Тенденции ледовитости Баренцева и Карского морей в период современных изменений климата

Аннотация

Отдельные регионы Арктики, и в первую очередь Баренцево и Карское моря, обладают высокими ресурсными возможностями. Именно здесь осуществляется поиск и разработка месторождений углеводородного сырья, а также начинается основной транспортный коридор Северного морского пути. В последние десятилетия в Арктике наблюдаются значительные климатические изменения, которые получили название «Арктическое усиление». Оно проявляется в том, что потепление климата здесь протекает в 2–3 раза быстрее, чем в умеренных широтах, что серьезным образом сказывается на ледовых условиях в различные сезоны года. В данной работе выполнена количественная оценка пространственно-временных особенностей тенденций ледовитости в отдельных районах Баренцева и Карского морей в различные сезоны (месяцы) года в условиях современных изменений арктического климата. Для периода современной климатической нормы 1991–2020 гг. установлено, что в периоды наибольшего (март-апрель) и наименьшего (сентябрь) развития ледяного покрова тенденции снижения ледовитости отмечаются только на небольшой части исследуемого региона: в марте-апреле — в восточной части Баренцева моря, в сентябре — на северо-востоке Карского моря. В эти месяцы на остальной акватории площадь ледяного покрова колеблется около среднего многолетнего значения. С мая по сентябрь, когда происходит сезонное уменьшение ледовитости, многолетний процесс снижения ледовитости начинается в мае на юго-западе исследуемого региона, распространяется на северо-восток, постепенно ослабевая на юго-западе. С октября по февраль, когда происходит сезонное повышение ледовитости, многолетний процесс снижения ледовитости движется в обратном направлении: начинается в октябре на северо-востоке исследуемого региона, распространяется на юго-запад, ослабевая на северо-востоке, в ноябре-декабре охватывает практически всю акваторию, и к февралю наблюдается только на западе региона.

Полученные результаты могут быть использованы при разработке стратегии поиска и освоения месторождений углеводородного сырья, а также перспективного планирования транспортных операций на трассе Северного морского пути в ближайшие десятилетия.

Ключевые слова: Баренцево море, Карское море, ледовитость

Введение

В условиях современного потепления климата повышенное внимание специалистов уделяется изменению площади ледяного покрова в Северном Ледовитом океане (СЛО). Изменение площади льда в СЛО и его морях в годовом цикле имеет хорошо выраженный сезонный ход, в котором можно выделить два основных периода: с октября по апрель осенне-зимнее накопление и нарастание; с мая по сентябрь весенне-летнее таяние и сокращение площади льдов. Максимум развития площади ледяного покрова в СЛО приходится на март-апрель, минимум — на сентябрь. Таким образом, полный и законченный цикл изменения ледяного покрова в СЛО происходит не в календарном году (с января по декабрь), а в гидрологическом году (с октября по сентябрь).

Межгодовые изменения площади льдов в СЛО характеризуются значительными колебаниями от года к году. Наименьшие межгодовые изменения площади ледяного покрова в СЛО наблюдаются в период максимального развития ледяного покрова (в апреле), а наибольшие изменения — в летний период, особенно в конце периода таяния, в сентябре. Главной характерной чертой межгодовой изменчивости площади ледяного покрова за более чем 40-летний период спутниковых наблюдений является наличие устойчивого и статистически значимого (на 95 %-ном уровне значимости) отрицательного линейного тренда, который хорошо аппроксимируется линейной функцией и особенно хорошо проявляется в летний период (в сентябре) [1]. 

В работе [2] показано, что потепление климата, проявляющееся в повышении приповерхностной температуры воздуха (ПТВ), и сокращение площади и толщины ледяного покрова развиваются с высокой степенью согласованности именно в летний период. 

Многолетняя тенденция изменения площади морского льда для периода, когда происходит наиболее интенсивное сезонное таяние льда (июль-сентябрь) рассмотрена в работе [3] для трех периодов: 1850–2017, 1948–2017 и 1979–2017 гг. Установлено, что по мере приближения исследуемого временного интервала к периоду «современного» потепления темпы сокращения площади морского льда растут.

В работе [4], где рассматриваются вопросы региональной и сезонной эволюции морского льда в Арктике, показано, что таяние морского льда не является равномерным ни по отдельным арктическим регионам, ни по сезонам. Для периода 1981–2010 гг. потеря арктического морского льда в основном ограничивается летним сезоном, за исключением Баренцева моря, в котором снижение ледовитости отмечается в зимние месяцы, а с июля по октябрь наблюдаются практически безлёдные условия (ледовитость ниже 15%). В работе [5] выделяются отдельные арктические регионы и месяцы, в которых в период 1979–2012 гг. наблюдается наиболее заметное сокращение площади морского льда, в том числе в Баренцевом море — в большинстве месяцев, в Карском море — с июля по август.

Распределение трендов концентрации морского льда (в %/10лет) по всей акватории Арктики представлено на картах в работах [6,7,8], причем расчеты трендов проведены по данным практически одного периода 1979–2018 гг. В работе [6] тренды рассчитаны для зимнего периода (ноябрь-апрель), в работах [7,8] — для марта и сентября. В зимний период и в марте наибольшие для Арктики значения скоростей снижения ледовитости отмечаются в северной и восточной частях Баренцева моря, в сентябре — на северо-востоке Карского моря, в море Лаптевых, Восточно-Сибирском море и море Бофорта. 

