров Е.Г., Шпайхер А.О. Закономерности формирования крупномасштабных колебаний гидрологического режима Северного Ледовитого океана. Л.: Гидрометеоиздат; 1980. 269 с.Никифоров Е.Г., Шпайхер А.О. Закономерности формирования крупномасштабных колебаний гидрологического режима Северного Ледовитого океана. Л.: Гидрометеоиздат; 1980. 269 с.Гирс А.А., Кондратович К.В. Методы долгосрочных прогнозов погоды: Учебное пособие. Л.: Гидрометеоиздат; 1978. 344 с.Гирс А.А., Кондратович К.В. Методы долгосрочных прогнозов погоды: Учебное пособие. Л.: Гидрометеоиздат; 1978. 344 с.Савичев А.И., Мироничева Н.П., Цепелев В.Ю. Особенности колебаний атмосферной циркуляции в Атлантико-Евразийском секторе полушария за последние десятилетия. Ученые записки Российского государственного гидрометеорологического университета. 2015;39:120–131.Savichev A.I., Mironicheva N.P., Tsepelev V.Yu. Features of atmospheric circulation fluctuations in the Atlantic-Eurasian sector of the hemisphere over the past decades. Proceedings of the Russiaqn State Hydrometeorological University. 2015;39:120–131. (In Russ.)Rossi A., Massei N., Laignel B. A synthesis of the time-scale variability of commonly used climate indices using continuous wavelet transform. Global and Planetary Change. 2011;78(1–2):1–13. https://doi.org/10.1016/j.gloplacha.2011.04.008Rossi A., Massei N., Laignel B. A synthesis of the time-scale variability of commonly used climate indices using continuous wavelet transform. Global and Planetary Change. 2011;78(1–2):1–13. https://doi.org/10.1016/j.gloplacha.2011.04.008Васильев Д.Ю., Бабков О.К., Кочеткова Е.С., Семенов В.А. Вейвлет и кросс-вейвлет анализ сумм атмосферных осадков и приповерхностной температуры на Европейской территории России. Известия Российской академии наук. Серия географическая. 2017;6:63–77. https://doi.org/10.7868/S0373244417060068Vasilyev D.Yu., Babkov O.K., Kochetkova E.S., Semenov V.A. Wavelet and cross-wavelet analysis of precipitation and surface temperature in the European territory of Russia. News of the Russian Academy of Sciences. Geographical series. 2017;6:63–77. (In Russ.). https://doi.org/10.7868/S0373244417060068Демин В.И., Священников П.Н., Иванов Б.В. Изменения крупномасштабной циркуляции атмосферы и современное потепление климата на Кольском полуострове. Вестник Кольского научного центра РАН. 2014;2(17):101–105.Demin V.I., Priestnikov P.N., Ivanov B.V. Changes in large-scale atmospheric circulation and modern climate warming on the Kola Peninsula. Bulletin of the Kola Scientific Center of the Russian Academy of Sciences. 2014;2(17):101–105. (In Russ.)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. https://doi.org/10.1175/JCLI3619.1Wu 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. https://doi.org/10.1175/JCLI3619.1

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