Межгодовая изменчивость характеристик поверхностного слоя и галоклина Арктического бассейна

В связи с уменьшением площади ледяного покрова верхний слой Северного Ледовитого океана в последние годы стал более доступен для непосредственного влияния ветра и солнечной радиации. В данной статье особое внимание уделяется исследованию реакции верхнего слоя на изменения условий окружающей среды и вероятных механизмов проявления данных изменений в изменчивости состояния верхнего слоя. Был проанализирован массив океанологических данных за зимний период 1950-2013 гг., произведен расчет толщины и солености верхнего перемешанного слоя, а также толщины и солености слоя галоклина. На основе уравнений линейной регрессии были получены статистические модели связи перечисленных параметров верхнего слоя с различными факторами окружающей среды, такими как индексы атмосферной циркуляции, водообмен с соседними океанами, речной сток и ледовые процессы.

1. Никифоров Е.Г., Шпайхер А.О. Закономерности формирования крупномасштабных колебаний гидрологического режима Северного Ледовитого океана. Л.: Гидрометеоиздат, 1980. 270 c.

2. Aagaard K., Coachman L. K., Carmack E. On the halocline of the Arctic Ocean // Deep Sea Research. Part A. Oceanographic Research Papers. 1981. V. 28 (6). P 529-545.

3. Aagaard K., Coachman L.K. Toward an ice-free Arctic Ocean // Eos, Transactions American Geophysical Union. 1975. V. 56 (7). P. 484-486.

4. Rudels B., Anderson L.G., Jones E.P. Formation and evolution of the surface mixed layer and halocline of the Arctic Ocean // Journal of Geophysical Research. 1996. V. 101. P. 8807-8821.

5. Захаров В.Ф. Морские льды в климатической системе. СПб.: Гидрометеоиздат, 1996. 213 с.

6. Nansen F. Oceanography of the North Polar Basin: The Norwegian North Polar Expedition 1893-1896. Scientific Results. Christiania: AW Brogger, 1902. 427 p.

7. Трёшников А.Ф. Поверхностные воды в Арктическом бассейне // Проблемы Арктики. 1959. № 7. С. 5-12.

8. Morison J., Smith J.D. Seasonal variations in the upper Arctic Ocean as observed at T-3 // Geophysical Research Letters. 1981. V. 8 (7). P. 753-756.

9. Гарманов А.Л., Колтышев А.Е., Никифоров Е.Г., Тимохов Л.А., Морисон Дж. Верхний перемешанный слой в Арктическом бассейне // Труды ААНИИ. 2008. Т. 448. С. 149.

10. Peralta-Ferriz С., Woodgate R.A. Seasonal and interannual variability of pan-Arctic surface mixed layer properties from 1979 to 2012 from hydrographic data, and the dominance of stratification for multiyear mixed layer depth shoaling // Progress in Oceanography. 2015. V. 134. P. 19-53.

11. Никифоров Е.Г. Стеродинамическая система Северного Ледовитого океана. СПб.: ААНИИ, 2006. 174 с.

12. Fer I. Weak Vertical Diffusion Allows Maintenance of Cold Halocline in the Central Arctic // Atmospheric and Oceanic Science Letters. 2009. V. 2 (3). P. 148-152. doi: 10.1080/16742834.2009. 11446789 2009.

13. Фролов И.Е., Гудкович З.М., В.П. Карклин, Ковалев Е.Г., Смоляницкий В.М. Научные исследования в Арктике. Т. 2. Климатические изменения ледяного покрова Евразийского шельфа. СПб.: Наука, 2007. 135 с.

14. Stroeve J., Holland M.M., Meier W., Scambos T., Serreze M. Arctic sea ice decline: Faster than forecast // Geophysical Research Letters. 2007. V. 34. L09501. doi:10.1029/2007GL029703.

15. Kwok R., Rothrock D.A. Decline in Arctic sea ice thickness from submarine and ICESat records: 1958-2008 // Geophysical Research Letters. 2009. № 36 (15). L15501.