В работе [9] по данным инструментальных наблюдений 13-ти метеорологических станций (МС), расположенных на архипелагах Шпицберген и Земля Франца Иосифа, по данным ПТВ, полученным из различных источников реанализа (CARRA, ERA5), и по данным архива о концентрации морского льда Центра спутникового наблюдения за океаном и морским льдом (OSISAF SIC) исследуется современное потепление в Баренцевоморском регионе. Для периодов 1981–2020, 1991–2020, 2001–2020 гг. рассчитаны линейные тренды ПТВ (°С/10 лет) и ледовитости (%/10 лет) для календарных сезонов и года в целом для северной части Баренцева моря и районов архипелагов Земля Франца Иосифа и Шпицберген. Для вышеуказанных периодов представлено пространственное распределение трендов ПТВ и ледовитости в Баренцевом и большей части Карского морей.

Также следует отметить работу [10], посвященную климатической изменчивости ледовитости не только Баренцева моря в целом, но и его отдельных районов (западного, северо-восточного и юго-восточного). Для летнего (июль-сентябрь) и зимнего (декабрь-апрель) сезонов авторами выделен период относительно стабильной изменчивости ледовитости 1928–1985 гг., который характеризуется отсутствием значимого линейного тренда, и период 1986–2021 гг., имеющий значимый отрицательный тренд ледовитости. Для периода 1986-2021 гг. в западном и северо-восточном районах зимние скорости в 1,5–2 раза превышают летние скорости снижения ледовитости (в юго-восточном районе зимний и летний линейные тренды статистически незначимы).

Таким образом, большинство исследований, в которых рассматривались изменения площади арктического морского льда, были в основном сосредоточены на периодах наибольшего (март-апрель) и наименьшего (сентябрь) его распространения. Также анализировались условия в периоды летнего таяния и зимнего накопления (нарастания) льда. При этом продолжительность летнего и зимнего периодов различными авторами принималась разной. 

Поскольку изменения площади морского льда в Арктике не являются синхронными ни по арктическим регионам, ни по сезонам, то представляется целесообразным исследовать изменения ледовитости одновременно во времени (для всех календарных месяцев) и в пространстве (для отдельных ледовых районов морей). 

В данном исследовании для отдельных ледовых районов Баренцева и Карского морей рассматриваются одновременно два процесса: сезонный процесс изменения ледовитости (рост и снижение ледовитости в масштабе года) и многолетний процесс изменения ледовитости на фоне современного потепления климата (в 30-ти летнем масштабе). В качестве значимого 30-летнего интервала в данном исследовании принят период 1991–2020 гг. или новая климатическая норма [11].

Цель настоящего исследования — анализ количественных оценок пространственно-временных особенностей современных тенденций ледовитости Баренцева и Карского морей. 

Материалы и методы

Материалы. Для количественной оценки наблюдаемых тенденций ледовитости выбран период современной климатической нормы 1991–2020 гг. Характеристики ледовитости рассчитаны для 7 ледовых районов Баренцева и Карского морей (рис. 1). Границы ледовых районов показаны согласно работам Миронова [12] и Карклина [13]. 

Рисунок 1. Ледовые районы. В Баренцевом море: СЗбар – северо-западный, СВбар – северо-восточный,
ЮЗбар – юго-западный, ЮВбар – юго-восточный [12]. 
В Карском море: Скар – северный, Вкар – восточный, ЮЗкар – юго-западный [13]

Сведения о ледовитости получены из расчетных данных в Мировом центре данных по морскому льду Арктического и антарктического научно-исследовательского института¹. Для расчета трендов использовались матрицы оценок общей сплочённости Северной полярной области (севернее 45° с.ш.) с дискретностью 1–2 дня, полученные на основе обработанных по алгоритму NASA Team данных многоканальных микроволновых радиометров SSMR-SSM/I-SSMIS Национального центра данных по снегу и льду США за период с 26 октября 1978 г. по настоящее время с пространственным разрешением анализируемых спутниковых данных – 25 × 25 км.

Методы. Для календарных месяцев и года в целом для всех 7-ми ледовых районов определены тенденции ледовитости для периода современной климатической нормы 1991–2020 гг. 

Количественный анализ многолетних изменений ледовитости осуществлен путём расчета линейных трендов. В качестве числовых характеристик линейного тренда принимались его величина (угловой коэффициент а, %/год), коэффициент детерминации, выражающий в % долю дисперсии исходного ряда, описываемую полученным трендом, и уровень статистической значимости выявленного тренда [14].

В ряде работ о тенденциях ледовитости, а также в аналогичных исследованиях, посвященных тенденциям ПТВ, количества осадков, влажности и других подобных параметров, в качестве количественных характеристик линейных трендов используются угловые коэффициенты и, как правило, выделяют тренды статистически значимые на уровне p < 0,05. Тренды с более низким уровнем статистической значимости также присутствуют, но без каких-либо дополнительных комментариев. Например, в работе [7] приводятся тренды, статистически значимые с 90% и 95% достоверностью. Там же можно встретить и тренды статистически значимые с вероятностью менее 90 %. Однако эти различия никак не обсуждаются. Таким образом, при отсутствии дополнительной информации о статистической значимости трендов, трудно принять решение об их достоверности. 

Авторы данного исследования не ограничиваются указанием статистической значимости трендов только на уровнях 0,01 и 0,05. В своих более ранних исследованиях [15] авторы каждому тренду ставят в соответствие его статистическую значимость с использованием значений: 0,01; 0,05; 0,10; 0,15; 0,20… и далее кратно 0,05. При этом обсуждается статистическая значимость/незначимость трендов, принимаемых/не принимаемых к рассмотрению. Опыт показывает, что статистическая значимость трендов в значительной степени зависит от выбранного временного масштаба. Тренды среднегодовых значений параметра статистически значимы на довольно высоком уровне, статистическая значимость трендов для календарных сезонов ниже, а для календарных месяцев — еще ниже. В данном исследовании все линейные тренды, рассчитанные для среднегодовых значений ледовитости, статистически значимы на уровне p < 0,01, а статистическая значимость линейных трендов ледовитости для календарных месяцев изменяется в довольно широких пределах (табл. 1).

