В статье приводятся первичные результаты обработки специальных судовых наблюдений за ледяным покровом в Арктическом бассейне по маршруту Земля Франца-Иосифа – Северный полюс в летний период 2018 г. Показано распределение сплоченности и возрастного состава льда по пути движения ледокола к Северному полюсу. По сравнению с 2006-2011 гг. количество старых льдов в данном районе увеличилось, однако средняя толщина ровного льда по пути плавания существенно уменьшилась. Средняя толщина старых льдов в 2018 г. составила 160 см, что на 65 см меньше, чем в период наблюдений 2006-2011 гг. и на 90 см меньше, чем в 1991-1996 гг. Средняя толщина однолетних льдов в 2018 г. составила 90 см, что на 35 см меньше, чем в 2006-2011 гг. и на 60 см меньше, чем в 1991-1996 гг.
Ключевые слова: Арктический бассейн, толщина льда, сплоченность, возраст льда, судовые наблюдения
Рисунок 1 – Маршруты плавания а/л «50 лет Победы» в 2018 г.
В периоды 1991-1996 и 2006-2018 гг. сотрудники Арктического и антарктического научно-исследовательского института (ААНИИ) принимали участие в этих рейсах, получая уникальные данные для оценки общего распределения характеристик ледяного покрова и для оценки их межгодовой изменчивости в данном районе. Маршрут плавания ледоколов на участке от Земли Франца-Иосифа до Северного полюса (Рис. 1) интересен тем, что пересекает западную часть трансарктического дрейфа – одного из главных элементов циркуляции льдов в Арктическом бассейне.
Несмотря на интенсивное развитие спутниковых методов зондирования поверхности Земли, спутниковые данные не дают полного представления о ледяном покрове замерзающих морей. На спутниковых снимках в видимом диапазоне, в большинстве случаев, в летний период значительная часть приполюсного района закрыта облаками. Снимки в радиолокационном диапазоне в приполюсном районе нерегулярны, покрывают лишь часть акватории и сложны для дешифрирования (особенно в летний период). Данные микроволновой радиометрии хотя и регулярны и не зависят от наличия облаков, но обладают низким разрешением и больше пригодны для оценки общей площади ледяного покрова.
Наблюдения за морским льдом производятся по методике ААНИИ [1] непрерывно по всему маршруту следования ледокола. Выделяются однородные ледовые зоны, в которых ледовый наблюдатель определяет общую сплоченность льда, возрастной состав ледяного покрова, а также горизонтальные размеры льдин, толщину ровного льда и высоту снега, торосистость, высоту надводной части торосов, стадию разрушенности, интенсивность сжатия. Кроме того, по пути движения судна отмечаются ориентация и размеры разводий, трещин и каналов.
Одновременно с визуальными наблюдениями с помощью цифрового телевизионного комплекса (СТК) проводится видеофиксация выворотов льдин вдоль борта ледокола во время движения во льдах для последующего определения толщины льда и высоты снега. СТК представляет собой стандартную систему видеоконтроля, адаптированную специалистами ААНИИ для специфических условий судовых ледовых наблюдений [2].
Данная работа основана на первичных результатах обработки визуальных наблюдений, которые проводились в период с 14 июня по 12 августа 2018 года. Основные черты изменчивости характеристик ледяного покрова в исследуемом районе определяются циркуляцией льдов в Арктическом бассейне под воздействием атмосферных процессов. В Трансарктический дрейф поступает большое количество льдов из арктических морей сибирского шельфа, а также к нему примыкает область антициклонического круговорота, центр которого расположен примерно на 78º с.ш., 150 º в.д. Льды, попадающие в трансарктический дрейф из моря Лаптевых, выносятся в Гренландское море через 2-3 года, из Восточно-Сибирского – через 3-4 года, из Чукотского – через 4-5 лет [3]. Таким образом, возрастной состав льдов, которые встречаются на пути плавания ледокола от Земли Франца-Иосифа к Северному полюсу, зависит от ледовых условий, сформировавшихся в этих морях в предыдущие годы. На рисунке 2 представлены обзорные ледовые карты ААНИИ для общего представления изменения ледовой обстановки по маршруту движения ледокола в 2018 году. С началом летнего таяния определение возраста льда по спутниковым снимкам может быть ошибочным из-за образования снежниц на льду, поэтому в летний период, начиная с 1-го июня, на ледовых картах указывается лишь один параметр – общая сплоченность ледяного покрова. Для оценки возрастного состава льдов на рисунке 2 (слева) приведена карта за период 27-29 мая 2018 г. От Земли Франца-Иосифа к северу до 83-84º с.ш. преобладали толстые (120 см и более) однолетние льды, и далее к полюсу - старые льды. Также на рисунке 2 (в центре и справа) представлены обзорные карты общей сплоченности льда, за период 17-19 июня и 5-7 августа, т.е. во время 1-го и 5-го рейсов а/л «50 лет Победы» к Северному полюсу. В течение полутора месяцев существенно уменьшилась площадь ледяного покрова в районе Земли Франца-Иосифа вследствие летнего таяния и дрейфа льда, кромка льдов Арктического бассейна постепенно сместилась к северу до 83º с.ш. В середине июня в приполюсном районе преобладали сплошные льды сплоченностью 10 баллов, затем в июле появились разрывы и разводья, а средняя сплоченность снизилась до 9-10 баллов.
