aariПроблемы Арктики и АнтарктикиArctic and Antarctic Research0555-26482618-6713Государственный научный центр Российской Федерации Арктический и антарктический научно-исследовательский институт10.30758/0555-2648-2024-70-3-310-322aari-637Research ArticleОКЕАНОЛОГИЯOCEANOLOGYОтносительные вклады теплообмена на границе моря и атмосферы и адвективного переноса тепла в повышение температуры вод Баренцева моря в начале XXI в.Relative contribution of the ocean-air heat exchange and advective heat transport to the increase of the Barents Sea water temperature in the early 21st centuryhttps://orcid.org/0000-0003-1007-2115СумкинаА. А.SumkinaA. A.

Москва

Alexandra A. Sumkina

Moscow

sumkina@vniro.ruhttps://orcid.org/0000-0003-3231-7283СмирновА. В.SmirnovA. V.

Санкт-Петербург

Alexander V. Smirnov

St. Petersburg

https://orcid.org/0000-0001-8100-8095КивваК. К.KivvaK. K.

Москва

Kirill K. Kivva

Moscow

 

https://orcid.org/0000-0003-2569-6027ИвановВ. В.IvanovV. V.

Санкт-Петербург, Москва

Vladimir V. Ivanov

St. Petersburg, Moscow

 

ФГБНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт рыбного хозяйства и океанографии»РоссияRussian Federal Research Institute of Fisheries and OceanographyRussian FederationГНЦ РФ Арктический и антарктический научно-исследовательский институтРоссияState Scientific Center of the Russian Federation Arctic and Antarctic Research InstituteRussian FederationГНЦ РФ Арктический и антарктический научно-исследовательский институт; Московский государственный университет им. М.В. ЛомоносоваРоссияState Scientific Center of the Russian Federation Arctic and Antarctic Research Institute; Lomonosov Moscow State UniversityRussian Federation202427092024703310322Copyright © Сумкина А.А., Смирнов А.В., Кивва К.К., Иванов В.В., 20242024Сумкина А.А., Смирнов А.В., Кивва К.К., Иванов В.В.Sumkina A.A., Smirnov A.V., Kivva K.K., Ivanov V.V.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.aaresearch.science/jour/article/view/637

С начала 2000-х гг. существенно увеличилась среднегодовая температура воды в Баренцевом море (БМ). Основной вклад в формирование термического режима БМ вносят адвективный перенос тепла из соседних акваторий и теплообмен через поверхность. В работе по данным атмосферного и океанского реанализов оценены относительные вклады этих процессов в изменение средней температуры воды БМ на временном интервале 1993–2018 гг. Рассчитан средний годовой баланс тепла БМ (с учетом затрат тепла на таяние льда), показавший преобладание среднегодового поступления тепла за счет адвекции над теплоотдачей с поверхности моря. В рамках упрощенной боксовой модели БМ получено, что, согласно данным реанализов, избыточное поступление адвективного тепла обеспечило повышение температуры воды БМ с 1993 по 2018 г. со средней скоростью 0,28 °С/год.

The annual water temperature in the major water masses of the Barents Sea (BS) has significantly increased since the early 2000s. Advective heat transport from the neighboring water areas and heat exchange through the sea surface are the major factors, which shape the hydrological conditions in the BS. The paper estimates the contributions of heat exchange at the sea-atmosphere boundary and advective heat transport to changes in the average water temperature of the BS for the entire sea area. The average annual heat balance of the BS is calculated using atmospheric and oceanic reanalysis data. The change in the average temperature of the BS water is estimated taking into account the heat consumption for ice melting. The average surface heat balance from 1993 to 2018 was negative throughout the entire sea area: –70…–100 W/m2 in the south and –10…–20 W/m2 in the north. The advective heat supply was calculated for 9 straits with neighboring water areas. The determining source of advective heat is the influx of Atlantic waters from the Norwegian Sea between Cape Nordkapp and Bear Island. An average of 40.8 TW of advective heat is supplied through this margin. The calculations showed the predominance of annual heat influx due to advection over heat loss from the sea surface. This excess heat influx resulted in an estimated increase in the water temperature of the BS from 1993 to 2018 at a rate of 0.28 °C per year (taking into account the heat consumption for ice melting). In conclusion, it can be argued that the analysis has validated the hypothesis proposed in the article about compensation of heat losses from the surface of the BS by advective heat flow. The hypothesis is quantitatively confirmed by calculations on a simple box model (with an accuracy of up to an order of magnitude) based on atmospheric and oceanic reanalysis data. The ERA5 and GLORYS12V1 reanalysis data reliably describe the basic patterns of observed variability of ocean, sea ice and atmospheric parameters in the Barents Sea.

