Чувствительность температуры придонного слоя морей арктического шельфа к температуре воздуха в XX–XXIII вв. по данным CMIP6

   Проведено исследование чувствительности температуры придонного слоя (ТВ) морей арктического шельфа к изменениям температуры воздуха (ТА) для периода 1850–2300 гг. на основе результатов пяти моделей из ансамбля CMIP6 (Coupled Models Intercomparison Project, phase 6) при сценарии с высокими антропогенными выбросами парниковых газов. Анализ был проведен в терминах ансамблевой статистики, а не отдельных моделей. Изменения обеих переменных рассчитывались как разница средних значений соответствующей переменной между заранее выбранными интервалами времени. Эти интервалы характеризовали доиндустриальное состояние (1850–1900), современность (2005–2015), конец XXI в. (2090–2100) и конец XXIII в. (2290–2300). Для периода 2005–2015 гг. для морей сибирского и североамериканского шельфов коэффициенты чувствительности ∆TB/∆TА (∆ указывает на изменения относительно доиндустриального периода) составили менее 0,1 для среднегодовых и зимних значений и до 0,4 летом. Полученные результаты для летнего периода хорошо согласуются с имеющимися данными измерений для Восточно-Сибирского шельфа. Для Баренцева моря уже в этот период коэффициенты чувствительности выше: 0,17–0,44 для среднегодовых значений и от 0,4 до 0,6 для летних температур. В XXI–XXIII вв. коэффициенты чувствительности заметно вырастают, особенно для той части арктического шельфа, которая освобождается ото льда. Наиболее заметно это для летнего периода в морях сибирского и североамериканского шельфа, где осредненные по региону значения коэффициентов чувствительности составили до 0,5 от доиндустриального к концу XXI в. и выросли до 0,8 к концу XXIII в. Для последнего изменения состояния коэффициенты чувствительности летом в секторе Баренцева моря будут близки к единице. Предложены аналитические аппроксимации указанных зависимостей, позволяющие проводить вычисления с моделью термофизики донных отложений шельфа.

1. Елисеев А.В., Семенов В.А. Изменения климата Арктики в XXI в.: ансамблевые модельные оценки с учетом реалистичности воспроизведения современного климата // Доклады РАН. 2016. Т. 471. № 2. С. 214–218.

2. Малахова В.В., Елисеев А.В. Влияние диффузии солей на состояние и распространение многолетнемерзлых пород и зоны стабильности метан-гидратов шельфа моря Лаптевых // Лед и Снег. 2020а. Т. 60. № 4. С. 533–546. DOI: 10.31857/S2076673420040058.

3. Мохов И.И. Аналитические условия формирования арктического усиления в земной климатической системе // Доклады РАН. Науки о Земле. 2022. Т. 505. № 1. С. 103–108.

4. Плотников В.В., Вражкин А.Н., Мезенцева Л.И. и др. Изменчивость гидрометеорологического режима морей восточного сектора Арктики (Восточно-Сибирское, Чукотское) в современный период // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2020. Т. 331. № 7. С. 103–115.

5. Ростов И.Д., Дмитриева Е.В., Воронцов А.А. Тенденции климатических изменений термических условий моря Лаптевых за последние 37 лет // Вестник ДВО РАН. 2019. № 1 С. 97–107. DOI: 10.25808/08697698.2019.203.1.011.

6. Ardyna M., Arrigo K. Phytoplankton dynamics in a changing Arctic Ocean, Nat. Clim. Chang, 2020, vol. 10, p. 892–903, DOI: 10.1038/s41558-020-0905-y.

7. Bogoyavlensky V., Kishankov A., Yanchevskaya A. et al. Forecast of Gas Hydrates Distribution Zones in the Arctic Ocean and Adjacent Offshore Areas, Geosciences, 2018, vol. 8, p. 453, DOI: 10.3390/geosciences8120453.

8. Boyer Montégut de C., Madec G., Fischer A.S., Lazar A., Iudicone D. Mixed layer depth over the global ocean: An examination of profile data and a profile-based climatology, J. geophys. Res.: Oceans, vol. 109, C12003, DOI: 10.1029/2004JC002378.

9. Canadell J., Monteiro P., Costa M. et al. Global carbon and other biogeochemical cycles and feedbacks, Climate Change 2021: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change, V. Masson-Delmotte, P. Zhai, A. Pirani et al. (еds.), Cambridge University Press, Cambridge, UK, New York, N Y, USA, 2021, p. 673–816.

10. Collins M., Knutti R., Arblaster J. et al. Long-term climate change: Projections, commitments and irreversibility, Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change, T. Stocker, D. Qin, G.K. Plattner, M. Tignor et al. (еds.), Cambridge University Press, Cambridge, UK, New York, NY, USA, 2013, p. 1029–1136, URL: https://pure.iiasa.ac.at/10551.

11. Dmitrenko I., Kirillov S., Tremblay L. et al. Recent changes in shelf hydrography in the Siberian Arctic: Potential for subsea permafrost instability, J. Geophys. Res. Ocean, 2011, vol. 116, C10027, DOI: 10.1029/2011JC007218.

