Изменение гидрометеорологического потенциала термоабразии берегов морей Российской Арктики

В статье приведены результаты анализа волноэнергетической и термической составляющих гидрометеорологического (ГМ) потенциала термоабразии берегов для девяти ключевых участков в западном и восточном секторах Российской Арктики за период с 1979 по 2017 г. Для расчетов теплового воздействия на берега, сложенные многолетнемерзлыми породами, использованы индексы таяния и замерзания, представляющие собой накопленную сумму среднесуточных температур теплого и холодного периодов соответственно. Волноэнергетическая составляющая рассчитана по методу Попова–Совершаева. В расчетах использованы данные гидрометеорологических станций (ГМС) и данные реанализов CFSR, CFSv2, MERRA, ERA5. Продолжительность ледового периода определена по спутниковым данным.

Установлено, что индекс таяния повсеместно растет устойчиво и значимо, суммарный ГМ потенциал термоабразии берегов, сложенных мерзлыми дисперсными породами, значимо возрастает в последние годы во всех районах Российской Арктики. На протяжении всего побережья от о. Колгуева до Чукотки наблюдается его увеличение как за счет термического, так и за счет волноэнергетического факторов. За период с 1979 по 2017 г. приращение ГМ потенциала термоабразии берегов составило в среднем 30–95% от среднемноголетнего значения, что в 1,2–3 раза превышает стандартную изменчивость. Наиболее значимые изменения отмечаются на о. Айон, характеризующемся самым суровым климатом, наименее значимые – в Лорино, на м. Чукочьем и в губе Буор-Хая. Увеличение ГМ потенциала термоабразии берегов происходит и за счет роста температур, и за счет увеличения потока энергии ветровых волн. Продолжительность безледного периода коррелирует и с температурами теплого сезона, и с энергией ветровых волн, и – наиболее сильно – с суммарным ГМ воздействием. Таким образом, продолжительность безледного периода выступает ведущим фактором в динамике арктических берегов, определяя температурные и волновые условия. Основную роль в динамике волноэнергетического фактора играет изменение повторяемости штормов волноопасных румбов.

1. Алексютина Д.М., Мазнев С.В., Белова Н.Г., Шилова О.С. Влияние криогенных процессов на динамику Уральского берега Байдарацкой губы Карского моря // Арктика и Антарктика. 2019. № 4. С. 84–96. DOI: 10.7256/2453-8922.2019.4.31604.

2. Арэ Ф.Э. Термоабразия морских берегов. М.: Наука, 1980. С. 5–40.

3. Великоцкий М.А. Особенности современной динамики берегов о. Колгуев // Динамика Арктических побережий России. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1998. С. 93–101.

4. Васильев А.А., Стрелецкая И.Д., Черкашев Г.А., Ванштейн Б.Г. Динамика берегов Карского моря // Криосфера Земли. 2006. Т. 10. № 2. С. 56–67.

5. Воскресенский К.С., Совершаев В.А. Роль экзогенных процессов в динамике арктических побережий // Динамика Арктических побережий России. М.: Изд-во Моск. ун-та. 1998. С. 35–48.

6. Григорьев М.Н. Криоморфогенез и литодинамика прибрежно-шельфовой зоны морей Восточной Сибири: автореф. дис. … д-ра геол.-минерал. наук. Якутск: Ин-т мерзлотоведения СО РАН, 2008. 40 с.

7. Григорьев М.Н., Разумов С.О., Куницкий В.В., Спектор В.Б. Динамика берегов восточных арктических морей России: основные факторы, закономерности и тенденции // Криосфера Земли. 2006. Т. 10. № 4. С. 74–94.

8. Кизяков А.И., Зимин М.В., Лейбман М.О., Правикова Н.В. Мониторинг скорости термоденудации и термоабразии на западном побережье острова Колгуев с использованием материалов космической съемки высокого разрешения // Криосфера Земли. 2013. Т. 17. № 4. С. 36–47.

9. Огородов С.А. Роль морских льдов в динамике рельефа береговой зоны. М.: Изд-во Моск. ун-та, 2011. 173 с.

10. Маслаков А.А. Современная динамика берегов Берингова и Чукотского морей. Закономерности формирования и воздействия морских, атмосферных опасных явлений и катастроф на прибрежную зону РФ в условиях глобальных климатических и индустриальных вызовов («Опасные явления»): материалы Международной научной конференции (г. Ростов-на-Дону, 13–23 июня 2019 г.). Ростов н/Д: Изд-во ЮНЦ РАН, 2019. С. 181–182.

11. Попов А.И. Об условиях формирования осадочно-криогенного комплекса в плейстоцене на приморских равнинах Субарктики // Проблемы криолитологии. 1983. Вып. 11. С. 19–37.

12. Попов Б.А., Совершаев В.А. Принципы выбора исходных данных для расчета потоков волновой энергии // Береговая зона моря. М.: Наука, 1981. С. 47–153.

