Пространственная изменчивость межгодовых колебаний температуры Баренцева и Карского морей по результатам моделирования

Исследуются межгодовые колебания температуры Баренцева и Карского морей в интервале от 1 до 12 лет, воспроизведенные на основе исключительно модельных решений без привлечения данных реанализа в распределениях температуры воды. В основу анализа положены модельные решения с 1975 по 2005 гг. Решения получены на основе двух моделей разного разрешения. Установлено, что модели корректно воспроизводят климат в исследуемом районе. Амплитуды межгодовых колебаний температуры воды в исследуемом районе имеют величины сравнимые с амплитудой сезонных колебаний. Для выявления периодичности и возможной нестационарности по частоте используется метод вейвлет-анализа, позволяющий исследовать циклические компоненты вне зависимости от того, как меняется их частота. Результаты анализа демонстрируют, что колебания температуры атмосферы, верхних слоев океана и площади ледяного покрова имеют схожие периоды, причем некоторые известные колебания в системе океан-атмосфера укладываются в интервалы колебаний, найденных в модельных решениях. В распределении колебаний температуры атмосферы и температуры воды исходных рядов отчетливо прослеживается связь размахов колебаний с положением кромки ледового покрова. В колебаниях температуры воды и воздуха в локальных точках выделены диапазоны 3-х основных несущих частот колебаний рассматриваемых характеристик, соответствующие периодам 1.0–3.6 года, 3.9–5.8 и 6.3–10.5 лет, хорошо согласующиеся с диапазонами периодов основных несущих колебаний на станциях разреза «Кольский меридиан». Периоды колебаний площади ледового покрова полностью содержатся в указанных диапазонах 3-х основных колебаний температуры воды и воздуха в рассматриваемых локальных точках Баренцева и Карского морей. Интенсивность колебаний температуры морской воды зависит от положения кромки ледового покрова, оказываясь больше в областях, покрытых льдом меньшее время. Двумерные распределения амплитуд температурных колебаний демонстрируют, что более высокочастотные (с периодами до 4.1 лет) наиболее ярко выражены на поверхности и хуже в нижележащих слоях. Колебания больших периодов (более 8 лет), напротив, проявляются практически везде. В нижележащих слоях такие колебания распространяются особенно далеко, вплоть до северной границы рассматриваемой области.

1. Монин А.С. Введение в теорию климата. Ленинград: Гидрометеоиздат, 1982. 246 с.

2. Горшков В.Л. О влиянии полюсного прилива Земли на сейсмическую активность // Вестник Санкт-Петербургского университета. 2015. Сер. 1. Том 2 (60). Вып. 4. С. 646–656.

3. Серых И.В., Сонечкин Д.М. Хаос и порядок в атмосферной динамике. Часть 2. Междугодовые ритмы ЭльНиньо — Южного колебания // Известия вузов "ПНД". 2017. Т. 25, № 5. С. 5–25.

4. Нестеров Е.С. Североатлантическое колебание: атмосфера и океан. М.: Триада, 2013. 144 с.

5. Madhusoodanan M.S., Thompson B. Decadal variability of the Arctic Ocean thermal structure // Ocean Dyn. 2011. V. 61, № 7. P. 873–880.

6. Yndestad H., Turrell W.R., Ozhigin V. Lunar nodal tide effects on variability of sea level, temperature, and salinity in the Faroe-Shetland Channel and the Barents Sea // Deep-Sea Res. Part I: Oceanographic Research Papers. 2008. V. 55, N 10. P. 1201–1217. doi: http://doi.org/10.1016/j.dsr.2008.06.003

7. Смирнов Н.П., Воробьев В.Н., Дроздов В.В. Циклонический центр действия атмосферы и океана в Северной Атлантике // Ученые записки РГГМУ. 2010. № 15. С. 117–134.

8. Da Costa E., De Verdiere C. The 7.7-year North Atlantic Oscillation // Q.J.R. Meteorol. Soc. 2002. N128. P. 797–817.

9. Humlum O., Solheim J.-E., Stordahl К. Spectral Analysis of the Svalbard Temperature Record 1912–2010 // Adv. Meteor. 2011. Article ID175296, 14 p. doi: 10.1155/2011/175296

10. Юлин А.В., Вязигина Н.А., Егорова Е.С. Межгодовая и сезонная изменчивость площади льдов в Северном Ледовитом океане по данным спутниковых наблюдений // Российская Арктика. 2019. № 7. С. 28–40. doi: 10.24411/2658-4255-2019-10073

11. IPCC, 2014: Climate Change 2014: Synthesis Report. Contribution of Working Groups I, II and III to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Core Writing Team, R.K. Pachauri and L.A. Meyer (eds.)]. IPCC: Geneva, Switzerland, 2014. 151 p.