Таблица 1

Количество (в %) линейных трендов ледовитости календарных месяцев, с различными уровнями статистической значимости (р) от общего числа линейных трендов, рассчитанных для 7 ледовых районов 

Линейные тренды календарных месяцев с уровнем статистической значимости р < 0,05 составляют три четверти (75 %) от общего числа рассчитанных трендов. Для детального анализа внутригодовых изменений трендов ледовитости нами принято решение принять во внимание линейные тренды, статистически значимые на уровне p0,20, что составляет 86 % от их общего числа. Таким образом, при выявлении тенденций ледовитости рассматриваются линейные тренды, статистически значимые с вероятностью не менее 80% (что соответствует уровню статистической значимости p≤0,20). Все линейные тренды, статистически значимые с вероятностью менее 80%, проверены на наличие нелинейной связи. Нелинейных связей не обнаружено. Линейные тренды, статистически значимые с вероятностью менее 80% (р > 0,20) признаны авторами статистически незначимыми, и не учитывались при анализе современных тенденций ледовитости.

Для графической иллюстрации распределения показателей выявленных линейных трендов ледовитости в исследуемом регионе, а именно угловых коэффициентов (т.е. скоростей изменения ледовитости), применен способ картограмм. Картограммы иллюстрируют относительные показатели ледовитости в пределах выбранных ледовых районов. 

Результаты

Оценки среднемноголетней ледовитости и изменений ее среднегодовых значений за период 1991-2020 гг.

Средняя за 30-летний период 1991–2020 гг. ледовитость в отдельных районах исследуемого региона изменяется в пределах от 10 до 80 %. Однако ни в одном из рассматриваемых районов ледовитость в диапазоне 40–60% не наблюдается (рис. 2а). Наименьшая ледовитость (< 20%) отмечается в юго-западном районе Баренцева моря (ЮЗбар), наибольшая (60–80%) – в северо-западном (СЗбар) и Карском море в целом. В восточной части Баренцева моря среднегодовая ледовитость находится в пределах 20–40%. 

Линейные тренды среднегодовых значений ледовитости для периода 1991–2020 гг. статистически значимы на уровне p < 0,01 и отрицательны, т.е. наблюдается устойчивое снижение ледовитости для рассматриваемого промежутка времени. Пространственное распределение трендов ледовитости представлено на рисунке 2б.

Рисунок 2. Средние за 30-летний период значения ледовитости, %(а) и тренды среднегодовой ледовитости, % / год (б) для периода 1991–2020 гг. в Баренцевом и Карском морях

Для года в целом скорости снижения ледовитости увеличиваются в направлении с юга на север для всего региона исследований. В среднем за год наиболее интенсивно снижение ледовитости происходит в северных районах Баренцева и Карского морей — более 1 %/год. На остальной акватории Карского моря и в Печорском море (юго-восточный район Баренцева моря ЮВбар) ледовитость снижается медленнее — от 0,5 до 1,0 %/год. В юго-западной части Баренцева моря снижение ледовитости происходит еще медленнее — менее 0,5 %/год.

Таким образом, в период 1991–2020 гг. многолетний процесс снижения ледовитости наиболее интенсивно проходит в северной части исследуемого региона, где от года к году ледовитость снижается со скоростью более 1%/год. На остальной акватории многолетний процесс снижения ледовитости менее интенсивен, а в юго-западной части Баренцева моря он практически незаметен.

Сезонные и многолетние изменения ледовитости в период 1991–2020 гг. 

В период 1991–2020 гг. в исследуемом регионе ледовитость изменяется от месяца к месяцу и от ледового района к ледовому району в широком диапазоне: от 0 % в сентябре в ЮЗбар до 100 % с января по май во всех ледовых районах Карского моря ( рис. 3 а, б).

Рисунок 3. Годовой ход ледовитости, % (а, б) и трендов ледовитости, %/год (в, г) в период 1991–2020 гг. в ледовых районах Баренцева и Карского морей соответственно

Ледовитость и тенденции ледовитости показаны с марта по март, с центром в сентябре. Месяцы, предшествующие сентябрю (слева), соответствуют сезону таяния, в то время как месяцы, следующие за сентябрем (справа), соответствуют сезону нарастания льда.

Для периода 1991–2020 гг. линейные тренды ледовитости для календарных месяцев отрицательны во всех 7-ми ледовых районах, т.е. наблюдается устойчивое снижение ледовитости во всем исследуемом регионе. При этом тренды ледовитости в отдельно взятом ледовом районе могут принимать значения от −3,5 %/год до нуля (рис. 3 в, г) или становятся статистически незначимыми. Последние, а их менее 14%, как показано в таблице 1, по решению авторов не учитывались при анализе современных тенденций ледовитости.

В марте-апреле на всей акватории исследуемого региона наблюдается максимальная ледовитость. В СЗбар и во всех районах Карского моря ледовитость близка к 100% (рис. 3 а, б) и снижения ледовитости от года к году практически не наблюдается (рис. 3 в, г). В ЮЗбар при ледовитости 20% тренды ледовитости также близки к нулю (около −0,3%/год). Т.е. в течение 1991–2020 гг. в исследуемом регионе (за исключением восточной части Баренцева моря) ледовитость в марте-апреле практически не имеет тенденции ни к снижению, ни к росту, а колеблется около своего среднего многолетнего значения. В это же время в восточной части Баренцева моря (районы СВбар и ЮВбар) при ледовитости 60% наблюдаются заметные тренды ледовитости, которые составляют от −1,0%/год до −1,5%/год (рис. 3 а, в). Таким образом, в период 1991–2020 гг. ледяной покров в восточной части Баренцева моря в марте-апреле от года к году занимает всё меньшую площадь. 