Рисунок 2 – Обзорные ледовые карты ААНИИ за период 27-29 мая (слева), 17-19 июня (в центре), 5-7 августа (справа) (более подробная информация о ледовых картах на сайте http://www.aari.ru)
Изменение распределения общей сплоченности и возрастного состава льдов по пути плавания представлены на рисунке 3. На изменение соотношения однолетних и старых льдов по пути плавания между Землей Франца-Иосифа и Северным полюсом влияет как дрейф льда, так и процессы летнего таяния. В то же время, в процессе таяния, в течение лета однолетние тонкие льды вытаивают в первую очередь, поэтому к концу июля обычно уменьшается количество однолетних льдов относительно старых (рисунок 3).
Рисунок 3 – Распределение общей сплоченности и возрастного состава льдов по пути движения а/л «50 лет Победы» от северной границы Земли Франца-Иосифа до Северного полюса в пяти рейсах 2018 г. (между меридианами 45 º -55 º в.д.)
Ледяной покров по маршруту Земля Франца Иосифа – Северный полюс в 2018 г. характеризовался высокой сплоченностью, малым количеством разводий, высокой торосистостью, и большим количеством старых льдов относительно периода 2006-2011 гг. (процентное соотношение однолетних и старых льдов приведено в таблице 1). Тем не менее, средняя толщина ровного льда в 2018 году существенно уменьшилась. Средняя толщина старых льдов в 1991-1996 гг. составляла почти 250 см., в 2006-2011 гг. – 225 см, а в 2018 году произошло существенное уменьшение средней толщины старых льдов до 160 см. Средняя толщина однолетних льдов от 150 см в 1991-1996 гг. снизилась до 125 см в 2006-2011 гг. и достигла 90 см в 2018 г.
Таблица 1 – Количество однолетних и старых льдов по пути движения в июле (Земля Франца-Иосифа - Северный Полюс)
|
Год |
1991-1996 |
2006 |
2007 |
2008 |
2009 |
2010 |
2011 |
2018 |
|
Однолетние льды |
62% |
87% |
96% |
95% |
93% |
90% |
93% |
80% |
|
Старые льды |
38% |
13% |
4% |
5% |
7% |
10% |
7% |
20% |
Рисунок 4 – Средняя толщина ровного льда по данным визуальных наблюдений с борта ледоколов по маршруту плавания Земля Франца-Иосифа – Северный полюс в июле 1991-1996, 2006-2011 и 2018 гг.
Распределение и межгодовая изменчивость возрастного состава льдов, общей сплоченности и толщины льда является результатом сложных термодинамических и динамических процессов в Арктике, которые тесно взаимосвязаны друг с другом. За период специальных судовых наблюдений за ледяным покровом c 1991 года на участке Земля Франца-Иосифа – Северный полюс средняя толщина ровного льда в данном секторе Арктического бассейна уменьшилась на 85 см. При этом, средняя толщина старых льдов уменьшилась на 90 см, а однолетних – на 60 см. Основными причинами такой деградации толщины льда являются возрастание приземной температуры воздуха, изменения в структуре атмосферной циркуляции, изменения радиационного баланса вследствие изменения альбедо подстилающей поверхности, происходящих в последние десятилетия [4; 5; 6; 7; 8]. Полученные результаты за периоды 1991-1996 и 2006-2011 коррелируют с общими тенденциями в изменении возрастного состава и толщины льда, рассчитанными на основании измерений толщины подводной части льда с подводных лодок и на основе анализа спутниковых данных [9, 8 и ссылки в этой публикации].