адвекция в океанеБаренцево моревзаимодействие океана и атмосферыизменение климаталедяной покровреанализСеверный Ледовитый океантепловой балансArctic OceanBarents Seaclimate changeheat balanceoceanic advectionocean-air interactionreanalysissea iceИсследование выполнено при поддержке гранта РНФ 24-17-00041The study was supported by the Russian Science Foundation grant 24-17-00041ReferencesLind 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-yArthun M., Onarheim I.H., Dörr J., Eldevik T. The seasonal and regional transition to an ice‐free Arctic. Geophysical Research Letters. 2021;48(1):e2020GL090825. https://doi.org/10.1029/2020GL090825Arthun M., Onarheim I.H., Dörr J., Eldevik T. The seasonal and regional transition to an ice‐free Arctic. Geophysical Research Letters. 2021;48(1):e2020GL090825. https://doi.org/10.1029/2020GL090825Иванов В.В., Архипкин В.С., Лемешко Е.М., Мысленков С.А., Смирнов А.В., Суркова Г.В., Тузов Ф.К., Чечин Д.Г., Шестакова А.А. Изменение гидрологических условий в Баренцевом море как индикатор климатических трендов в евразийской Арктике в 21-м веке. Вестн. Моск. ун-та. Сер. 5. Геогр. 2022;1:13–25.Ivanov V.V., Arkhipkin V.S., Lemeshko Ye.M., Myslenkov S.A., Smirnov A.V., Surkova G.V., Tuzov F.K., Chechin D.G., Shestakova A.A. Changes in hydrometeorological conditions in the Barents Sea as an indicator of climatic trends in the Eurasian Arctic in the 21st century. Vestnik Moskovskogo universiteta. Seriya 5, Geografiya = Lomonosov Geography Journal. 2022;(1):13–25. (In Russ.)Moore F.C., Lacasse K., MachK. J., Shin Y.A., Gross L.J., Beckage B. Determinants of emissions pathways in the coupled climate–social system. Nature. 2022;603(7899):103–111. https://doi.org/10.1038/s41586-022-04423-8Moore F.C., Lacasse K., MachK. J., Shin Y.A., Gross L.J., Beckage B. Determinants of emissions pathways in the coupled climate–social system. Nature. 2022;603(7899):103–111. https://doi.org/10.1038/s41586-022-04423-8Skagseth Ø., Eldevik T., Årthun M., Asbjørnsen H., Lien V.S., Smedsrud L.H. Reduced efficiency of the Barents Sea cooling machine. Nature Climate Change. 2020;10(7):661–666. https://doi.org/10.1038/s41558-020-0772-6Skagseth Ø., Eldevik T., Årthun M., Asbjørnsen H., Lien V.S., Smedsrud L.H. Reduced efficiency of the Barents Sea cooling machine. Nature Climate Change. 2020;10(7):661–666. https://doi.org/10.1038/s41558-020-0772-6Ivanov V.V., Tuzov F.K. Formation of dense water dome over the Central Bank under conditions of reduced ice cover in the Barents Sea. Deep Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers. 2021;175:103590. https://doi.org/10.1016/j.dsr.2021.103590Ivanov V.V., Tuzov F.K. Formation of dense water dome over the Central Bank under conditions of reduced ice cover in the Barents Sea. Deep Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers. 2021;175:103590. https://doi.org/10.1016/j.dsr.2021.103590Трофимов А.Г. Современные тенденции изменения океанографических условий Баренцева моря. Труды ВНИРО. 2021;186:101–118. https://doi.org/10.36038/2307-3497-2021-186-101-118Trofimov A.G. Current trends in changes in oceanographic conditions of the Barents Sea. Trudy VNIRO. 