С мая по сентябрь в Баренцевом море, а с июня по сентябрь в Карском море происходит сезонное снижение ледовитости (рис. 3 а, б) и одновременно многолетний процесс снижения ледовитости (рис. 3 в, г). Наиболее значительные тренды ледовитости отмечаются в июне в СЗбар (−2,3%/год), Вкар (−2,0%/год), ЮЗкар (−1,6%/год), и в августе — в Скар (−2,9%/год). В восточной части Баренцева моря в мае, а в CВбар и в июне, сохраняются заметные тренды ледовитости (около −1,3%/год). Т.е. в период 1991-2020 гг. в эти месяцы ледяной покров в указанных районах от года к году занимает все меньшую площадь. 

Минимальная ледовитость наблюдается в основном в сентябре. В северных районах Баренцева моря (СЗбар, СВбар), в северном и восточном районах Карского моря (Скар, Вкар) минимальная ледовитость отмечается в течение одного месяца (сентябрь). В южных районах морей более длительное время: 2 месяца (август-сентябрь) в ЮЗкар, 4 месяца (июль-октябрь) в ЮЗбар и в ЮВбар (рис. 3 а, б). В эти месяцы во всех районах Баренцева моря и в ЮЗкар, на акватории которых ледовитость снизилась до значений менее 10%, скорости снижения ледовитости практически нулевые (рис 3 в, г). Т.е. в течение 1991–2020 гг. площадь льдов в Баренцевом море (в сентябре в северных районах, в июле-октябре в южных районах) и в августе-сентябре в ЮЗкар не имеет тенденции ни к росту, ни к сокращению, а колеблется около своего среднего многолетнего значения. В тоже время в сентябре в Скар и Вкар, когда ледовитость уменьшается до 25% и 16 % соответственно, тренды ледовитости остаются существенными: −2,4%/год и −1,4%/год соответственно (рис. 3 б, г). Т.е. в течение 1991–2020 гг. площадь льдов в Скар и Вкар в сентябре от года к году сокращается.

В октябре-ноябре начинается сезонный рост ледовитости (рис. 3 а, б), но при этом многолетний процесс снижения ледовитости продолжается: в Скар и Вкар (−3,2%/год и −2,5%/год соответственно), в СЗбар и СВбар (−3,3%/год и −1,7%/год соответственно) ( рис. 3 в, г). Т.е. в течение 1991–2020 гг. от года к году площадь льдов в Скар и Вкар в октябре и в СЗбар и СВбар в октябре-ноябре сокращается. С декабря по февраль в СЗбар и в Карском море в целом продолжается сезонный рост ледовитости (до 100%), а многолетний процесс снижения ледовитости затухает: тренды ледовитости стремятся к нулю (рис. 3б, г). Т.е. в течение 1991–2020 гг. от года к году площадь льдов в СЗбар и в Карском море в целом в декабре-феврале колеблется около своего среднемноголетнего значения. 

Следует отметить, что в ЮЗбар с июля по октябрь ледовитость практически нулевая, а в другие месяцы не превышает 20%, и небольшие тренды ледовитости (−0,8%/год) наблюдаются только с декабря по февраль включительно. 

Таким образом, в марте-апреле и сентябре, т.е. в периоды сезонной наибольшей и наименьшей ледовитости, в многолетнем процессе изменения ледовитости не наблюдается тенденций к снижению или к росту ледовитости в большинстве выделенных районов. Исключение составляют в марте-апреле восточная часть Баренцева моря, в сентябре — северо-восток Карского моря, где в это время наблюдаются заметные тренды ледовитости от −2,5%/год до −1,0%/год. Наиболее интенсивное снижение ледовитости наблюдается в июне-августе и в октябре-ноябре, а на северо-востоке Карского моря — с июля по октябрь включительно. Тренды ледовитости в эти месяцы составляют от −3,5%/год до −1,5%/год.

Особенности пространственного распределения современных тенденций ледовитости в акватории Баренцева и Карского морей в 1991–2020 гг.

Пространственное распределение среднемесячных значений ледовитости и трендов ледовитости меняется в течение года. 

В марте-апреле, в период максимальной ледовитости (рис. 4 а, б), устойчивые тренды ледовитости отмечаются только в восточной части Баренцева моря (рис. 4 в, г). Т.е. в период 1991-2020 гг. в марте-апреле в западной части Баренцева моря и в Карском море в целом многолетний процесс снижения ледовитости практически отсутствует. От года к году площадь ледяного покрова там колеблется около своего среднего многолетнего значения. 

Рисунок 4. Среднемесячная ледовитость, % (а, б) и тренды ледовитости, % / год (в, г) в марте и апреле в Баренцевом и Карском морях для периода 1991-2020 гг.

В мае начинается сезонный процесс снижения ледовитости на значительной части Баренцева моря (за исключением СЗбар) (рис. 5 а), а в июне — на всей его акватории (рис. 5 б), с июля — на акватории всего исследуемого региона (рис. 5 в). В сентябре ледовитость снижается до минимальных значений (рис. 5 д). Т.е. в относительно теплое время года (май-сентябрь) сезонный процесс снижения ледовитости начинается на юго-западе исследуемого региона и, постепенно охватывая остальные ледовые районы, продвигается на северо-восток.

В мае продолжается многолетний процесс снижения ледовитости в восточной части Баренцева моря, и начинается в западной его части (рис. 5 е), т.е. в период 1991–2020 гг. в мае площадь ледяного покрова в Баренцевом море устойчиво сокращается. В июне многолетний процесс снижения ледовитости охватывает весь исследуемый регион (рис. 5 ж), причем в северо-западной части Баренцева моря процесс усиливается: наблюдаются тренды ледовитости от −3%/год до −2%/год. В июле (рис. 5 з) многолетний процесс снижения ледовитости усиливается на северо-востоке Карского моря, и практически отсутствует на юге Баренцева моря. Т.е. в июле от года к году площадь ледяного покрова на северо-востоке исследуемого региона интенсивно снижается, а на юго-западе региона колеблется около своего среднемноголетнего значения. В августе (рис. 5и) многолетний процесс снижения ледовитости сохраняется на севере региона и особенно активен на северо-востоке (тренды ледовитости от −3%/год до −2%/год), на юге региона — процесс затухает. Т.е. в августе от года к году площадь ледяного покрова на севере региона уменьшается, а на юге колеблется около своего среднемноголетнего значения. В сентябре (рис. 5 к) многолетний процесс снижения ледовитости продолжается только на северо-востоке региона, на остальной акватории — закончился, т.е. в период 1991–2020 гг. от года к году в сентябре площадь ледяного покрова на северо-востоке региона снижается, а на остальной акватории колеблется около своего среднемноголетнего значения.

