Пространственно-временная изменчивость характеристик полярной фронтальной зоны в Баренцевом море в первые два десятилетия XXI века

Рассматривается пространственно-временная изменчивость характеристик Полярной фронтальной зоны (ПФЗ) в Баренцевом море в поверхностном слое за теплые сезоны с 2002 по 2020 гг. Кроме этого, проводится анализ повторяемости малых вихревых структур в области фронтальной зоны в разные годы и описывается связь характеристик ПФЗ с глобальными атмосферными процессами. Положение и характеристики ПФЗ в поверхностном слое Баренцева моря определялись на основе кластерного анализа, выделялись по данным спутниковых измерений. Вихревые структуры в области ПФЗ детектировались по изображениям радиолокаторов с синтезированной апертурой (РСА) Envisat Asar и Sentinel-1A/B. Для оценки влияния атмосферных процессов на характеристики ПФЗ использовались индексы NAO, EA, EA/WR и SCAND. Установлено, что внутригодовые значения горизонтальных градиентов температуры и солености в области ПФЗ оставались стабильными в течение теплого сезона и составляли 0.05 °C/км и 0.02 ‰/км, соответственно. Изменчивость межгодовых характеристик градиента температуры ПФЗ составила от 0.02 °C/км до 0.08 °C/км, солености от 0.01 до 0.03 ‰/км, площади — от 120 до 425 тыс. км². Установлено, что максимальные среднемесячные значения площади ПФЗ отмечались в 2007 г., а минимальные — в 2003 г. Полученные результаты показали, что после 2010 г. величина горизонтальных градиентов температуры и солености ПФЗ в поверхностном слое уменьшилась, что, вероятно, связано с процессом «атлантификации» Баренцева моря. Максимальное количество малых вихревых структур в области ПФЗ отмечалось в 2009 г. Показано, что индекс SCAND за предшествующий зимний сезон можно использовать в качестве предиктора для прогноза характеристик ПФЗ в летний период.

1. Трофимов А.Г., Карсаков А.Л., Ившин В.А. Изменения климата в Баренцевом море на протяжении последнего полувека // Труды ВНИРО. 2018. Т. 173. С. 79–91.

2. Feltham D. Arctic Sea ice reduction: the evidence, models and impacts // Philos Trans. R. Soc. A Math. Phys. Eng. Sci. 2015. V. 373, N 2045. P. 20140171. doi: 10.1098/rsta.2014.0171

3. 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 // J. Climate. 2012. V. 25, N 13. P. 4736–4743. doi: 10.1175/jcli-d-11–00466.1

4. 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 // J. Phys. Oceanogr. 2018. V. 48, N 8. P. 1849–1866. doi: 10.1175/jpo-d-18–0003.1

5. 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

6. Костяной А.Г., Лебедев И.А., Новиков В.Б., Родионов В.Б. О вихреобразовании в Полярной фронтальной зоне Баренцева моря // Труды ААНИИ. 1992. Т. 426. С. 19–32.

7. Kozlov I.E., Artamonova A.V., Manucharyan G.E., Kubryakov A.A. Eddies in the Western Arctic Ocean from spaceborne SAR observations over open ocean and marginal ice zones // J. Geophys. Res. Oceans. 2019. V. 124, N 9. P. 6601–6616. doi: 10.1029/2019jc015113

8. Родионов А.А., Романенков Д.А., Зимин А.В., Козлов И.Е., Шапрон Б. Субмезомасштабные структуры вод Белого моря и их динамика. Состояние и направления исследований // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2014. Т. 7, № 3. С. 29–41.

9. Ожигин В.К., Ившин В.А., Трофимов А.Г., Красаков А.Л., Анциферов М.Ю. Воды Баренцева моря: структура, циркуляция, изменчивость. Мурманск: ПИНРО, 2016. 260 с.

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

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

12. Чвилев С.В. Фронтальные зоны Баренцева моря // Метеорология и гидрология. 1991. № 11. С. 103–108.

13. Harris C.L., Pluedemann A.J., Gawarkiewich G.G. Water mass distribution and polar front structure in the western Barents Sea // J. Geophys. Res. Oceans. 1998. V. 103, N C2. P. 2905–2917. doi: 10.1029/97jc02790

14. Johannessen O.M., Foster L.A. A note on the topographically controlled oceanic polar front in the Barents Sea // J. Geophys. Res. 1978. V. 83, N C9. P. 4567–4571. doi: 10.1029/jc083ic09p04567

15. Reynolds R.W., Rayner N.A., Smith T.M., Stokes D.C., Wang W. An improved in situ and satellite SST analysis for climate // J. Climate. 2002. V. 15. P. 1609–1625.