2021;186:101–118. (In Russ.). https://doi.org/10.36038/2307-3497-2021-186-101-118Серых И.В., Костяной А.Г. О климатических изменениях температуры Баренцева моря и их возможных причинах. В кн.: А.П. Лисицын (ред.) Система Баренцева моря. М.: ГЕОС; 2021. С. 166–179.Серых И.В., Костяной А.Г. О климатических изменениях температуры Баренцева моря и их возможных причинах. В кн.: А.П. Лисицын (ред.) Система Баренцева моря. М.: ГЕОС; 2021. С. 166–179.Будыко М.И. Тепловой баланс земной поверхности. Л.: Гидрометеоиздат;1956. 256 с.Будыко М.И. Тепловой баланс земной поверхности. Л.: Гидрометеоиздат;1956. 256 с.Ашик И.М. (ред.). Моря Российской Арктики в современных климатических условиях. СПб.: ААНИИ; 2021. 360 с.Ашик И.М. (ред.). Моря Российской Арктики в современных климатических условиях. СПб.: ААНИИ; 2021. 360 с.Ожигин В.К., Ившин В.А., Трофимов А.Г., Карсаков А.Л., Анциферов М.Т. (ред). Воды Баренцева моря: структура, циркуляция, изменчивость. Мурманск: Изд-во ПИНРО; 2016. 260 с.Ожигин В.К., Ившин В.А., Трофимов А.Г., Карсаков А.Л., Анциферов М.Т. (ред). Воды Баренцева моря: структура, циркуляция, изменчивость. Мурманск: Изд-во ПИНРО; 2016. 260 с.Никифоров Е.Г., Шпайхер А.О. Закономерности формирования крупномасштабных колебаний гидрологического режима Северного Ледовитого океана. Л.: Гидрометеоиздат; 1980. 270 с.Никифоров Е.Г., Шпайхер А.О. Закономерности формирования крупномасштабных колебаний гидрологического режима Северного Ледовитого океана. Л.: Гидрометеоиздат; 1980. 270 с.Ingvaldsen R., Loeng H., Asplin L. Variability in the Atlantic inflow to the Barents Sea based on a one-year time series from moored current meters. Continental Shelf Research. 2002;22(3):505–519. https://doi.org/10.1016/S0278-4343(01)00070-XIngvaldsen R., Loeng H., Asplin L. Variability in the Atlantic inflow to the Barents Sea based on a one-year time series from moored current meters. Continental Shelf Research. 2002;22(3):505–519. https://doi.org/10.1016/S0278-4343(01)00070-XDörr J.S., Årthun M., EldevikT., Madonna E. Mechanisms of regional winter sea‐ice variability in a warming Arctic. Journal of Climate. 2021;34(21):8635–8653. https://doi.org/10.1175/JCLI‐D‐21‐0149.1Dörr J.S., Årthun M., EldevikT., Madonna E. Mechanisms of regional winter sea‐ice variability in a warming Arctic. Journal of Climate. 2021;34(21):8635–8653. https://doi.org/10.1175/JCLI‐D‐21‐0149.1Årthun 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. https://doi.org/10.1175/JCLI-D-11-00466.1Årthun 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. https://doi.org/10.1175/JCLI-D-11-00466.1Sorokina S.A., Li C., Wettstein J.J., Kvamstø N.G. Observed atmospheric coupling between Barents Sea ice and the warm Arctic cold-Siberian anomaly pattern. Journal of Climate. 2016;29(2):495– 511. https://doi.org/10.1175/JCLI-D-15-0046.1Sorokina S.A., Li C., Wettstein J.J., Kvamstø N.G. Observed atmospheric coupling between Barents Sea ice and the warm Arctic cold-Siberian anomaly pattern. Journal of Climate. 