Пространственно-временная изменчивость характеристик стоковой фронтальной зоны в Карском море в первые два десятилетия XXI века

Статья посвящена получению многолетних физико-географических характеристик Стоковой фронтальной зоны как отдельной гидрологической структуры, формирующейся на границе поверхностного опресненного слоя рек Оби и Енисея и морских вод в Карском море. В качестве исходных данных для выделения фронтальной зоны в работе выступают спутниковые измерения поверхностной температуры (MODIS Aqua, Suomi NPP-VIIRS), поверхностной солености (NASA SMAP) и уровня моря (AVISO) за период с июля по октябрь с 2002 по 2020 гг. Положение и характеристики Стоковой фронтальной зоны определялись с помощью кластерного анализа, который впервые был применен к обобщённому набору данных дистанционного спутникового зондирования в этом регионе. Установлено, что в теплый период года средний многолетний температурный поверхностный градиент Стоковой фронтальной зоны составляет 0,08 °C/км, градиент поверхностной солености 0,1 PSU/км, а площадь — 155 тыс. км². Выявлено, что за безледный период второго десятилетия XXI века градиент температуры фронтальной зоны ослабевает на 0,04 °C/км, а площадь уменьшается на 100 тыс. км². Показано, что температурный и соленостный градиенты, а также площадь Стоковой фронтальной зоны определяются объемами речного стока Оби и Енисея и параметрами льдов в теплый период года. Получены оценки связи характеристик фронтальной зоны с объема речного стока, параметрами ледяного покрова и ветра, а также величиной атмосферных индексов Скандинавского колебания.

1. Pavlov V.K., Pfirman S.L. Hydrographic structure and variability of the Kara Sea: Implications for pollutant distribution // Deep Sea Research Part II: Topical Studies in Oceanography. 1995. Vol. 42, N 6. P. 1369–1390. doi:10.1016/0967–0645(95)00046–1

2. Harms I.H., Karcher M.J. Modeling the seasonal variability of hydrography and circulation in the Kara Sea // Journal of Geophysical Research: Oceans. 1999. Vol. 140, N C6. P. 13431–13448. doi:10.1029/1999jc900048

3. Добровольский А.Д., Залогин Б.С. Моря СССР. М.: МГУ, 1982. 192 с.

4. Oziel L., Sirven J., Gascard J.-C. The Barents Sea frontal zones and water masses variability (1980–2011) // Ocean Science. 2016. Vol. 12, N 1. P. 169–184. doi:10.5194/os-12–169–2016

5. Barton B.I., Lique C., & Lenn Y.‐D. Water mass properties derived from satellite observations in the Barents Sea // Journal of Geophysical Research: Oceans. 2020. Vol. 125. e2019JC015449. doi:10.1029/2019JC015449

6. Bauch D., Cherniavskaia E. Water Mass Classification on a Highly Variable Arctic Shelf Region: Origin of Laptev Sea Water Masses and Implications for the Nutrient Budget // Journal of Geophysical Research: Oceans. 2018. Vol. 123, N 3. P. 1896–1906. doi:10.1002/2017jc013524

7. Osadchiev A.A., Frey D.I., Shchuka S.A., Tilinina N.D., Morozov E.G., Zavialov P.O. Structure of the freshened surface layer in the Kara Sea during ice‐free periods // Journal of Geophysical Research: Oceans. 2020. P. 1–35. doi:10.1029/2020jc016486

8. Зацепин А.Г., Завьялов П.О., Кременецкий В.В., Поярков С.Г., Соловьев Д.М. Поверхностный опресненный слой в Карском море // Океанология. 2010. Т. 50, № 5. С. 698–708.

9. Завьялов П.О., Ижницкий А.С., Осадчиев А.А., Пелевин В.В., Грабовский А.Б. Структура термохалинных и биооптических полей на поверхности Карского моря осенью 2011 года // Океанология. 2015. Т. 55, № 4. C. 514. doi:10.7868/S0030157415040176

10. Kubryakov A.A., Stanichny S.V., Zatsepin A.G. River plume dynamics in the Kara Sea from altimetry-based Lagrangian model, satellite salinity and chlorophyll data // Remote Sensing of Environment. 2016. Vol. 176. P. 177–187. doi:10.1016/j.rse.2016.01.020

11. Polukhin A.A. The role of river runoff in the Kara Sea surface layer acidification and carbonate system changes // Environmental Research Letters. 2019. Vol. 14. P. 105007. doi:10.1088/1748–9326/ab421

12. Коник А.А., Зимин А.В., Атаджанова О.А., Педченко А.П. Оценка изменчивости характеристик Стоковой фронтальной зоны Карского моря на основе комплексирования данных спутникового дистанционного зондирования // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2021. Т. 18, № 2. С. 241–250. doi:10.21046/2070-7401-2021-18-2-241-250

13. Holmes R.M., Peterson B.J., Zulidov V.V. et al. Nutrient сhemistry of the Ob’ and Yenisey Rivers, Siberia: Results from June 2000 expedition and evaluation of longterm data sets // Marine Chemistry. 2001. Vol. 75. P. 219–227. doi:10.1016/s0304–4203(01)00038-x

14. Федоров К.Н. Физическая природа и структура океанических фронтов. Л.: Гидрометеоиздат, 1983. 296 с.

