Сезонные и многолетние изменения турбулентных потоков тепла между морем и атмосферой в западном секторе Российской Арктики

Исследован современный режим турбулентного теплообмена с атмосферой над Баренцевым и Карским морями, рассчитаны оценки его пространственной, сезонной и синоптической изменчивости (1979–2018) по показателям среднеквадратичного отклонения. Показано, что на протяжении последних десятилетий области расположения очагов максимального энергообмена между поверхностью Баренцева моря и атмосферой существенно не изменились по сравнению с серединой и второй половиной XX в. Выявлено, что наибольшая сезонная и синоптическая изменчивость потоков тепла характерна для центральной и западной частей Баренцева моря. Получено, что оба показателя изменчивости в холодное время года в два-пять и более раз выше, чем в теплое, а пространственная неоднородность показателей изменчивости зимой примерно в два раза больше, чем летом. Количественные оценки показали, что в пределах акватории Баренцева моря пространственная изменчивость потоков зимой в пять-десять и более раз может превышать летние значения. Над Карским морем наибольшая неоднородность в поле потоков характерна для осеннего и начала зимнего сезонов. Определено, что годовые суммы потоков явного и скрытого тепла с поверхности Баренцева моря в среднем в три-четыре и в пять-шесть раз, соответственно, превышают значения для Карского моря, а в отдельные годы могут различаться в десятки раз. За исследуемый период единый тренд интегральной по акватории годовой величины потоков явного и скрытого тепла не выражен, хотя присутствуют разнонаправленные декадные колебания. Показано, что, несмотря на существенную разницу термического режима Баренцева и Карского морей и нижней атмосферы над ними, межгодовые изменения суммарных турбулентных потоков довольно хорошо синхронизированы, что свидетельствует об общности крупномасштабных гидрометеорологических процессов, влияющих на энергообмен между морями и атмосферой.

1. Алексеев Г.В. Проявление и усиление глобального потепления в Арктике // Фундаментальная и прикладная климатология. 2015. № 1. С. 11–26.

2. Атлас Арктики / под ред. А.Ф. Трешникова. М.: Главное управление геодезии и картографии при Совете министров СССР, 1985. 204 с.

3. Второй оценочный доклад Росгидромета об изменениях климата и их последствиях на территории Российской Федерации. М.: Росгидромет, 2014. 1008 с.

4. Гидрометеорология и гидрохимия морей СССР. Т. 1: Баренцево море. Вып. 1: Гидрометеорологические условия / под ред. Ф.С. Терзиева и др. Л.: Гидрометеоиздат, 1990. 280 с.

5. Доклад об особенностях климата на территории Российской Федерации за 2019 год. М., 2020. 97 с.

6. Заболотских Е.В., Мясоедов А.Г. Пространственно-временная изменчивость морского льда в Баренцевом море по данным измерений спутниковых микроволновых радиометров // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2017. Т. 14. № 5. С. 195–208.

7. Лаппо С.С., Гулев С.К., Рождественский А.Е. Крупномасштабное тепловое взаимодействие в системе «океан–атмосфера» и энергоактивные области Мирового океана. Л.: Гидрометеоиздат, 1990. 336 с.

8. Репина И.А., Артамонов А.Ю. Турбулентный теплообмен атмосферы и подстилающей поверхности в прибрежной зоне Антарктики по данным инструментальных наблюдений // Метеорология и гидрология. 2020. № 2. С. 45–52.

9. Репина И.А., Артамонов А.Ю., Смирнов А.С., Чечин Д.Г. Исследование взаимодействия океана и атмосферы в полярных районах в рамках международного полярного года // Метеорологические и геофизические исследования. Серия «Вклад России в Международный полярный год 2007/08», М.; СПб.: Paulsen AARI, 2011. C. 236–250.

10. Селиванова Ю.В., Тилинина Н.Д., Гулев С.К., Добролюбов С.А. Влияние ледового покрова в Арктике на турбулентные потоки тепла между океаном и атмосферой // Океанология. 2016. Т. 56. № 1. С. 18–22.

11. Суркова Г.В., Крылов А.А. Синоптические ситуации, способствующие формированию экстремальных значений скорости ветра в Баренцевом море // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 5. Геогр. 2016. № 6. C. 18–25.

12. Тилинина Н.Д., Гулев С.К., Гавриков А.В. Формирование экстремально высоких турбулентных потоков тепла из океана в атмосферу в Северной Атлантике // Океанология. 2016. T. 56. № 1. C. 5–9.

13. Berrisford P., Dee D., Poli P., Brugge R., Fielding K., Fuentes M., Kallberg P., Kobayashi S., Uppala S., Simmons A. The Era-Interim archive. Version 2.0, ERA Rep. Ser. no. 1 (Tech. Rep.), European Centre for Medium-Range Weather Forecasting (ECMWF), UK, Reading, 2011, 27 p.