Для оценки степени влияния каждого природного фактора требуется комплексная работа специалистов в различных областях науки: подробный анализ ледовой обстановки в морях, из которых лед вовлекается в трансарктический дрейф, а также в самом Арктическом бассейне, за несколько лет предшествующих анализируемому периоду. Требуется анализ скорости морских течений и дрейфа льда, изменения атмосферной циркуляции, температуры воздуха и т.д. Авторами данной работы проводится дальнейшая обработка и анализ всех данных, полученных в туристических рейсах с 1991 по 2018 гг. (а также и в других высокоширотных экспедициях), в том числе и инструментальных измерений толщины льда с помощью СТК, что позволит провести детальный анализ изменения состояния ледяного покрова в Арктическом бассейне.
Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ № 18-05-60048.
Список литературы:
2. Фролов С.В., Третьяков В.Ю., Клейн А.Э., Алексеева Т.А., Пряхин С.С.. Результаты наблюдений за толщиной ледяного покрова по данным высокоширотных арктических морских экспедиций. Вклад России в Международный полярный год 2007/2008. Океанография и морской лед. Москва-Санкт-Петербург. 2011 г., с. 374-385.
3. Наблюдения за ледовой обстановкой: Учебное пособие. – СПб.: ГУ «ААНИИ», 2009. 360 с.
4. Алексеев Г.В. Арктическое измерение глобального потепления. Лед и снег. 2014 №2 Т. 54 С. 53-68
5. Wang, J., Zhang, J., Watanabe, E., Ikeda, M., Mizobata, K., Walsh, J., Bai, X., and Wu, B.: Is the Dipole Anomaly a major driver to record lows in Arctic summer sea ice extent?, Geophys. Res. Lett., 36, L05706, doi:10.1029/2008GL036706, 2009.
6. Petoukhov V., Semenov V.A. A link between reduced Barents Kara sea ice and cold winter extremes over northern continents // Journ. of Geophys. Research. 2010. 115, D21111. doi.10.1029/2009JD013568
7. Liu Y., Key J.R., Wang X. The Influence of Changes in Cloud Cover on Recent Surface Temperature Trends in the Arctic // Journ. of Climate. 2008. V. 21. P. 705–715.
8. Иванов В.В., Алексеев В.А., Алексеева Т.А.,. Колдунов Н.В, Репина И.А., Смирнов А.В. Арктический ледяной покров становится сезонным? // Исследования Земли из космоса. 2013. № 4. C. 50–65.
9. Kwok R., Untersteiner N. The thinning of Arctic sea ice // Phys. Today. 2011. V. 41. P. 36–41.
References:
1. Rukovodstvo po proizvodstvu sudovyh special'nyh ledovyh nabljudenij. SPb.: AANII, 2011. (In Russian).
3. Nabljudenija za ledovoj obstanovkoj: uchebnoe posobie. [Observations of ice conditions: manual] SPb.: AANII, 2009. – 360 s. (In Russian).
4. Alekseev G.V. Arctic dimension of global warming. Led I sneg Journal. 2014 №2 V. 54 P. 53-68.
5. Wang, J., Zhang, J., Watanabe, E., Ikeda, M., Mizobata, K., Walsh, J., Bai, X., and Wu, B.: Is the Dipole Anomaly a major driver to record lows in Arctic summer sea ice extent?, Geophys. Res. Lett., 36, L05706, doi:10.1029/2008GL036706, 2009.
6. Petoukhov V., Semenov V.A. A link between reduced Barents Kara sea ice and cold winter extremes over northern continents // Journ. of Geophys. Research. 2010. 115, D21111. doi.10.1029/2009JD013568
7. Liu Y., Key J.R., Wang X. The Influence of Changes in Cloud Cover on Recent Surface Temperature Trends in the Arctic // Journ. of Climate. 2008. V. 21. P. 705–715.
8. Ivanov V.V., Alexeev V.A., Alekseeva T.A., Koldunov N.V., Repina I.A., Smirnov A.V. Does Arctic ocean ice cover become seasonal? // Issledovanie Zemli iz Cosmosa. 2013. V 4. p. 50–65.
9. Kwok R., Untersteiner N. The thinning of Arctic sea ice // Phys. Today. 2011. V. 41. P. 36–41.
