Ведущие моды крупномасштабной изменчивости температуры поверхности океана в приатлантическом секторе Арктики

Приатлантический сектор Арктики является критически важным регионом трансформации атлантических вод и арктического климата. В работе выполнен анализ крупномасштабной изменчивости температуры поверхности океана (ТПО) в Норвежском, Гренландском и Баренцевом морях за период 1950–2024 гг. на основе данных реанализа ERA5 с применением метода эмпирических ортогональных функций (ЭОФ). Выделены три ведущие моды, суммарно объясняющие 55,8 % общей дисперсии поля ТПО. Первая мода (25 % дисперсии) демонстрирует дипольную пространственную структуру, разделяющую исследуемый район на западную и восточную части и являющуюся индикатором интенсивности адвективного переноса атлантических вод. Вторая мода (16,4 % дисперсии) характеризуется широтноориентированной дипольной структурой, модулируя поле аномалий ТПО под влиянием изменений интенсивности Атлантической меридиональной опрокидывающейся циркуляции (АМОЦ) и Арктической осцилляции. Пространственное распределение третьей моды (14,4 % дисперсии) отличается обширной положительной аномалией в западной части акватории, связанной с процессами глубокой конвекции. Выявленные моды количественно описывают ведущие режимы перераспределения тепла в приатлантическом секторе Арктики и их связь с крупномасштабной атмосферной циркуляцией. Полученные результаты имеют ключевое значение для понимания механизмов регионального климатического отклика на глобальные изменения.

1. Reynolds R.W., Smith T.M., Liu C., Chelton D.B., Casey K.S., Schlax M.G. Daily high resolution-blended analyses for sea surface temperature. J. Clim. 2007;20:5473–5496. https://doi.org/10.1175/2007JCLI1824.1

2. Deser C., Alexander M.A., Xie S.P., Phillips A.S. Sea surface temperature variability: Patterns and mechanisms. Annual review of marine science. 2010;2(1):115–143. https://doi.org/10.1146/annurev-marine-120408-151453

3. Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC). Climate Change 2021 — The Physical Science Basis: Working Group I Contribution to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge University Press; 2023. 2391 p. https://doi.org/10.1017/9781009157896

4. Carvalho K.S., Wang S. Sea surface temperature variability in the Arctic Ocean and its marginal seas in a changing climate: Patterns and mechanisms. Global and Planetary Change. 2020;193:103265. https://doi.org/10.1016/j.gloplacha.2020.103265

5. Tsubouchi T., Våge K., Hansen B., Larsen K.M.H., Østerhus S., Johnson C., Jónsson S., Valdimarsson H. Increased ocean heat transport into the Nordic Seas and Arctic Ocean over the period 1993–2016. Nature Climate Change. 2021;11(1):21–26. https://doi.org/10.1038/s41558-020-00941-3

6. Screen J.A., Simmonds I. The central role of diminishing sea ice in recent Arctic temperature amplification. Nature. 2010;464(7293):1334–1337. https://doi.org/10.1038/nature09051

7. Dai A. Arctic amplification is the main cause of the Atlantic meridional overturning circulation weakening under large CO2 increases. Climate Dynamics. 2022;58(11):3243–3259. https://doi.org/10.1007/s00382-021-06096-x

8. Smedsrud L.H., Muilwijk M., Brakstad A., Madonna E., Lauvset S.K., Spensberger C., Born A., Eldevik T., Drange H., Jeansson E., Li C., Olsen A., Skagseth Ø., Slater D.A., Straneo F., Våge K., Årthun M. Nordic Seas heat loss, Atlantic inflow, and Arctic sea ice cover over the last century. Reviews of Geophysics. 2022;60(1):e2020RG000725. https://doi.org/10.1029/2020RG000725

9. Лис Н.А., Чернявская Е.А., Тимохов Л.А. Тренды температуры поверхности океана отдельных районов Баренцева моря в зимний сезон и механизмы их формирования. Проблемы Арктики и Антарктики. 2024;70(3):276–294. https://doi.org/10.30758/0555-2648-2024-70-3-276-294

10. 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. https://doi.org/10.1175/JCLI-D-11-00466.1

11. Asbjørnsen H., Årthun M., Skagseth Ø., Eldevik T. Mechanisms underlying recent Arctic atlantification. Geophysical Research Letters. 2020;47(15):e2020GL088036. https://doi.org/10.1029/2020GL088036

12. Asbjørnsen H., Årthun M., Skagseth Ø., Eldevik T. Mechanisms of ocean heat anomalies in the Norwegian Sea. Journal of Geophysical Research: Oceans. 2019;124(4):2908–2923. https://doi.org/10.1029/2018JC014649

13. Selyuzhenok V., Bashmachnikov I., Ricker R., Vesman A., Bobylev L. Sea ice volume variability and water temperature in the Greenland Sea. The Cryosphere. 2020;14(2):477–495. https://doi.org/10.5194/tc-14-477-2020

14. Efstathiou E., Eldevik T., Årthun M., Lind S. Spatial patterns, mechanisms, and predictability of Barents Sea ice change. Journal of Climate. 2022;35(10):2961–2973. https://doi.org/10.1175/JCLI-D-21-0044.1

15. Volkov D.L., Schmid C., Chomiak L., Germineaud C., Dong S., Goes M. Interannual to decadal sea level variability in the subpolar North Atlantic: the role of propagating signals. Ocean science. 2022;18(6):1741–1762. https://doi.org/10.5194/os-18-1741-2022

16. Saes M.J., Gjelstrup C.V., Visser A.W., Stedmon C.A. Separating annual, interannual and regional change in sea surface temperature in the Northeastern Atlantic and Nordic seas. Journal of Geophysical Research: Oceans. 2022;127(8):e2022JC018630. https://doi.org/10.1029/2022JC018630

17. Smedsrud L.H., Esau I., Ingvaldsen R.B., Eldevik T., Haugan P.M., Li C., Lien V.S., Olsen A., Omar A.M., 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

18. Hannachi A., Jolliffe I.T., Stephenson D.B. Empirical orthogonal functions and related techniques in atmospheric science: A review. International journal of climatology. 2007;27(9):1119–1152.

