Изменения содержания пресной воды в верхнем слое Арктического бассейна с 1950-х по 2010-е годы

В начале 1990-х гг. в климатической системе Арктики произошел сдвиг в сторону потепления, которое сопровождалось изменениями температуры и солености водных масс Арктического бассейна под влиянием возросших притоков атлантической воды, поступления со стоком рек, осадками и от таяния льда. Мы оцениваем изменения в содержании и притоках пресной воды в верхний слой Арктического бассейна от десятилетия к десятилетию с 1950-е по 2010-е гг. и связь между изменениями в Арктическом бассейне и в тропической Северной Атлантике. Полученные результаты показывают, что содержание пресной воды в верхнем слое Арктического бассейна в 1990–2000-е гг. понижалось в Евразийской и росло в Амеразийской его частях. В среднем во всём бассейне преобладал рост из-за большего вклада Амеразийской части, занимающей 61 % площади бассейна. Наибольшее содержание пресной воды во всём бассейне получено в 1960-е гг., предшествующие отрицательной солёностной аномалии в Северной Атлантике в 1960–1970-х гг. Сокращение содержания пресной воды в Евразийском бассейне произошло в результате увеличенного с 1990-х гг. притока атлантической воды и осолонения верхнего 100-метрового слоя вопреки росту осадков и речного стока в Арктический бассейн. Накопление пресной воды происходит в круговороте Бофорта и во всей Амеразийской части бассейна. В круговороте Бофорта содержание пресной воды в слое 0–100 м увеличилось в 2000–2010-х гг. на 36 % по сравнению с 1970-ми гг. Более всего (на 46 %) содержание пресной воды увеличилось в этот период в верхнем 50 м слое.

1. Alekseev G., Kuzmina S., Bobylev L., Urazgildeeva A., Gnatiuk N. Impact of atmospheric heat and moisture transport on the Arctic warming // Int. J. Climatol. 2019. V. 39, № 8. P. 1–11. doi: 10.1002/joc.6040

2. Алексеев Г.В., Кузьмина С.И., Уразгильдеева А.В., Бобылев Л.П. Влияние атмосферных переносов тепла и влаги на усиление потепления в Арктике в зимний период // Фундаментальная и прикладная климатология. 2016. Т. 1. С. 43–63.

3. Марчук Г.И., Скиба Ю.Н. Численный расчет сопряженной задачи для моделей термического взаимодействия атмосферы с океаном и континентом // Изв. АН СССР. ФАО. 1976. Т. 12, № 5. С. 16–24.

4. Николаев Ю.В. Крупномасштабное взаимодействие океана и атмосферы и формирование аномалий погоды. Л.: Гидрометеоиздат, 1981. 51 с.

5. Kushnir Y. Interdecadal variations in North Atlantic sea surface temperature and associated atmospheric conditions // J. Clim. 1994. V. 7, № 1. P. 141–157.

6. Семенов В.А. Влияние океанического притока в Баренцево море на изменчивость климата в Арктике // Доклады РАН. 2008. Т. 418, № 1. С. 106–109.

7. Palmer M.D., Haines K., Tett S.F.B., Ansell T.J. Isolating the signal of ocean global warming // Geophys. Res. Lett. 2007. V. 34, № 23. P. 1–6.

8. IPCC: 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 / eds. R.K. Pachauri, L.A. Meyer. Geneva, Switzerland, 2014. 151 p.

9. Тимофеев В.Т. Водные массы Арктического бассейна. Ленинград: Гидрометеоиздат, 1960. 190 с.

10. Трешников А.Ф., Баранов Г.И. Структура циркуляции вод Арктического бассейна. Л.: Гидрометеоиздат, 1972. 158 с.

11. Иванов В.В., Тимохов Л.А. Атлантические воды в арктической циркуляционной трансполярной системе // Метеорология и гидрология. 2019. V. 4. P. 36–53.