Рисунок 5. Среднемесячная ледовитость, % (а-д) и тренды ледовитости, %/год (е-к) в мае-сентябре (V-IX) в Баренцевом и Карском морях для периода 1991-2020 гг.

Таким образом, с мая по сентябрь включительно многолетний процесс снижения ледовитости начинается в мае на юго-западе исследуемого региона, и, распространяясь в направлении на северо-восток, в июне охватывает уже всю акваторию, а в сентябре отмечается только на северо-востоке региона. 

В относительно холодное время года (октябрь-февраль) сезонный процесс повышения ледовитости начинается в октябре на северо-востоке исследуемого региона и, постепенно охватывая остальные ледовые районы, продвигается на юго-запад (рис. 6 а-д), причем к февралю формируется практически такая же картина ледовитости, как в марте (рис. 6 д и 4 а).

Рисунок 6. Среднемесячная ледовитость, % (а-д) и тренды ледовитости (% / год) (е-к) в октябре-феврале(X-II) в Баренцевом и Карском морях в период 1991-2020 гг.

С октября по февраль включительно (рис. 7 е-к) многолетний процесс снижения ледовитости в исследуемом регионе, начавшись в октябре на северо-востоке распространяется в направлении на юго-запад, в ноябре-декабре охватывая почти всю акваторию, и в феврале отмечается только на западе региона. 

Обсуждение

Наибольшие для Баренцева и Карского морей среднегодовые (60-80%) и сезонные (в зимний период года до 100%) значения ледовитости наблюдаются в СЗбар и во всех трех районах Карского моря. Это обусловлено слабым влиянием теплых течений в этих районах и затоком многолетних льдов из прилегающих районов Арктического бассейна [12, 16]. На ледовые процессы в Карском море также влияют многолетние колебания речного стока: с 2004 по 2022 гг. наблюдались статистически значимые положительные корреляции между суммарным годовым стоком Оби и Енисея и средней годовой площадью льда в Карском море [17]. Наименьшие для исследуемого региона среднегодовые (10%) и сезонные (до 0%) значения ледовитости наблюдаются в районе ЮЗбар, находящемся под круглогодичным влиянием теплых атлантических вод Нордкапского течения [18].

Современные тенденции ледовитости и их распределение по акватории отчасти можно объяснить физико-географическими особенностями рассматриваемых ледовых районов. Так, в ЮЗбар очень небольшие отрицательные тенденции ледовитости (декабрь-февраль), а большую часть года вообще отсутствие каких-либо тенденций, объясняется отсутствием льда в районе (низкой ледовитостью). В сентябре, когда на большей части акватории исследуемого региона лед отсутствует (ледовитость менее 10%), и соответственно отсутствуют какие-либо тенденции ледовитости, на северо-востоке региона (Скар и Вкар) лед остается (ледовитость 25% и 16% соответственно) и наблюдаются заметные отрицательные тенденции ледовитости. В период наибольшего развития ледяного покрова в марте-апреле заметные отрицательные тенденции ледовитости наблюдаются только в восточной части Баренцева моря (СВбар, ЮВбар), что может быть обусловлено влиянием атлантических вод Новоземельского и Колгуево-Печерского течений [12] и воздействием довольно часто образующихся полыней вдоль берегов архипелага Новая Земля, у о-вов Колгуев и Вайгач [18].

Закономерности тенденций ледовитости следует рассматривать совместно с закономерностями тенденций ПТВ. В работе [2] отмечается высокая степень согласованности повышения ПТВ и сокращение площади и толщины ледяного покрова в Арктике в летний период. В работе [19] установлена отрицательная корреляция площади морского льда (ПМЛ) в арктических морях с температурой в прилегающих к морям регионах суши в марте и сентябре. 

В работе [9] для Баренцева и большей части Карского моря представлено пространственное распределение тенденций среднегодовых значений ПТВ (°С/10 лет) и ледовитости (%/10 лет) для различных временных интервалов. Максимальные положительные тренды ПТВ и значительные отрицательные тренды ледовитости наблюдаются в северной части Баренцева моря, причем наибольшие значения скоростей потепления и скоростей снижения ледовитости отмечаются между архипелагами ЗФИ и Новая Земля. Минимальные положительные тренды ПТВ и практически нулевые тренды ледовитости наблюдаются в юго-западной части Баренцева моря. Конфигурация поля трендов среднегодовых значений ледовитости для периода 1991-2020 гг., полученная в данной работе, в целом совпадает с конфигурацией поля среднегодовых значений ледовитости представленной в работе [9] для того же периода: скорости снижения ледовитости растут в направлении с юга на север. Таким образом, полученные нами результаты не только хорошо согласуются с результатами других исследователей, но и расширяют наши представления о современных тенденциях изменения ледовитости в Карском море и выявляют максимальные скорости снижения ледовитости в северной части региона Баренцева и Карского морей.