12. Jelmert А. et al. Status for miljøet i Barentshavet. Rapport fra Overvåkingsgruppen 2020 // Havforskningsinstituttet. 2020. Electronic resource. URL: https://www.hi.no/hi/nettrapporter/rapport-fra-havforskningen-2020-13 (дата обращения: 09.06.2020).

13. Башмачников И.Л., Юрова А.Ю., Бобылев Л.П., Весман А.В. Сезонная и межгодовая изменчивость потоков тепла в районе Баренцева моря // Изв. РАН. Физ. атм. и океана. 2018. Т. 54, № 2. С. 239–249. doi: 10.7868/S0003351518020149

14. Астафьева Н.М. Вейвлет-анализ: основы теории и примеры применения // Успехи физических наук. 1996. Т. 166, № 11. С. 1145–1170.

15. Sein D.V., Mikolajewicz U., Groger M., Fast I., Cabos W., Pinto J.G., Hagemann S., Semmler T., Izquierdo A., Jacob D. Regionally coupled atmosphere-ocean-sea ice-marine biogeochemistry model ROM: 1. Description and validation // J. Adv. Model. Earth Syst. 2015. V. 7. P. 268–304.

16. Marsland S.J., Haak H., Jungclaus J.H., Latif M., Roske F. The Max-Planck-Institute global ocean/sea ice model with orthogonal curvilinear coordinates // Ocean Model. 2003. V. 5. P. 91–127.

17. Jacob D. A note to the simulation of the annual and inter-annual variability of the water budget over the Baltic Sea drainage basin // Meteorol. Atmos. Phys. 2001. V. 77. P. 61–73. https://doi.org/10.1007/s007030170017

18. Jacob D., Van den Hurk B., Andræ U. et al. A comprehensive model inter-comparison study investigating the water budget during the BALTEX-PIDCAP period // Meteorol. Atmos. Phys. 2001. V. 77. P. 19–43. doi: https://doi.org/10.1007/s007030170015

19. Kistler R. et al. The NCEP/NCAR50 year reanalysis: Monthly-means CD-ROM and documentation // Bull. Am. Meteorol. Soc. 2001. V. 82. P. 247–267.

20. Marshall J., Adcroft A., Hill C., Perelman L., Heisey C. A finite-volume, incompressible navier-stokes model for studies of the ocean on parallel computers // J. Geophys. Res. 1997. V. 102(C3). P. 5753–5766.

21. Hibler, III, W.D. A dynamic thermodynamic sea ice model // J. Phys. Oceanogr. 1979. V. 9. P. 815–846.

22. Hibler, III, W.D. Modeling a variable thickness sea ice cover // Mon. Wea. Rev. 1980. V. 1. P. 1943–1973.

23. Zhang J., Hibler, III, W.D. On an efficient numerical method for modeling sea ice dynamics // J. Geophys. Res. 1997. V. 102(C4). P. 8691–8702.

24. Zhang J.L., Rothrock D.A. Modeling global sea ice with a thickness and enthalpy distribution model in generalized curvilinear coordinates // Mon. Wea. Rev. 2003. V. 131. P. 845–861.

25. Schweiger A., Lindsay R., Zhang J., Steele M., Stern H. Uncertainty in modeled arctic sea ice volume // J. Geophys. Res. 2011. V. 116. P. C00D06. doi: 10.1029/2011JC007084

26. Мартьянов С.Д., Дворников А.Ю., Рябченко В.А., Сеин Д.В., Гордеева С.М. Изучение связи первичной продукции и морского льда в арктических морях: оценки на основе малокомпонентной модели морской экосистемы // Фундам. прикл. гидрофиз. 2018. Т. 11, № 2. С. 108–117. doi: 10.7868/S2073667318020107

27. Mahoney A.R., Barry R.G., Smolyanitsky V., Fetterer F. Observed sea ice extent in the Russian Arctic, 1933–2006 // J. Geophys. Res. 2008. V. 113. P. C11005. doi: 10.1029/2008JC004830

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

29. Смирнов Н.П., Вайновский П.А., Титов Ю.Э. Статистический диагноз и прогноз океанологических процессов. СПб.: Гидрометеоиздат, 1992. 198 с.

30. Sea Ice Edge Location and Extent in the Russian Arctic, 1933–2006, Version 1. https://nsidc.org/data/G02182/versions/1 (дата обращения: 18.04.2020).