12. Gidden M., Riahi K., Smith S. et al. Global emissions pathways under different socioeconomic scenarios for use in CMIP6: A dataset of harmonized emissions trajectories through the end of the century, Geosci. Model. Dev., 2019, vol. 12, p. 1443–1475, URL: https://gmd.copernicus.org/articles/12/1443/2019/.

13. Golubeva E., Platov G., Malakhova V. et al. Modelling the long-term and inter-annual variability in the Laptev Sea hydrography and subsea permafrost state, Polar-forschung, 2018, vol. 87, p. 195–210, DOI: 10.2312/polarforschung.87.2.195.

14. Hersbach H., Bell B., Berrisford P. et al. The ERA5 global reanalysis, Q. J. R. Meteorol. Soc., 2020, vol. 146, p. 1999–2049, DOI: 10.1002/qj.3803.

15. Heuzé C., Heywood K., Stevens D., Ridley J. Changes in global ocean bottom properties and volume transports in CMIP5 models under climate change scenarios, J. Clim., 2015, vol. 28, p. 2917–2944, DOI: 10.1175/JCLI-D-14-00381.1.

16. Ivanov V. Arctic Sea Ice Loss Enhances the Oceanic Contribution to Climate Change, Atmosphere, 2023, vol. 14, p. 409, DOI: 10.3390/atmos14020409.

17. Kanamitsu M., Ebisuzaki W., Woollen J. et al. NCEP–DOE AMIP-II reanalysis (R-2), Bull. Am. Meteorol. Soc., 2002, vol. 83, p. 1631–1644, DOI: 10.1175/BAMS-83-11-1631.

18. Lamarque J.F. Estimating the potential for methane clathrate instability in the 1 %-CO₂ IPCC AR-4 simulations, Geophys. Res. Lett., 2008, vol. 35, L19806, DOI: 10.1029/2008GL035291.

19. Lique C., Johnson H., Plancherel Y. Emergence of deep convection in the Arctic Ocean under a warming climate, Clim. Dyn., 2018, vol. 50, p. 3833–3847, DOI: 10.1007/s00382-017-3849-9.

20. Malakhova V.V., Eliseev A.V. A Relationship between Changes of Surface Air and Sea Floor Temperatures at the Arctic Shelf from the Coupled Models Intercomparison Project, Phase 6 Data, Atmosphere, 2023, vol. 14, p. 1024, DOI: 10.3390/atmos14061024.

21. Malakhova V., Eliseev A. Uncertainty in temperature and sea level datasets for the Pleistocene glacial cycles: Implications for thermal state of the subsea sediments, Glob. Planet. Chang., 2020b, vol. 192, 103249, DOI: 10.1016/j.gloplacha.2020.103249.

22. Masson-Delmotte V., Zhai P., Pirani A. et al. Climate Change 2021: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change, Cambridge University Press: Cambridge, UK, New York, NY, USA, 2021, 2391 p.

23. Morice C.P., Kennedy J.J., Rayner N.A. et al. An updated assessment of near-surface temperature change from 1850: the HadCRUT5 data set, Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 2021, vol. 126, e2019JD032361, DOI: 10.1029/2019JD032361.

24. Notz D. SIMIP Community. Arctic sea ice in CMIP6, Geophys. Res. Lett., 2020, vol. 47, e2019GL086749, DOI: 10.1029/2019GL086749.

25. Nurser A., Bacon S. The Rossby radius in the Arctic Ocean, Ocean Sci., 2014, vol. 10, p. 967–975, DOI: 10.5194/os-10-967-2014.

26. Osadchiev A., Sedakov R., Frey D. et al. Intense zonal freshwater transport in the Eurasian Arctic during ice-covered season revealed by in situ measurements, Sci Rep., 2023, vol. 13, 16508, DOI: 10.1038/s41598-023-43524-w.

27. Previdi M., Smith K., Polvani L. Arctic amplification of climate change : A review of underlying mechanisms, Environ. Res. Lett., 2021, vol. 16, 093003, DOI: 10.1088/1748-9326/ac1c29.

28. Romanovskii N., Hubberten H.W. Results of permafrost modelling of the lowlands and shelf of the Laptev Sea region, Russia, Permafr. Perigl. Proc., 2001, vol. 12, p. 191–202, DOI: 10.1002/ppp.387.

29. Ruppel C., Kessler J. The interaction of climate change and methane hydrates, Rev. Geophys., 2017, vol. 55, p. 126–168, DOI: 10.1002/2016RG000534.

30. Shakhova N., Semiletov I., Chuvilin E. Understanding the permafrost-hydrate system and associated methane releases in the East Siberian Arctic Shelf, Geosciences, 2019, vol. 9, p. 251, DOI: 10.3390/geosciences9060251.

31. Shu Q., Wang Q., Årthun M. et al. Arctic Ocean Amplification in a warming climate in CMIP6 models, Sci. Adv., 2022, vol. 8, iss. 30, DOI: 10.1126/sciadv.abn9755.

32. Solomon S., Qin D., Manning M. et al. Climate Change 2007: The Physical Science Basis, Cambridge University Press, Cambridge, UK, New York, NY, US, 2007, 996 p.

33. Vinogradova E., Damm E., Pnyushkov A. et al. Shelf-sourced methane in surface seawater at the Eurasian continental slope (Arctic Ocean), Front. Environ. Sci., 2022, vol. 10, 811375, DOI: 10.3389/fenvs.2022.811375.