Также необходимо отметить последнюю работу авторов [20], посвященную оценке тенденций ПТВ в Баренцевом и Карском морях в условиях современного потепления. В данной работе для периода 1991-2020 гг. проведены расчеты параметров линейных трендов ПТВ по данным инструментальных наблюдений, выполненных на 31-й российской и норвежской МС. Построены поля скоростей потепления (°С/10 лет) для календарных месяцев и года в целом. Установлено, что для года в целом рост скоростей потепления в исследуемом регионе происходит в направлении с юго-запада на северо-восток. Наибольшая скорость потепления (>2°C/10 лет) отмечается в северных районах Баренцева и Карского морей наименьшая (<0,75°C/10 лет) – в юго-западной незамерзающей части Баренцева моря. Линейные тренды ПТВ за год в целом определяются тенденциями, наблюдаемыми в октябре-феврале. В эти месяцы поле скоростей потепления имеет четко выраженный «рельеф» с повышением в направлении с юго-запада на северо-восток. С мая по август включительно поле скоростей потепления однородно и значения скоростей в исследуемом регионе не превышают 1°С/10 лет. В периоды (март-апрель и сентябрь), наблюдается перестройка поля скоростей потепления от ярко выраженного «рельефа» поля скоростей потепления к однородному полю и обратно.

Сопоставление оценок современных тенденций ПТВ в Баренцевом и Карском морях, сделанных авторами ранее [20], и результатов данного исследования тенденций ледовитости показывает, что для периода 1991-2020 гг. характерно следующее:

1. В период с октября по февраль включительно поле скоростей потепления (ºС/год) сохраняет четко выраженный рельеф с повышением в направлении с юго-запада на северо-восток. В этот же период характер распространения многолетнего процесса снижения ледовитости (%/год) от месяца к месяцу в исследуемом регионе имеет выраженную направленность с северо-востока на юго-запад. 

2. В марте-апреле, в период максимального развития ледяного покрова, заметное потепление происходит только в северной и северо-восточной частях исследуемого региона, на остальной акватории потепление незначительно. В это время многолетний процесс снижения ледовитости наблюдается только в восточной части Баренцева моря, на остальной акватории снижения ледовитости практически не происходит.

3. В период с мая по август включительно поле скоростей потепления (ºС/год) однородно: во всем исследуемом регионе потепление незначительно. В это время характер распространения многолетнего процесса снижения ледовитости (%/год) от месяца к месяцу в исследуемом регионе имеет выраженную направленность (обратную направленности периода октябрь-февраль) – с юго-запада на северо-восток.

4. В сентябре, в период минимального развития ледяного покрова, заметные скорости потепления отмечаются только в северо-восточной части региона, на остальной акватории скорости потепления остаются незначительными. В это время многолетний процесс снижения ледовитости сохраняется только на северо-востоке исследуемого региона.

Заключение

Для региона Баренцева и Карского морей проведена количественная пространственно-временная оценка современных тенденций изменения ледовитости для отдельных календарных месяцев и года в целом по данным, полученным для 7-ми ледовых районов. Для периода современной климатической нормы 1991-2020 гг. тенденции ледовитости в 7-ми ледовых районах для календарных месяцев и года статистически значимы и отрицательны. Особенности изменения ледовитости во времени и в пространстве рассматриваемого региона хорошо согласуются с особенностями изменения во времени и пространстве ПТВ, исследованными авторами ранее [20].

Для периода 1991-2020 гг. можно отметить следующие характерные черты процесса снижения ледовитости в регионе Баренцева и Карского морей:

1. Для года в целом интенсивность многолетнего процесса снижения ледовитости возрастает в направлении с юга на север. Наибольшие значения скоростей снижения ледовитости наблюдаются в северной части исследуемого региона в октябре-ноябре. 
2. В июне многолетний процесс снижения ледовитости охватывает весь исследуемый регион: в этом месяце от года к году площадь ледяного покрова уменьшается на всей акватории. 
3. В периоды наибольшего (март-апрель) и наименьшего (сентябрь) развития ледяного покрова тенденции снижения ледовитости отмечаются только на небольшой части исследуемого региона: в марте-апреле — в восточной части Баренцева моря, в сентябре — на северо-востоке Карского моря. В эти месяцы на остальной акватории площадь ледяного покрова колеблется около среднего многолетнего значения.
4. С мая по сентябрь, когда происходит сезонное уменьшение ледовитости, многолетний процесс снижения ледовитости начинается в мае на юго-западе исследуемого региона, распространяется на северо-восток, постепенно ослабевая на юго-западе. С октября по февраль, когда происходит сезонное повышение ледовитости, многолетний процесс снижения ледовитости движется в обратном направлении: начинается в октябре на северо-востоке исследуемого региона, распространяется на юго-запад, ослабевая на северо-востоке, в ноябре-декабре охватывает практически всю акваторию, и к февралю наблюдается только на западе региона.