2016;29(2):495– 511. https://doi.org/10.1175/JCLI-D-15-0046.1Cai Z., Yoy Q., Chen H.W., Zhang R., Chen D., Chen J., Kang S., Cohen J. Amplified wintertime Barents Sea warming linked to intensified Barents oscillation. Environmental Research Letters. 2022;17(4):044068. https://doi.org/10.1088/1748-9326/ac5bb3Cai Z., Yoy Q., Chen H.W., Zhang R., Chen D., Chen J., Kang S., Cohen J. Amplified wintertime Barents Sea warming linked to intensified Barents oscillation. Environmental Research Letters. 2022;17(4):044068. https://doi.org/10.1088/1748-9326/ac5bb3ERA5 reanalysis (European analysis, version 5). https://cds.climate.copernicus.eu/cdsapp#!/dataset/reanalysis-era5-pressure-levels (accessed 10.02.2022).ERA5 reanalysis (European analysis, version 5). https://cds.climate.copernicus.eu/cdsapp#!/dataset/reanalysis-era5-pressure-levels (accessed 10.02.2022).Терзиев Ф.С., Гирдюка Г.В. Гидрометеорология и гидрохимия морей СССР. Том 1. Баренцево море Вып. 1. Л.: Гидрометеоиздат; 1990. 280 с.Терзиев Ф.С., Гирдюка Г.В. Гидрометеорология и гидрохимия морей СССР. Том 1. Баренцево море Вып. 1. Л.: Гидрометеоиздат; 1990. 280 с.Эзау И.Н., Чернокульский А.В. Поля конвективной облачности в Атлантическом секторе Арктики: спутниковые и наземные наблюдения. Исследование Земли из космоса. 2015;2:49–63.Esau I.N., Chernokulsky A.V. Convective cloud fields in the Atlantic sector of the Arctic: satellite and ground based observations. Izvestiya, Atmospheric and Oceanic Physics. 2015;2:49–63. (In Russ.)Narizhnaya A., Chernokulsky A. Cloud characteristics during intense cold air outbreaks over the Barents sea based on satellite data. Atmosphere. 2024:15(3):317. https://doi.org/10.3390/atmos15030317Narizhnaya A., Chernokulsky A. Cloud characteristics during intense cold air outbreaks over the Barents sea based on satellite data. Atmosphere. 2024:15(3):317. https://doi.org/10.3390/atmos15030317Сумкина А.А., Иванов В.В., Кивва К.К. Тепловой баланс поверхности Баренцева моря в холодный период года. Вестник Московского университета. Серия 5. География. 2024;(3):123–134. https://doi.org/10.55959/MSU0579-9414.5.79.3.10Sumkina A.A., Ivanov V.V., Kivva K.K. Heat budget of the Barents Sea surface in winter. Lomonosov Geography Journal. 2024;(3):123–134. (In Russ.). https://doi.org/10.55959/MSU0579-9414.5.79.3.10Сумкина 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;15(1):82–97. https://doi.org/10.59887/fpg/1krp-xbuk-6gpzSumkina 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 and Applied Hydrophysics. 2022;15(1):82–97. (In Russ.). https://doi.org/10.59887/fpg/1krp-xbuk-6gpzSumkina A.A., Kivva K.K., Ivanov V.V. Seasonality of heat exchange on the Barents sea surface. Oceanology. 2023;63(Suppl 1):S65–S71. https://doi.org/10.1134/S0001437023070196Sumkina A.A., Kivva K.K., Ivanov V.V. Seasonality of heat exchange on the Barents sea surface. Oceanology. 2023;63(Suppl 1):S65–S71. https://doi.org/10.1134/S0001437023070196Суркова Г.В., Романенко В.А. Изменение климата и теплообмен между атмосферой и океаном в Арктике на примере Баренцева и Карского морей. Проблемы Арктики и Антарктики. 