19. ERA5 monthly mean Sea Surface Temperature (SST) data from 1940 to present. Available at: https://cds.climate.copernicus.eu/datasets/reanalysis-era5-single-levels-monthly-means?tab=overview (accessed 31.03.2025).

20. Yang C., Leonelli F.E., Marullo S., Artale V., Beggs H., Nardelli B.B., Chin T.M., De Toma V., Good S., Huang B., Merchant C.J., Sakurai T., Santoleri R., Vazquez-Cuervo J., Zhang H.-M., Pisano A. Sea Surface Temperature intercomparison in the framework of the Copernicus Climate Change Service (C3S). Journal of Climate. 2021;34(13):5257–5283. https://doi.org/10.1175/JCLI-D-20-0793.1

21. Mayer J., Haimberger L., Mayer M. A quantitative assessment of air-sea heat flux trends from ERA5 since 1950 in the North Atlantic basin. Earth Syst. Dynam. 2023;14:1085–1105.

22. North G.R., Bell T.L., Cahalan R.F., Moeng F.J. Sampling errors in the estimation of empirical orthogonal functions. Monthly weather review. 1982;110(7):699–706.

23. ORAS5 global ocean reanalysis monthly data from 1958 to present. Available at: https://cds. climate.copernicus.eu/datasets/reanalysis-oras5?tab=download (accessed 30.10.2025).

24. Фалеев В.И, Горшков С.Г. (ред.). Атлас океанов: Северный Ледовитый океан. Л.: Гл. упр. навигации и океанографии Мин. обороны СССР; 1980. 188 с.

25. Global Ocean Ensemble Physics Reanalysis (GLORYS2V4, ORAS5 и C-GLORSv7). Available at: https://doi.org/10.48670/moi-00024 (accessed 08.08.2025).

26. Смирнов А.В., Иванов В.В., Соколов А.А. Сравнительный анализ процессов тепломассопереноса, рассчитанных по инструментальным измерениям и по продуктам океанского реанализа, в проливе Фрама. Морской гидрофизический журнал. 2024;40(3):402–425.

27. 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;15(1):82–97. https://doi.org/10.59887/fpg/1krp-xbuk-6gpz

28. Monthly mean NAO index from January 1950 until present. Available at: https://www.cpc.ncep.noaa.gov/products/precip/CWlink/pna/nao.shtml (accessed 31.03.2025).

29. ERA5 monthly mean data on single (SST) and pressure (SLP) levels from 1940 to present. Available at: https://cds.climate.copernicus.eu/ (accessed 15.07.2025).

30. AO index, obtained by projecting the AO loading pattern to the daily anomaly 1000 millibar height field over 20° N–90° N latitude. Available at: https://www.ncei.noaa.gov/access/monitoring/ao/ (accessed 02.05.2024).

31. Ensemble Mean of Atlantic Meridional Overturning Circulation strength (maximum at 26.5N) from January 1993 to December 2023. Available at: https://data.marine.copernicus.eu/viewer/expert?view=datasetServices&dataset=GLOBAL_OMI_NATLANTIC_amoc_max26N_timeseries (accessed 30.01.2026).

32. Korablev A., Smirnov A., Baranova O.K. Climatological Atlas of the Nordic Seas and Northern North Atlantic (NCEI Accession 0118478). NOAA National Centers for Environmental Information. Dataset. 2014. Available at: https://doi.org/10.7289/v54b2z78. (accessed 27.07.2025).

33. 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;48(8):1849–1866.

34. Hátún H., Sandø A.B., Drange H., Hansen B., Valdimarsson H. Influence of the Atlantic subpolar gyre on the thermohaline circulation. Science. 2005;309(5742):1841–1844. https://doi.org/10.1126/science.111477

35. Дианский Н.А., Соломонова И.В., Гусев А.В. Прогностические оценки климатических изменений в Арктике на основе комбинированного сценария. Российская Арктика. 2018;4:24–33. https://doi.org/10.24411/2658-4255-2018-00003

36. Smeed D.A., Josey S.A, Beaulieu C., Johns W.E., Moat B.I., Frajka-Williams E., Rayner D., Meinen C.S., Baringer M.O., Bryden H.L., McCarthy G.D. The North Atlantic Ocean is in a state of reduced overturning. Geophysical Research Letters. 2018;45(3):1527–1533. https://doi.org/10.1002/2017GL076350

37. Oldenburg D., Armour K.C., Thompson L., Bitz C.M. Distinct mechanisms of Ocean heat transport into the Arctic under internal variability and climate change. Geophysical Research Letters. 2018;45(15):7692–7700. https://doi.org/10.1029/2018GL078719

38. Cayan D.R. Latent and sensible heat flux anomalies over the northern oceans: Driving the sea surface temperature. Journal of Physical Oceanography. 1992;22(8):859–881.

39. Visbeck M.H., Hurrell J.W., Polvani L., Cullen H.M. The North Atlantic Oscillation: past, present, and future. Proceedings of the National Academy of Sciences.2001;98(23):12876–12877. https://doi.org/10.1073/pnas.23139159

40. Dickson R.R., Meincke J., Malmberg S.A., Lee A.J. The “great salinity anomaly” in the northern North Atlantic 1968–1982. Progress in Oceanography. 1988;20(2):103–151.