Список литературы

1. Моря Российской Арктики в современных климатических условиях / под общ. редакцией И.М. Ашика. СПб: ААНИИ, 2021. 360 с.
2. Алексеев Г.В., Александров Е.И., Глок Н.И., Иванов Н.Е., Смоляницкий В.М., Харланенкова Н.Е., Юлин А.В. Эволюция площади морского ледового покрова Арктики в условиях современных изменений климата // Исследование Земли из космоса. 2015. № 2. С. 5-19. DOI: 10.7868/S0205961415020025
3. Cai Q., Wang J., Beletsky D., Overland J., Ikeda M., Wan L. Accelerated Decline of Summer Arctic Sea Ice During 1850–2017 and the Amplified Arctic Warming During the Recent Decades // Environmental Research Letters. 2021. Vol. 16 (3). DOI: 10.1088/1748-9326/abdb5f
4. Årthun M., Onarheim I.H., Dörr J., Eldevik T. The Seasonal and Regional Transition to an Ice-Free Arctic // Geophysical Research Letters. 2021. Vol. 48 (1). DOI:10.1029/2020GL090825
5. Xia W., Xie H., Ke Ch. Assessing Trend and Variation of Arctic Sea-Ice Extent during 1979–2012 from a Latitude Perspective of Ice Edge // Polar Research. 2014. Vol. 33. Art. 21249. DOI: 10.3402/polar.v33.21249
6. Onarheim I.H., Årthun M. Toward an Ice-Free Barents Sea // Geophysical Research Letters. 2017. № 44. P. 8387-8395. DOI: 10.1002/2017GL074304
7. Stroeve J., Notz D. Changing State of Arctic Sea Ice Across All Seasons // Environmental Research Letters. 2018. Vol. 13. № 10. Art. 103001. DOI: 10.1088/1748-9326/aade56
8. Onarheim I.H., Eldevik T., Smedsrud L.H., Stroeve J.C. Seasonal and Regional Manifestation of Arctic Sea Ice Loss // Journal of Climate. 2018. Vol. 31. P. 4917-4932. DOI: 10.1175/JCLI-D-17-0427.1
9. Isaksen K., Nordli Ø., Ivanov B. et al. Exceptional warming over the Barents area// Scientific Reports. 2022.  № 12 (1). DOI: 10.1038/s41598-022-13568-5
10. Лис Н.А., Егорова Е.С. Климатическая изменчивость ледовитости Баренцева моря и его отдельных районов // Проблемы Арктики и Антарктики. 2022. Т. 68. № 3. С. 234-247. DOI: 10.30758/0555-2648-2022-68-3-234-247
11. Карандашева Т.К., Демин В.И., Иванов Б.В., Ревина А.Д. Изменения температуры воздуха в Баренцбурге (Шпицберген) в XX-XXI вв. Обоснование введения новой климатической нормы // Российская Арктика. 2021. № 2 (13). С. 26-39. DOI:10.24412/2658-4255-2021-2-26-39
12. Миронов Е.У. Ледовые условия в Гренландском и Баренцевом морях и их долгосрочный прогноз. СПб: ААНИИ, 2004. 320 с.
13. Карклин В.П., Юлин А.В., Шаратунова M.В., Мочнова Л.П. Климатическая изменчивость ледяных массивов Карского моря // Проблемы Арктики и Антарктики. 2017. №4. C. 37-46. DOI: 10.30758/0555-2648-2017-0-4-37-46
14. Рожков В.А. Теория и методы статистического оценивания вероятностных характеристик случайных величин и функций с гидрометеорологическими примерами / Кн. 2. СПб.: Гидрометеоиздат, 2002. 780 с.
15. Ivanov B., Karandasheva T., Revina A. (et al.) Assessment of long-term changes surface air temperature from the High Arctic archipelago Franz Joseph Land from 1929 to the present (2017) // Czech Polar Report. 2021. №11 (1). P. 114-133. DOI: 10.5817/CPR2021-1-9 
16. Шапкин Б.С., Рубченя А.В., Иванов Б.В., Ревина А.Д., Богрянцев М.В. Многолетние изменения ледовитости в районе архипелагов Шпицберген и Земля Франца-Иосифа // Лед и Снег. 2021. Т. 61. № 1. С. 128-136. DOI: 10.31857/S2076673421010076
17. Булавина А.С. Влияние колебаний стока Оби и Енисея на площадь ледяного покрова Карского моря // Труды Кольского научного центра РАН. Серия: Естественные и гуманитарные науки. 2023. Т. 2. № 3. С. 10-18. DOI:10.37614/2949-1185.2023.2.3.002
18. Гидрометеорология и гидрохимия морей СССР. Т. 1. Баренцево море. Вып. 1. Гидрометеорологические условия. Л.: Гидрометеоиздат, 1990. 280 с. 
19. Матвеева Т.А., Семенов В.А., Астафьева Е.С. Ледовитость арктических морей и её связь с приземной температурой воздуха в Северном полушарии / // Лёд и Снег. 2020. T. 60. № 1. С. 134-148. DOI: 10.31857/S2076673420010029
20. Карандашева Т.К., Иванов Б.В., Демин В.И., Ревина А.Д., Ильюшенкова И.А., Анциферова А.Р. Современные тенденции приземной температуры воздуха в Баренцевом и Карском морях // Российская Арктика. 2024. Т. 6. № 3. С. 55-64. https://doi.org/10.24412/2658-4255-2024-3-55-64