12. Polyakov I.V., Walsh J.E., Kwok R. Recent changes of Arctic multiyear sea ice coverage and the likely causes // Bull. Am. Meteorol. Soc. 2012. V. 93, N2. P. 145–151.

13. Polyakov I.V.,Alekseev G.V.,Timokhov L.A., Bhatt U.S., Colony R.L.,Simmons H.L.,Walsh D.,Walsh J.E.,Zakharov V.F. Variability of the intermediate Atlantic water of the Arctic Ocean over the last 100 years // J. Clim. 2004. V. 17, N 23. P. 4485–4497.

14. Häkkinen S., Proshutinsky A. Freshwater content variability in the Arctic Ocean // J. Geophys. Res. Ocean. 2004. V. 109, N C3.

15. Алексеев Г.В., Фролов И.Е., Соколов В.Т. Наблюдения в Арктике не подтверждают ослабление термохалинной циркуляции в Северной Атлантике // Доклады Академии Наук. 2007. Т. 413, № 2. С. 277–280.

16. Алексеев Г.В., Булатов Л.В., Захаров В.Ф., Иванов В.В. Tепловая экспансия атлантических вод в Арктическом бассейне // Метеорология и гидрология. 1998. Т. 7. С. 69–78.

17. Carmack E.C., Macdonald R.W., Perkin R.G., McLaughlin F.A., Pearson R.J. Evidence for warming of Atlantic water in the Southern Canadian Basin of the Arctic Ocean: Results from the Larsen-93 Expedition // Geophys. Res. Lett. 1995. V. 22, N 9. P. 1061–1064.

18. Алексеев Г.В., Булатов Л.В., Захаров В.Ф., Иванов В.В. Поступление необычно теплых атлантических вод в Арктический бассейн // Доклады РАН. 1997. Т. 356. С. 401–403.

19. Zhang X., Sorteberg A., Zhang J., Gerdes R., Comiso J.C. Recent radical shifts of atmospheric circulations and rapid changes in Arctic climate system // Geophys. Res. Lett. 2008. V. 35, N 22. P. 1–7.

20. Zhang X., He J., Zhang J., Polyakov I., Gerdes R., Inoue J., Wu P. Enhanced poleward moisture transport and amplified northern high-latitude wetting trend // Nat. Clim. Chang. 2013. V. 3. P. 47–51.

21. Prowse T.D., Bring A., Carmack E.C., Holland M.M., Instanes A., Mard J., Vihma T., Wrona F.J. Freshwater // Snow, Water, Ice and Permafrost in the Arctic (SWIPA). Oslo, 2017. P. 175–176.

22. Polyakov I.V., Alexeev V.A., Ashik I.M., Bacon S., Beszczynska-Möller A., Carmack E.C., Dmitrenko I.A., Fortier L., Gascard J., Hansen E., Hölemann J., Ivanov V.V., Kikuchi T., Kirillov S., Lenn Y., McLaughlin F.A., Piechura J., Repina I., Timokhov L.A., Walczowski W., Woodgate R. Fate of early 2000s arctic warm water pulse // Bull. Am. Meteorol Soc. 2011. V. 92, N 5. P. 561–566.

23. Алексеев Г.В., Пнюшков А.В., Иванов Н.Е., Ашик И.М., Соколов В.Т. Комплексная оценка климатических изменений в морской Арктике с использованием данных МПГ 200708 // Проблемы Арктики и Антарктики. 2009. Т. 1, № 81. С. 7–14.

24. Алексеев Г.В., Иванов Н.Е., Пнюшков А.В., Балакин А.А. Изменения климата в морской Арктике в начале XXI века // Проблемы Арктики и Антарктики. 2010. Т. 3, № 86. С. 22–34.