16. Parsons A.R., Bourke R.H., Muench R.D., Chiu C.— S., Lynch J.F., Miller J.H., Plueddemann A.J., Pawlowicz R. The Barents Sea polar front in summer // J. Geophys. Res. 1996. V. 101, N C6. P. 14201–14221. doi: 10.1029/96jc00119

17. Ivshin V.A., Trofimov A.G., Titov O.V. Barents Sea thermal frontal zones in 1960–2017: variability, weakening, shifting // ICES J. Mar. Sci. 2019. V. 76, Issue Supplement 1. P. i3—i9. doi: 10.1093/icesjms/fsz159

18. Våge S., Basedow S.L., Tande K.S., Zhou M. Physical structure of the Barents Sea Polar Front near Storbanken in August 2007 // J. Mar. Syst. 2014. V. 130. P. 256–262. doi: 10.1016/j.jmarsys.2011.11.019

19. Fer I., Drinkwater K. Mixing in the Barents Sea Polar Front near Hopen in spring // J. Mar. Syst. 2014. N 130. P. 206– 218. doi: 10.1016/j.jmarsys.2012.01.005

20. Коник А.А., Козлов И.Е., Зимин А.В., Атаджанова О.А. Спутниковые наблюдения вихрей и фронтальных зон Баренцева моря в годы с различной ледовитостью // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2020. Т. 17, № 5. С. 191–201. doi: 10.21046/2070–7401–2020–17–5–191–201

21. Артамонов Ю.В., Скрипалева В.А., Федирко А.В. Сезонная изменчивость температурных фронтов на поверхности Баренцева моря // Метеорология и гидрология. 2019. № 1. С. 78–89.

22. Зимин А.В., Атаджанова О.А., Коник А.А., Гордеева С.М. Сравнение результатов наблюдений, выполненных в Баренцевом море, с данными из глобальных океанологических баз // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2020. Т. 13, № 4. С. 66–77. doi: 10.7868/S2073667320040061

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

24. Бардин М.Ю., Платова Т.А., Самохина О.Ф. Особенности изменчивости циклонической активности в умеренных широтах северного полушария, связанные с ведущими модами атмосферной циркуляции в атлантико–европейском секторе // Фундаментальная и прикладная климатология. 2015. Т. 2. С. 14–40.

25. Золотокрылин А.Н., Титкова Т.Б., Михайлов А.Ю. Климатические вариации арктического фронта и ледовитости Баренцева моря зимой // Лед и снег. 2014. Т. 54, № 1. С. 85–90.

26. Вайновский П.А., Малинин В.Н. II. Методы обработки и анализа океанологической информации. Многомерный анализ. Учебное пособие. СПб.: РГГМИ, 1992. 96 с.

27. Ikeda M., Johannessen J.A., Lygre K., Sandven S. A process study of mesoscale meandres and eddies in the Norwegian Coastal Current // J. Geophys. Res. 1989. V. 19, N 1. P. 20–35. doi: 10.1175/1520–0485(1989)019<0020:APSOMM>2.0.CO;2

28. Manucharyan G.E., Timmermans M.L. Generation and separation of mesoscale eddies from surface ocean fronts // J. Phys. Oceanogr. 2014. V. 43, N 12. P. 2545–2562. doi: 10.1175/jpo-d-13–094.1

29. Атаджанова О.А., Зимин А.В., Романенков Д.А., Козлов И.Е. Наблюдение малых вихрей в Белом, Баренцевом и Карском морях по данным спутниковых радиолокационных измерений // Морской гидрофизический журнал. 2017. № 2. С. 75–83. doi: 10.22449/0233–7584–2017–2–80–90

30. Алексеев Г.В., Глок Н.И., Смирнов А.Е., Вязилова А.Е. Влияние Северной Атлантики на колебания климата в районе Баренцева моря и их предсказуемость // Метеорология и гидрология. 2016. Т. 41, № 8. С. 83–56.

31. Schlichtholz P., Houssais M.N. Forcing of oceanic heat anomalies by air–sea interactions in the Nordic seas area // J. Geophys. Res. 2011. V. 116., N C01006. doi: 10.1029/2009jc005944

32. NASA’s OceanColor Web [Электронный ресурс]. URL: http://oceancolor.gsfc.nasa.gov (дата обращения: 04.06.2021).

33. Li Na, Li Bingrui, Lei Ruibo, Li Qun. Comparison of summer Arctic Sea ice surface temperatures from in situ and MODIS measurements // Acta Oceanologica Sinica. 2020. V. 9, N 39. P. 18–24.