1. Morya Rossijskoj Arktiki v sovremennyh klimaticheskih usloviyah [Russian Arctic Seas in the modern climatic conditions] // edited by I.M. Ashik.  Saint Petersburg, AANII, 2021, 360 p. (In Russian).
2. Alekseev G.V., Aleksandrov E.I., Glok N.I., Ivanov N.E., Smoljanickij V.M., Harlanenkova N.E., Julin A.V. Jevoljucija ploshhadi morskogo ledovogo pokrova Arktiki v uslovijah sovremennyh izmenenij klimata [Arctic sea ice cover in connection with climate change]. Issledovanie Zemli iz kosmosa [Earth exploration from space]. 2015, no. 2, pp. 5-19. (In Russian). DOI: 10.7868/S0205961415020025
3. Cai Q., Wang J., Beletsky D., Overland J., Ikeda M., Wan L. Accelerated Decline of Summer Arctic Sea Ice During 1850–2017 and the Amplified Arctic Warming During the Recent Decades. Environmental Research Letters, 2021, vol. 16 (3). DOI: 10.1088/1748-9326/abdb5f
4. Årthun M., Onarheim I.H., Dörr J., Eldevik T. The Seasonal and Regional Transition to an Ice-Free Arctic. Geophysical Research Letters, 2021, vol. 48 (1). DOI:10.1029/2020GL090825
5. Xia W., Xie H., Ke Ch. Assessing Trend and Variation of Arctic Sea-Ice Extent during 1979–2012 from a Latitude Perspective of Ice Edge. Polar Research, 2014, vol. 33, art. 21249. DOI: 10.3402/polar.v33.21249
6. Onarheim I.H., Årthun M. Toward an Ice-Free Barents Sea. Geophysical Research Letters, 2017, no. 44, pp. 8387-8395. DOI: 10.1002/2017GL074304
7. Stroeve J., Notz D. Changing State of Arctic Sea Ice Across All Seasons. Environmental Research Letters, 2018, vol. 13, no. 10, art. 103001. DOI: 10.1088/1748-9326/aade56
8. Onarheim I.H., Eldevik T., Smedsrud L.H., Stroeve J.C. Seasonal and Regional Manifestation of Arctic Sea Ice Loss. Journal of Climate, 2018, vol.31, pp. 4917-4932. DOI: 10.1175/JCLI-D-17-0427.1
9. Isaksen K., Nordli Ø., Ivanov B. et al. Exceptional warming over the Barents area. Scientific Reports, 2022, no. 12 (1): DOI: 10.1038/s41598-022-13568-5
10. Lis N.A., Egorova E.S. Klimaticheskaja izmenchivost' ledovitosti Barenceva morja i ego otdel'nyh rajonov [Climatic variability of the ice extent of the Barents Sea and its individual areas] Problemy Arktiki I Antarktiki [Arctic and AntarcticResearch], 2022, vol. 68, no. 3, pp. 234-247. (InRussian). DOI: 10.30758/0555-2648-2022-68-3-234-247
11. Karandasheva T.K., Demin V.I., Ivanov B.V., Revina A.D. Izmeneniya temperatury vozduha v Barencburge (Spitcbergen) v XX-XXI vv. Obosnovanie vvedeniya novoj klimaticheskoj normy. [Air temperature changes in Barentsburg (Svalbard) in XX-XXI centuries. Justification for introducing a new climate standard]. Russian Arctic, 2021, no. 2 (13), pp. 26-39. (In Russian). DOI:10.24412/2658-4255-2021-2-26-39
12. Mironov E.U. Ledovye uslovija v Grenlandskom i Barencevom morjah i ih dolgosrochnyj prognoz. [Ice conditions in the Greenland and Barents Seas and their long-term forecast]. St. Petersburg, AARI, 2004, 320 p. (In Russian).
13. Karklin V.P., Julin A.V., Sharatunova M.V., Mochnova L.P. Klimaticheskaja izmenchivost' ledjanyh massivov Karskogo morja [Climate variability of the Kara sea ice massifs]. Problemy Arktiki I Antarktiki [Arctic and Antarctic Research]. 2017, no. 4,  pp. 37-46. (In Russian). DOI: 10.30758/0555-2648-2017-0-4-37-46
14. Rozhkov V.A. Teoriya i metody statisticheskogo ocenivaniya veroyatnostnyh harakteristik sluchajnyh velichin I funkcij s gidrometeorologicheskimi primerami / Kn. 2. [Theory and methods of statistical estimation of the probabilistic characteristics of random variables and functions with hydrometeorological examples / Book 2]. St. Petersburg, Gidrometeoizdat, 2002, 780 p. (In Russian).
15. Ivanov B., Karandasheva T., Revina A. [et al.] Assessment of long-term changes surface air temperature from the High Arctic archipelago Franz Joseph Land from 1929 to the present (2017). Czech Polar Report, 2021, no. 11 (1), pp. 114-133. DOI: 10.5817/CPR2021-1-9 
16. Shapkin B.S., Rubchenja A.V., Ivanov B.V., Revina A.D., Bogrjancev M.V. Mnogoletnie izmenenija ledovitosti v rajone arhipelagov Shpicbergen I Zemlja Franca-Iosifa [Long-term changes in ice cover in the area of ​​the Svalbard and Franz Josef Land archipelagos]. Led I Sneg [Ice and Snow], 2021, vol. 61, no. 1, pp. 128-136. (In Russian). DOI: 10.31857/S2076673421010076
17. Bulavina A.S. Vlijanie kolebanij stoka Obi I Eniseja na ploshhad' ledjanogo pokrova Karskogo morja [The influence of fluctuations in the flow of the Ob and Yenisei on the square of ​​ice cover of the Kara Sea]. Trudy Kol'skogo nauchnogo centra RAN. Serija: Estestvennye i gumanitarnye nauki [Transactions of the Kola Science Center of the Russian Academy of Sciences. Series: Natural Sciences and Humanities], 2023, vol. 2, no. 3, pp.10-18. (In Russian). DOI:10.37614/2949-1185.2023.2.3.002
18. Gidrometeorologija i gidrohimija morej SSSR. Vol. 1. Barencevo more. Iss. 1. Gidrometeorologicheskie uslovija [Hydrometeorology and hydrochemistry of USSR seas. Vol. 1. Barents Sea. Issue 1. Hydrometeorological conditions]. Leningrad, Hydrometeoizdat Publ., 1990, 280 p. (In Russian).
19. Matveeva T.A., Semenov V.A., Astaf'eva E.S. Ledovitost' arkticheskih morej i ejo svjaz' s prizemnoj temperaturoj vozduha v Severnom polusharii [Arctic Sea ice coverage and its relation to the surface air temperature in the Northern Hemisphere]. Ljod i Sneg [Ice and Snow], 2020, vol. 60, no. 1, pp. 134-148. (In Russian). DOI: 10.31857/S2076673420010029
20. Karandasheva T.K., Ivanov B.V., Demin V.I., Revina A.D., Ilyushchenkova I.A., Antsiferova A.R. Current trends in surface air temperature changes in the Barents and Kara Seas region. Russian Arctic, 2024, vol. 6, no. 3, рp. 55-64. (In Russian). DOI: 10.24412/2658-4255-2024-3-55-64

Статья представлена в открытом доступе в полнотекстовом формате по лицензии Creative Commons 4.0