14. Dee D.P., Uppala S.M., Simmons A.J., Berrisford P., Kobayashi P., Andrae S.U., Balmaseda M.A., Balsamo G., Bauer P., Bechtold P., Beljaars A.C.M., van de Berg L., Bidlot J., Bormann N., Delsol C., Dragani R., Fuentes M., Geer A.J., Haimberger L., Healy S.B., Hersbach H., Hólm E.V., Isaksen L., Kållberg P., Köhler M., Matricardi M., McNally A.P., Monge-Sanz B.M., Morcrette J.J., Park B.K., Peubey C., de Rosnay P., Tavolato C., Thépaut J.N., Vitart F. The ERA-Interim reanalysis: configuration and performance of the data assimilation system, Q.J.R. Meteorol. Soc., 2011, vol. 137, p. 553–597.

15. Ding Q., Schweiger A., L’Heureux M., Battisti D.S., PoChedley S., Johnson N.C., Blanchard-Wrigglesworth E., Harnos K., Zhang Q., Eastman R., Steig E.J. Influence of high – latitude atmospheric circulation changes on summertime Arctic sea ice, Nature Climate Change, 2017, no. 7(4), p. 289–295.

16. IPCC. 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.F. Stocker, D. Qin, G.-K. Plattner, M. Tignor, S.K. Allen, J. Boschung, A. Nauels, Y. Xia, V. Bex, P.M. Midgley (eds.), Cambridge, Cambridge University Press, United Kingdom and New York, USA, 2013, 1535 p.

17. Ivanov V.V., Varentsov M.I., Matveeva T.A., Repina I.A., Artamonov A., Khavina E. Arctic Sea Ice Decline in the 2010s: The Increasing Role of the Ocean – Air Heat Exchange in the Late Summer, Atmosphere, Molecular Diversity Preservation International (Switzerland), 2019, vol. 10, no. 4, p. 184.

18. Kislov A., Matveeva T. The Monsoon over the Barents Sea and Kara Sea, Atmospheric and Climate Sciences, 2020, vol. 10, p. 339–356.

19. Korablev A., Smirnov A., Baranova O. Climatological Atlas of the Nordic Seas and Northern North Atlantic, D. Seidov, A.R. Parsons (eds.), NOAA Atlas NESDIS 77, 2014, 122 p., dataset, DOI: 10.7289/V54B2Z78.

20. Lindsay R., Wensnahan M., Schweiger A., Zhang J. Evaluation of Seven Different Atmospheric Reanalysis Products in the Arctic, Journal of Climate, 2014, vol. 27, p. 2588–2606.

21. Muilwijk M., Smedsrud L.H., Ilicak M., Drange H.Atlantic Water heat transport variability in the 20th century Arctic Ocean from a global ocean model and observations, Journal of Geophysical Research: Oceans, 2018, vol. 123, p. 8159–8179, DOI: 10.1029/2018JC014327.

22. Proshutinsky A., Johnson M. Two circulation regimes of the wind driven Arctic Ocean, Journal of Geophysical Research, 1997, vol. 102, p. 12493–12512.

23. Rudeva I., Gulev S.K. Climatology of cyclone size characteristics and their changes during the cyclone life cycle, Monthly Weather Review, American Meteorological Society (United States), 2007, vol. 135, p. 2568–2587.

24. Serreze M.C., Barry R.G. Processes and impacts of Arctic amplification: A research synthesis, Global Planet Change, 2011, vol. 77, p. 85–96.

25. Wang Y., Bi H., Huang H., Liu Yanxia, Liu Yilin, Xi L., Fu M., Zhang Z. Satellite-observed trends in the Arctic sea ice concentration for the period 1979–2016, Journal Ocean. Limnol., 2019, vol. 37, p. 18–37, DOI: 10.1007/s00343-019-7284-0.

26. Zhou C., Wang K. Evaluation of Surface Fluxes in ERA-Interim Using Flux Tower Data, Journal of Climate, 2016, vol. 29, p. 1573– 1582.

27. Электронные ресурсы Boeke R.C., Taylor P.C. Seasonal energy exchange in sea ice retreat regions contributes to differences in projected Arctic warming, Nat. Commun., 2018, vol. 9, p. 5017, URL: https://doi.org/10.1038/s41467-018-07061-9 (дата обращения 22.11.2019).

28. ECMWF (Европейский центр среднесрочных прогнозов погоды), реанализ ERA-Interim. URL: https://www.ecmwf.int/en/forecasts/datasets/reanalysis-datasets/era-interim (дата обращения 22.11.2019).

29. NOAA (Национальное управление океанических и атмосферных исследований, США). URL: https://www.cpc.ncep.noaa.gov/data/teledoc (дата обращения 15.11.2020).