25. Алексеев Г.В., Иванов Н.Е., Пнюшков А.В., Харланенкова Н.Е. Климатические изменения в морской Арктике в начале ХХI века // Метеорологические и геофизические исследования. Изд-во Paulsen, 2011. С. 7–28. doi: 10.13140/RG.2.1.2235.6009

26. Алексеев Г.В., Пнюшков А.В., Смирнов А.В., Вязилова А.Е., Глок Н.И. Влияние притока из Атлантики на содержание пресной воды в верхнем слое Арктического бассейна // Проблемы Арктики и Антарктики. 2019. Т. 4. С. 363–388. doi: 10.30758/0555–2648–2019–65–4–363–388

27. Environmental Working Group (EWG). Joint U.S. Russian Atlas of the Arctic Ocean: Oceanography Atlas for the Winter Period / National Snow and Ice Data Center. Boulder, CO, 1997. URL: http://ns.noaa.gov/atlas (дата обращения: 01.05.2020).

28. Barth A., Beckers J.-M., Troupin C., Alvera-Azcárate A., Vandenbulcke L. divand-1.0: n-dimensional variational data analysis for ocean observations // Geosci. Model Dev. 2014. V. 7, N 1. P. 225–241.

29. Adler R.F., Huffman G.J., Chang A., Ferraro R., Xie P.P., Janowiak J., Rudolf B., Schneider U., Curtis S., Bolvin D., Gruber A., Susskind J., Arkin P., Nelkin E. The version-2 global precipitation climatology project (GPCP) monthly precipitation analysis (1979-present) // J. Hydrometeorol. 2003. V. 4, N 6. P. 1147–1167.

30. Lammers R.B., Shiklomanov A.I., Vörösmarty C.J., Fekete B.M., Peterson B.J. R-ArcticNet, A Regional Hydrographic Data Network for the Pan-Arctic Region (ISO-image of CD-ROM). PANGAEA. 2016. URL: https://doi.org/10.1594/PANGAEA.859422 (дата обращения: 14.04.2020).

31. Shiklomanov A.I., Holmes R.M., McClelland J.W., Tank S.E., Spencer R.G.M. Arctic Great Rivers Observatory. Discharge Dataset, Version 20190402. 2018. URL: https://www.arcticrivers.org/data (дата обращения: 14.04.2020).

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

33. Кулаков М.Ю., Макштас А.П., Шутилин С.В. AARI–IOCM — совместная модель циркуляции вод и льдов Северного Ледовитого океана // Проблемы Арктики и Антарктики. 2012. T. 2(97). C. 6–18.

34. Dickson R.R., Meincke J., Malmberg S.A., Lee A.J. The “great salinity anomaly” in the Northern North Atlantic 1968– 1982 // Prog. Oceanogr. 1988. V. 20, N 2. P. 103–151.

35. Proshutinsky A., Krishfield R.A., Timmermans M.-L., Toole J.M., Carmack E.C., McLaughlin F.A., Williams W.J., Zimmermann S.L., Itoh M., Shimada K. Beaufort Gyre freshwater reservoir: State and variability from observations // J. Geophys. Res. 2009. V. 114, N C00A10. P. 1–25. doi: 10.1029/2008JC005104

36. Serreze M.C., Barrett A.P., Slater A.G., Woodgate R.A., Aagaard K., Lammers R.B., Steele M., Moritz R.E., Meredith M., Lee C.M. The large-scale freshwater cycle of the Arctic // J. Geophys. Res. Ocean. 2006. V. 111, N C11010. P. 1–19. doi: 10.1029/2005JC003424

37. Aagaard K., Carmack E.C. The role of sea ice and other fresh water in the Arctic circulation // J. Geophys. Res. 1989. V. 94, N C10. P. 14485–14498.

38. Grabs W.E., Portmann F., Couet T. Discharge Observation Networks in Arctic Regions: Computation of the River Runoff into the Arctic Ocean, Its Seasonality and Variability // The Freshwater Budget of the Arctic Ocean / ed. E.L. Lewis. Dordrecht, The Netherlands: Kluwer, 2000. P. 249–267.