2021;67(3):280–292. https://doi.org/10.30758/0555-2648-2021-67-3-280-292Surkova G.V., Romanenko V.A. Climate change and heat exchange between atmosphere and ocean in the Arctic based on data from the Barents and the Kara sea. Arctic and Antarctic Research. 2021;67(3):280–292. (In Russ.). https://doi.org/10.30758/0555-2648-2021-67-3-280-292Polyakov 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;381:972– 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;381:972– 979. https://doi.org/10.1126/science.adh5158Daily Global Physical Bulletin at 1/12. http://bulletin.mercator-ocean.fr/en/PSY4#3/75.50/-51.33 (accessed 10.05.2024).Daily Global Physical Bulletin at 1/12. http://bulletin.mercator-ocean.fr/en/PSY4#3/75.50/-51.33 (accessed 10.05.2024).Loeng H. Features of the physical oceanographic conditions of the Barents Sea. Polar research. 1991;10(1):5–18. https://doi.org/10.3402/polar.v10i1.672Loeng H. Features of the physical oceanographic conditions of the Barents Sea. Polar research. 1991;10(1):5–18. https://doi.org/10.3402/polar.v10i1.672Bengtsson L., Semenov V.A., Johannessen O.M. The early-twentieth-century warming in the Arctic — a possible mechanism. Journal of Climate. 2004;17(20):4045–4057. https://doi.org/10.1175/1520-0442(2004)0172.0.CO;2Bengtsson L., Semenov V.A., Johannessen O.M. The early-twentieth-century warming in the Arctic — a possible mechanism. Journal of Climate. 2004;17(20):4045–4057. https://doi.org/10.1175/1520-0442(2004)0172.0.CO;2Arthun M., Schrum C. Ocean surface heat flux variability in the Barents Sea. Journal of Marine Systems. 2010;83(1–2):88–98. https://doi.org/10.1016/j.jmarsys.2010.07.003Arthun M., Schrum C. Ocean surface heat flux variability in the Barents Sea. Journal of Marine Systems. 2010;83(1–2):88–98. https://doi.org/10.1016/j.jmarsys.2010.07.003Добровольский А.Д., Залогин Б. С. Моря СССР. М.: Изд-во Московского ун-та; 1982. 192 с.Добровольский А.Д., Залогин Б. С. Моря СССР. М.: Изд-во Московского ун-та; 1982. 192 с.Gill A. E. Atmosphere-ocean dynamics. Cambridge: Academic press; 1982. 660 p.Gill A. E. Atmosphere-ocean dynamics. Cambridge: Academic press; 1982. 660 p.Доронин Ю.П., Хейсин Д.Е. Морской лед. Л.: Гидрометеоиздат; 1975. 320 c.Доронин Ю.П., Хейсин Д.Е. Морской лед. Л.: Гидрометеоиздат; 1975. 320 c.Maykut G.A. The surface heat and salt balance. In: N. Untersteiner (ed.). The geophysics of sea ice. New York: Plenum; 1986. P. 395–463.Maykut G.A. The surface heat and salt balance. In: N. Untersteiner (ed.). The geophysics of sea ice. New York: Plenum; 1986. P. 395–463.Smedsrud L.H., Esau I., Ingvaldsen R.B., Eldevik T., Haugan P.M., Li C., Lien V.S., Olsen A., Omar A.M., Otterå O.H., Risebrobakken B., Sandø A.B., Semenov V.A., Sorokina S.A. The role of the Barents Sea in the Arctic climate system. Reviews of Geophysics. 2013;51(3):415–449. https://doi.org/10.1002/rog.2001735 Smedsrud L.H., Esau I., Ingvaldsen R.B., Eldevik T., Haugan P.M., Li C., Lien V.S., Olsen A., Omar A.M., Otterå O.H., Risebrobakken B., Sandø A.B., Semenov V.A., Sorokina S.A. The role of the Barents Sea in the Arctic climate system. Reviews of Geophysics. 2013;51(3):415–449. https://doi.org/10.1002/rog.20017

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