34. Liu Y., Minnett P.J. Sampling errors in satellite–derived infrared sea–surface temperatures. Part I: Global and regional MODIS fields // Remote Sens. Environ. 2016. V. 177. P. 48–64. doi: 10.1016/j.rse.2016.02.026

35. The Physical Oceanography Distributed Active Archive Center [Электронный ресурс]. URL: https://podaac.jpl.nasa.gov (дата обращения: 04.06.2021).

36. 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 Sens. 2018. N 10. P. 1121. doi: 10.3390/rs10071121

37. Ожигин В.К. Термические фронтальные зоны Баренцева моря и особенности распределения скоплений промысловых рыб // Вопросы промысловой океанологии Северного бассейна: сб. науч. тр. ПИНРО.: Мурманск, 1989. С. 104–117.

38. Гордеева С.М., Малинин В.Н. Крупномасштабная изменчивость южного субтропического фронта в юго-восточной части Тихого океана // Ученые записки РГГМУ. 2006. № 2. С. 160–169.

39. Коник А.А., Зимин А.В., Атаджанова О.А. Количественные оценки изменчивости характеристик температуры поверхности моря в районе фронтальных зон Карского моря // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2019. Т. 12, № 1. С. 54–61. doi: 10.7868/S2073667319010076

40. Copernicus Marine Environment Monitoring Service. GLOBAL OCEAN WIND L4 REPROCESSED MONTHLY MEAN OBSERVATIONS [Электронный ресурс]. URL: https://resources.marine.copernicus.eu (дата обращения: 04.06.2021).

41. Climate Prediction Center [Электронный ресурс]. URL: http://www.cpc.ncep.noaa.gov (дата обращения: 04.06.2021).

42. Гирдюк Г.В., Дженюк С.Л., Зыкова Г.Г., Терзиев Ф.С. Гидрометеорология и гидрохимия морей СССР. Том 1. Баренцево море. Выпуск 1. Гидрометеорологические условия. Ленинград: Гидрометеоиздат, 1990. С. 280.

43. Parsons A.R., Bourke R.H., Muench R.D., Chiu C.-S., Lynch J.F., Miller J.H., Plueddeman A.J., Pawlowicz R. The Barents Sea Polar Front in summer // J. Geophys. Res.: Oceans. 1996. V. 101, N C6. P. 14201–14221. doi: 10.1029/96jc00119

44. Соколов А.А., Гордеева С.М. Изменение адвекции тепла в Баренцевом море // Российская Арктика. 2019. № 4. С. 34–44.

45. Timmermans M.L., Labe Z. Arctic Report Card 2020: Sea Surface Temperature // NOAA Arctic Report Card 2020. 2020. P. 1–5. doi: 10.25923/v0fs-m920

46. Drinkwater K.F., Mueter F., Friedland K.D., Taylor M., Hunt G.L., Hare J., Melle W. Recent climate forcing and physical oceanographic changes in Northern Hemisphere regions: A review and comparison of four marine ecosystems // Prog. Oceanogr. 2009. V. 81, N 1–4. P. 10–28. doi: 10.1016/j.pocean.2009.04.003

47. Суркова Г.В., Романенко В.А. Баренцево море: сезонная и многолетняя изменчивость энергообмена с атмосферной // Материалы научной конференции «Моря России: исследование береговой и шельфовых зон». Севастополь, 21–25 сентября 2020 года. Севастополь: МГИ, 2020. С. 187–188.

48. Попова В.В. Вклад аномалий ледяного покрова Баренцева и Карского морей в изменение режима циркуляции и температуры северной Евразии с середины 1990–х годов // Лед и снег. 2020. Т. 60, № 3. С. 409–422.

49. Rodriguez-Puebla C., Encinas A.H., Nieto S., Garmendia J. Spatial and temporal patterns of annual precipitation variability over the Iberian Peninsula // Int. J. Climatol. 1998. V. 18, N 3. P. 299–316. doi: 10.1002/(sici)1097–0088(19980315)18:3<299::aid-joc247>3.0.co;2-l

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

51. Виноградова А.А. Сезонные и долговременные вариации индексов атмосферной циркуляции и перенос воздуха в Российскую Арктику // Оптика атмосферы и океана. 2014. Т. 27, № 6. С. 463–472.

52. Ozhigin V.K., Drobysheva S.S., Ushakov N.G. Internnual variability in the physical environment, zooplankton, capelin (Mllotus villosus) and North–East Arctic cod (Gadus morhua) in the Barents Sea // ICES Mar. Sci. Symposia. 2003. V. 219. P. 283–293.