16. Macdonald R.W., Harner T., Fyfe J. Recent climate change in the Arctic and its impact on contaminant pathways and interpretation of temporal trend data // Sci. Total Environ. 2005. V. 342 (1-3). P. 5-86. doi: 10.1016/j.scitotenv.2004.12.059.

17. Фролов И.Е., Ашик И.М., Кассенс Х., Поляков И.В., Прошутинский А.Ю, Соколов В.Т., Тимохов Л.А. Аномальные изменения термохалинной структуры Северного Ледовитого океана // Доклады Академии наук. 2009. Т. 429. № 5. С. 688-690.

18. Тимохов Л.А., Ашик И.М., Карпий В.Ю., Кассенс Х., Кириллов С.А., Поляков И.В., Соколов В.Т., Фролов И.Е., Чернявская Е.А. Экстремальные изменения температуры и солености воды арктического поверхностного слоя в 2007-2009 гг. Океанография и морской лед. Вклад России в МПГ 2007/08. М.; СПб.: Паулсен, 2011. С. 118-137.

19. Timokhov L., Ashik I., Dmitrenko I., Hoelemann J., Kassens H., Kirillov S., Polyakov I., Sokolov V. Extreme changes of the Arctic Ocean during and after IPY 2007/2008 // Polarforschug. 2011. V. 81 (2). P. 85-102.

20. Steele M., Boyd T. Retreat of the cold halocline layer in the Arctic Ocean // Journal of Geophysical Research: Oceans. 1998. V. 103 (C5). P. 10419-10435.

21. Polyakov I.V., Timokhov L.A., Alexeev V.A., Bacon S., Dmitrenko I.A., Fortier L., Frolov I.E., Gascard J.-C., Hansen E., Ivanov V.V., Laxon S., Mauritzen C., Perovich D., Shimada K., Simmons H.L., Sokolov V.T., Steele M., Toole J. Arctic Ocean warming reduces polar ice cap // Journal of Physical Oceanography. 2010. V. 40. P. 2743-2756. doi: 10.1175/2010JPO4339.1.

22. Polyakov I.V., Rippeth T.P., Fer I., Alkire M.B., Baumann T.M., Carmack E.C., Padman L. Weakening of cold halocline layer exposes sea ice to oceanic heat in the eastern Arctic Ocean // Journal of Climate. 2020. V. 33 (18). P. 8107-8123. doi: 10.1175/JCLI-D-19-0976.1.

23. Лебедев Н.В., Карпий В.Ю., Покровский О.М., Соколов В.Т., Тимохов Л.А. Специализированная база данных по температуре и солености вод Арктического бассейна и окраинных арктических морей в зимний период // Труды ААНИИ. 2008. Т. 448. С. 5-17.

24. Menemenlis D., Campin J-M., Heimbach P., Hill C., Lee T., Nguyen A., Schodlok M., Zhang H. ECCO2: High Resolution Global Ocean and Sea Ice Data Synthesis // AGU Fall Meeting Abstracts. 2008. V. 31. P. 13-21.

25. Покровский О.М., Тимохов Л.А. Реконструкция зимних полей температуры и солености Северного Ледовитого океана // Океанология. 2002. Т. 42. № 6. С. 822-830.

26. Лебедев Н.В., Тимохов Л.А., Нитишинский М.А. Параметрическая модель вертикальных профилей (оценки толщины верхнего перемешанного слоя по данным наблюдений на стандартных горизонтах) // Труды ААНИИ. 2008. Т. 448. С. 242-247.

27. Чернявская Е.А., Тимохов Л.А., Никифоров Е.Г. Характеристики поверхностного слоя и подстилающего его галоклина Арктического бассейна в зимний период (по данным 1973-1979 гг.) // Проблемы Арктики и Антарктики. 2013. № 1 (95). С. 5-17.