39. Ahmed R., Prowse T., Dibike Y., Bonsal B., O’Neil H. Recent trends in freshwater influx to the arctic ocean from four major arctic-draining rivers // Water. 2020. V. 12, N 4. P. 1189.

40. Кулаков М.Н., Макштас А.П., Шутилин С.В. Модельные оценки чувствительности ледяного покрова Северного Ледовитого океана к изменениям форсингов // Проблемы Арктики и Антарктики. 2012. V. 3, N 93. P. 66–74.

41. Spreen G., Steur L. De, Divine D., Gerland S., Hansen E., Kwok R. Arctic Sea Ice Volume Export Through Fram Strait From 1992 to 2014 // J. Geophys. Res. Ocean. 2020. V. 125, N 6. P. e2019JC016039. doi: 10.1029/2019JC016039

42. Wang Q., Wekerle C., Danilov S., Koldunov N., Sidorenko D., Sein D., Rabe B., Jung T. Arctic Sea Ice Decline Significantly Contributed to the Unprecedented Liquid Freshwater Accumulation in the Beaufort Gyre of the Arctic Ocean // Geophys. Res. Lett. 2018. V. 45, N 10. P. 4956–4964. doi: 10.1029/2018GL077901

43. Polyakov I.V., Pnyushkov A.V., Alkire M.B., Ashik I.M., Baumann T.M., Carmack E.C., Goszczko I., Guthrie J., Ivanov V.V., Kanzow T., Krishfield R., Kwok R., Sundfjord A., Morison J., Rember R., Yulin A.V. Greater role for Atlantic inflows on seaice loss in the Eurasian Basin of the Arctic Ocean // Sci. 2017. V. 356, N 6335. P. 285–291. doi: 10.1126/science.aai8204

44. Polyakov I.V., Rippeth T.P., Fer I., Alkire M.B., Baumann T.M., Carmack E.C., Ingvaldsen R., Ivanov V.V., Janout M., Lind S., Padman L., Pnyushkov A.V., Rember R. Weakening of cold halocline layer exposes sea ice to oceanic heat in the eastern arctic ocean // J Clim. 2020. V. 33, N 18. P. 8107–8123. doi: 10.1175/jcli-d-19–0976.1

45. Зубов Н.Н. Льды Арктики. М.: Изд-во Главсевморпути, 1944. 360 с.

46. Трешников А.Ф. Поверхностные воды Арктического бассейна // Проблемы Арктики и Антарктики. 1959. Т. 7. С. 5–14.

47. Proshutinsky A., Krishfield R., Toole J.M., Timmermans M.-L., Williams W., Zimmermann S., Yamamoto-Kawai M., Armitage T.W.K., Dukhovskoy D., Golubeva E.N., Manucharyan G.E., Platov G., Watanabe E., Kikuchi T., Nishino S., Itoh M., Kang S.-H., Cho K.-H., Tateyama K. Analysis of the Beaufort Gyre Freshwater Content in 2003–2018 // J. Geophys. Res. Ocean. 2019. V. 124, N 12. P. 9658–9689. doi: 10.1029/2019JC015281

48. Рябченко В.А., Алексеев Г.В., Неелов И.А., Дворников А.Ю. Распространение речных вод в Северном Ледовитом океане // Метеорология и гидрология. 2001. Т. 9. С. 61–69.

49. Kelly S.J., Proshutinsky A., Popova E.K., Aksenov Y.K., Yool A. On the origin of water masses in the Beaufort Gyre // J. Geophys. Res. Ocean. 2019. V. 124, № 7. P. 4696–4709. doi: 10.1029/2019JC015022

50. Woodgate R.A. Increases in the Pacific inflow to the Arctic from 1990 to 2015, and insights into seasonal trends and driving mechanisms from year-round Bering Strait mooring data // Prog. Oceanogr. 2018. V. 160. P. 124–154. doi: 10.1016/j.pocean.2017.12.007