13. Попов Б.А., Совершаев В.А. Некоторые черты динамики арктических берегов Азии // Вопросы географии. М.: Мысль, 1982. Вып. 119. С. 105–116.

14. Разумов С.О. Модель динамики льдистых берегов с переменными составляющими абразионной активности моря в нестационарных климатических условиях // Криосфера Земли. 2002. Т. VI. № 3. С. 35–44.

15. Разумов С.О., Григорьев М.Н. Береговые криогенные процессы как фактор дестабилизации углекисло-карбонатного равновесия в морях восточной Сибири // Криосфера Земли. 2011. Т. 15. № 4. С. 75–79. URL: http://www.izdatgeo.ru/pdf/krio/2011-4/75.pdf.

16. Суркова В., Соколова Л.А., Чичев А.Р. Многолетний режим экстремальных значений скорости ветра в Баренцевом и Карском морях // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 5. Геогр. 2015. № 5. С. 53–58.

17. Фартышев А.И. Особенности прибрежно-шельфовой криолитозоны моря Лаптевых. Новосибирск: Наука, 1993. 136 с.

18. Aleksyutina D., Ogorodov S., Shilova O.S. Simulation of coastal dynamics at the Kara Sea, Journal of Coastal Research, 2020, no. 95, p. 330–335.

19. Andersland O.B., Ladanyi B. Frozen ground engineering, 2nd edition. Hoboken, New Jersey, John Wiley & Sons, 2004, p. 10–50.

20. Atkinson D.E. Obs erved storminess patterns and trends in the circum-Arctic coastal regime, Geo-Mar Lett., 2005, vol. 25, p. 98–109, DOI: 10.1007/s00367-004-0191-0.

21. Atkinson D.E., Solomon S.M. A circumarctic environmental forcing database for coastal morphological prediction:development and preliminary analyses. Arctic Coastal Dynamics, V. Rachold, J. Brown, S. Solomon, J.L. Sollid (eds.), Rep. on Polar and Marine Res. Bremerhaven, AWI Publ., 2003, no. 443, p. 19–23.

22. Baranskaya A., Novi kova A., Shabanova N., Romanenko F., Ogorodov S. Late Quaternary and Modern Evolution of Permafrost Coasts at Beliy Island, Kara Sea, Journal of Coastal Research, 2020, vol. 95, p. 356–361, DOI: 10.2112/SI95-069.1.

23. Baranskaya A.V., Novikova A.V., Shabanova N.N., Belova N.G., Maznev S.V., Ogorodov S.A., Jones B.M. The role of thermal denudation in erosion of ice-rich permafrost coasts in an enclosed bay, Frontiers in Earth Science, 2021, vol. 8, 566227, DOI: 10.3389/feart.2020.566227.

24. Dee D.P., Uppala S.M ., Simmons A.J., Berrisford P., Poli P., Kobayashi S., Andrae U., Balmaseda M.A., Balsamo G., Bauer P., Bechtold P., Beljaars A.C.M., Berg de van 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., Rosnay de 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, DOI: 10.1002/qj.828.

25. Duan C., Dong S., Wang Z. Wave climate analysis in the ice-free waters of Kara Sea, Regional Studies in Marine Science, 2019, vol. 30, Article 100719, DOI: 10.1016/j.rsma.2019.100719.

26. GEBCO Compilation Group. G EBCO 2020 Grid, 2020, DOI: 10.5285/a29c5465-b138-234d-e053-6c86abc040b9.

27. Gelaro R., McCarty W., Suá rez M.J., et al. The Modern-Era Retrospective Analysis for Research and Applications, Version 2 (MERRA-2), J. Clim., 2017, vol. 30, iss. 14, p. 5419–5454, DOI: 10.1175/JCLI-D-16-0758.1.

28. Hersbach H., Bell B., Berrisford P. et al. The ERA5 Global Reanalysis, Quarterly Journal of Royal Meteorological Society, 2020, vol. 146, iss. 730, p.1999–2049, DOI: 10.1002/qj.3803.

29. Jones B.M., Arp C.D., Jorgenson M.T., Hinkel K.M., Schmutz J.A., Flint P.L. Increase in the rate and uniformity of coastline erosion in Arctic Alaska, Geophysical Research Letters, 2009, vol. 36, p. L03503, DOI: 10.1029/2008GL036205.

30. Lantuit H., Overduin P.P., Wetterich S. Recent progress regarding permafrost coasts, Permafrost Periglac., 2013, vol. 24, no. 2, p. 120–130, DOI: 10.1002/ppp.1777.

31. Myslenkov S., Platonov V., Kislov A., Silvestrova K., Medvedev I. Thirty-Nine-Year Wave Hindcast, Storm Activity, and Probability Analysis of Storm Waves in the Kara Sea, Russia, Water, 2021, vol. 13, no. 5, p. 648, DOI: 10.3390/w13050648.