28. Janout M., Aksenov Y, Holemann 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 observation // Journal of Geophysical Research: Oceans. 2015 V. 120 (7). P. 4925-4944. doi:10.1002/2014JC010635.

29. Timokhov L.A., Tanis F. Environmental Working Group Joint U.S.-Russian Atlas of the Arctic Ocean // National Snow and Ice Data Center. 1997. http://dx.doi.org/10.7265/N5H12ZX4.

30. Карсаков А.Л. Океанографические исследования на разрезе «Кольский меридиан» в Баренцевом море за период 1900-2008 гг. Мурманск: ПИНРО, 2009. 139 с.

31. Roach A.T., Aagaard K., Pease C.H., Salo S.A., Weigartner T., Pavlov V.K., Kulakov M.Yu. Direct measurements of transport and properties through the Bering Strait // Journal of Geophysical Research. 1995. V. 100 (C9). P. 18443-1845.

32. Woodgate R.A., Aagaard K., Weingartner T. Monthly temperature, salinity, and transport variability of the Bering Strait throughflow // Geophysical Research Letters. 2005. V. 32 (4). L04601. doi:10.1029/2004GL021880.

33. Тимохов Л.А., Фролов И.Е., Кассенс Х., Карпий В.Ю., Лебедев Н.В., Малиновский С.Ю., Поляков И.В., Хелеманн Е. Изменения термохалинных характеристик трансполярной системы Северного Ледовитого океана // Проблемы Арктики и Антарктики. 2016. № 2 (108). С. 34-49.

34. Hill T., Lewicki P. Statistics: Methods and Applications. Tulsa, OK: StatSoft, 2007. 832 p.

35. Jackson J.M., Williams W.J., Carmack E.C. Winter sea-icemelt in the Canada Basin, Arctic Ocean // Geophysical Research Letters. 2012. V. 39. L03603. doi: 10.1029/2011GL050219.

36. Gelderloos R., Straneo F., Katsman C.A. Mechanisms behind the temporary shutdown of deep convection in the Labrador Sea: lessons from the great salinity anomaly years 1968-71 // Journal of Climate. 2012. V. 25. P 6743-6755. doi: 10.1175/JCLI-D-1100549.1.

37. Barton B.I., Lenn Y.D., Lique C. Observed Atlantification of the Barents Sea causes the polar front to limit the expansion of winter sea ice // Journal of Physical Oceanography. 2018. V. 48 (8). P. 1849-1866.

38. Proshutinsky A.Y., Johnson M.A. Two circulation regimes of the wind-driven Arctic Ocean // Journal of Geophysical Research. 1997. V. 102. P. 12493-12514.

39. Proshutinsky A., Dukhovskoy D., Timmermans M.L., Krishfield R., Bamber J.L. Arctic circulation regimes // Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences. 2015. V. 373 (2052). P. 1-18.

40. Morison J., Aagaard K., Steele M. Recent Environmental Changes in the Arctic: a review // Arctic. 2000. V. 53 (4). P. 359-371.

41. Wang J., Zhang J., Watanabe E., Ikeda M., Mizobata K., Walsh J.E., Bai X., Wu B. Is the Dipole Anomaly a major driver to record lows in Arctic summer sea ice extent? // Geophysical Research Letters. 2009. V. 36. L05706. doi 10.1029/08GL036706.

42. Overland J.E., Wang M. Large-scale atmospheric circulation changes are associated with the recent loss of Arctic sea ice // Tellus. 2010. V. 62A. P. 1-9.

43. Иванов В.В., Тимохов Л.А. Атлантические воды в арктической циркуляционной трансполярной системе // Метеорология и гидрология. 2019. № 4. С. 36-53.

44. Woodgate R.A., Weingartner T., Lindsay R. The 2007 Bering Strait oceanic heat flux and anomalous Arctic sea-ice retreat // Geophysical Research Letters. 2010. V. 37. L01602. doi: 10.1029/2009GL041621.