15. Атаджанова О.А., Зимин А.В., Свергун Е.И., Коник А.А. Субмезомасштабные вихревые структуры и фронтальная динамика в Баренцевом море // Морской гидрофизический журнал. 2018. Т. 34, № 3. С. 237–246. doi:10.22449/0233-7584-2018-3-237-246

16. Zhuk V.R., Kubryakov A.A. Interannual variability of the Lena River plume propagation in 1993–2020 during the ice-free period on the base of satellite salinity, temperature, and altimetry measurements // Remote Sensing. 2021. Vol. 13, N 21. 4252. P. 1–20. doi: 10.3390/rs13214252

17. Supply A., Boutin J., Vergely J.-L., Kolodziejczyk N., Reverdin G., Reul N., Tarasenko A. New insights into SMOS sea surface salinity retrievals in the Arctic Ocean // Remote Sensing of Environment. 2020. Vol. 249. P. 112027. doi:10.1016/j.rse.2020.112027

18. Janout M.A., et al. Kara Sea freshwater transport through Vilkitsky Strait: Variability, forcing, and further pathways toward the western Arctic Ocean from a model and observations // Journal of Geophysical Research: Oceans. 2015. Vol. 120. P. 4925–4944. doi:10.1002/2014JC010635

19. Glukhovets D.I., Goldin Y.A. Surface desalinated layer distribution in the Kara Sea determined by shipboard and satellite data // Oceanologia. 2020. Vol. 62. P. 364–373. doi:10.1016/j.oceano.2020.04.002

20. Warner J.L., Screen J.A., Scaife A.A. Links between Barents‐Kara Sea ice and the extratropical atmospheric circulation explained by internal variability and tropical forcing // Geophysical Research Letters. 2019. P. 1–18. doi:10.1029/2019gl085679

21. Kostianoy A.G., Nihoul J.C.J., Rodionov V.B. Physical oceanography of the frontal zones in Sub-Arctic Seas. Elsevier Oceanography Series, 2004. 71 p.

22. Ivshin V.A., Trofimov A.G., Titov O.V. Barents Sea thermal frontal zones in 1960–2017: variability, weakening, shifting // ICES Journal of Marine Science. 2019. Vol. 76. P. i3—i9. doi:10.1093/icesjms/fsz159

23. Liu Y., Minnett P.J. Sampling errors in satellite-derived infrared sea-surface temperatures. Part I: Global and regional MODIS fields // Remote Sensing of Environment. 2016. Vol. 177. P. 48–64. doi:10.1016/j.rse.2016.02.026

24. Meissner T., Wentz F.J., Le Vine D.M. The Salinity Retrieval Algorithms for the NASA Aquarius Version 5 and SMAP Version 3 Releases // Remote Sensing. 2018. Vol. 10. P. 1121. doi:10.3390/rs10071121

25. Ablain M. et al. Improved sea level record over the satellite altimetry era (1993–2010) from the Climate Change Initiative project // Ocean Science. 2015. Vol. 11. P. 67–82. doi:10.5194/os-11–67–2015

26. Spreen G., Kaleschke L., Heygster G. Sea ice remote sensing using AMSR‐E89-GHz channels // Journal of Geophysical Research. 2008. Vol. 113. P. C02S03. doi:10.1029/2005JC003384

27. Climate Diagnostics Bulletin. Climate Prediction Center. US Department of Commerce, 1999. 80 p.

28. Barnston A.G., Livezey R.E. Classification, seasonality and persistence of low-frequency atmospheric circulation patterns // Monthly Weather Review. 1987. Vol. 115, N 6. P. 1083–1126. doi:10.1175/1520–0493(1987)115<1083:csapol>2.0.co;

29. Gao N., Bueh C., Xie Z., Gong Y.A. Novel Identification of the Polar/Eurasia Pattern and Its Weather Impact in May // Journal of Meteorological Research. 2019. Vol. 33, N 5. P. 810–825. doi:10.1007/s13351–019–9023-z

30. Кузин В.И., Лаптева Н.А. Математическое моделирование стока основных рек Сибири // Оптика атмосферы и океана. 2014. Т. 27, № 6. С. 525–529.

31. Карклин В.П., Юлин А.В., Шаратунова M.В., Мочнова Л.П. Климатическая изменчивость ледяных массивов Карского моря // Проблемы Арктики и Антарктики. 2017. № 4. С. 37–46. doi:10.30758/0555-2648-2017-0-4-37-46

32. Yamanouchi T., Takata K. Rapid change of the Arctic Climate system and its global influences — Overview of GRENE Arctic Climate change research project (2011–2016) // Polar Science. 2020. P. 100548. doi:10.1016/j.polar.2020.100548