32. Overland J., Dunlea E., Box J.E., Corell R., Forsius M., Kattsov V., Olsen M.S., Pawlak J., Reiersen L.-O., Wang M. The urgency of Arctic change, Polar Science, 2019, vol. 21, p. 6–13, DOI: 10.1016/j.polar.2018.11.008.

33. Poli P., Hersbach H., Dee D., Berrisford P., Simmons A., Vitart F., Laloyaux P., Tan D.G., Peubey C., Thépaut J., Trémolet Y., Hólm E., Bonavita M., Isaksen L., Fisher M.A. ERA-20C: An Atmospheric Reanal ysis of the Twentieth Century, Journal of Climate, 2016, vol. 29, p. 4083–4097, DOI: 10.1175/JCLI-D-15-0556.1.

34. Saha S., Moorthi S., Pan H.-L., Wu X., Wang J., Nadiga S., Tripp P., Kistler R., Woollen J., Behringer D., Liu H., Stokes D., Grumbine R., Gayno G., Wang J., Hou Y.-T., Chuang H.-Y., Juang H.-M., Sela J., Goldberg M. The NCEP Climate Forecast System Reanalysis, Bull. Amer. Meteor. Soc., 2010, vol. 91, p. 1015–1057.

35. Saha S., Moorthi S., Wu X., Wang J., Nadiga S., Tripp P., Behringer D., Hou Y.-T., Chuang H.-Y., Iredell M., Ek M., Meng J., Jang R., Mendez M., Dool van den H., Zhang Q., Wang W., Chen M., Becker E. The NCEP Climate Forecast System Version 2, Journal of Climate, 2014, vol. 27, iss. 6, p. 2185–2208, DOI: 10.1175/JCLI-D-12-00823.1.

36. Shabanov P.A., Shabanova N.N. Open water season changes over the Kara sea coastal zone: Marresalya example. IGARSS 2019 – 2019 IEEE International Geoscience and Remote Sensing Symposium, Yokohama, Japan, 2019, p. 4218–4221.

37. Savo V., Lepofsky D., Benner J.P., Kohfeld K.E., Bailey J., Lertzman K. Observations of climate change among subsistenceoriented communities around the world, Nat. Clim. Change, 2016, vol. 6, p. 462–473, DOI: 10.1038/nclimate2958.

38. Serreze M.C., Barrett A.P., Stroeve J.C., Kindig D.N., Holland M.M. The emergence of surface-based Arctic amplification, The Cryosphere, 2009, vol. 3, iss. 1, p. 11–19, DOI: 10.5194/tc-3-11-2009.

39. Shabanova N.N., Ogorodov S., Shabanov P., Baranskaya A. Hydrometeorological forcing of Western Russian arctic coastal dynamics: XX-century history and current state, Geography, Environment, Sustainability, 2018, vol. 11, no. 1, p. 113–129, DOI: 10.24057/2071-9388-2018-11-1-113-129.

40. Stopa J., Ardhuin F., Girard-Ardhuin F. Wave climate in the Arctic 1992–2014: seasonality and trends, The Cryosphere, 2016, vol. 10, no. 4, p. 1605–1629.

41. Liu Q., Babanin A., Zieger S., Young I., Guan C. Wind and wave climate in the Arctic Ocean as observed by altimeters, J. Climate, 2016, vol. 29, no. 22, p. 7957–7975.

42. Waseda T., Webb A., Sato K., Inoue J., Kohout A., Penrose B. Correlated increase of high ocean waves and winds in the ice-free waters of the Arctic Ocean, Scientific Reports, 2018, vol. 8, no. 1, DOI: 10.1038/s41598-018-22500-9.

43. IPCC. Climate Change 2014. AR5 Synthesis Report, 2014, URL: https://www.ipcc.ch/report/ar5/syr/ (дата обращения 01.05.2020).

44. C3S – Copernicus Climate Change Service: ERA5: Fifth generation of ECMWF atmospheric reanalyses of the global climate. Copernicus Climate Change Service Climate Data Store (CDS), 2017, URL: https://cds.climate.copernicus.eu/cdsapp#!/home (дата обращения 15.04.2019).

45. CFSR – Climate Data. Climate Forecast Syst em Reanalysis. NCAR, USA, URL: https://climatedataguide.ucar.edu/climate-data/climate-forecast-system-reanalysis-cfsr (дата обращения 15.04.2019).

46. OSI SAF. Global Sea Ice Concentration Climate Data Record v2.0 – Multimission, EUMETSAT SAF on Ocean and Sea Ice, 2017, DOI: 10.15770/EUM_SAF_OSI_0008 (дата обращения 01.05.2020).

47. OSI SAF. Global sea ice concentration interim climate data record 2016 onwards (v2.0), EUMETSAT on Ocean and Sea Ice, 2019, URL: http://osisaf.met.no/p/ice/ice_conc_reprocessed.html (дата обращения 01.05.2020).