Статья: Климатические изменения сезонных и долгопериодных колебаний Ледовитости Гренландского и Баренцева морей

Наименьшая величина площади льдов (см. табл. 1) наблюдалась преимущественно в сентябре в Баренцевом море в 58 % случаях и в Гренландском море -- в 67 %. Наибольшая площадь льдов в Баренцевом море фиксировалась чаще всего в апреле (46 % случаев), тогда как в Гренландском наиболее часто максимум ледовитости приходится на март -- 46 %. Средняя скорость изменения площади льдов С рассчитывалась по формуле С. = (L - L.-х)/2.

Величины стандартных отклонений для обоих морей в зимний период (1314.103 км2) почти в два раза больше, чем в летний период (6-7.103 км2). При этом минимальные значения стандартного отклонения для Баренцева моря приходятся на август-сентябрь, что соответствует периоду наименьшей площади льда. Тогда как в Гренландском море минимум стандартных отклонений приходится на октябрь- ноябрь, сдвигаясь относительно наименьшей ледовитости. Степень вариаций, пред- ставляющая собой отношение стандартного отклонения к средней площади льдов (см. табл. 1), возрастает в летние месяцы и уменьшается в осенний период, достигая минимума зимой, затем вновь увеличивается в весенний период.

Таблица 1 - Статистические характеристики внутригодовых изменений площади льдов

ледовитость гренландский баренцево море

Наибольшая скорость увеличения площади льдов, рассчитанная по формуле С. = (L.+i - L.--1)/2, отмечается в октябре-декабре как для Гренландского, так и для Баренцева моря (10,3-13,0.103 км2 и 5,5-6,0.103 км2 в месяц соответственно). Наибольшая скорость сокращения площади льдов наблюдается в июне в Баренцевом море (18,0.103 км2 в месяц) и в июле в Гренландском (7,7.103 км2 в месяц). Причем как сокращение, так и увеличение площади льдов в Баренцевом море проявляется более интенсивно, чем в Гренландском, а скорость изменения площади льдов в 2-3 раза больше.

Несмотря на большую внутригодовую изменчивость площадей льдов, удается выделить классы (кластеры) подобных сезонных циклов. Для их классификации использовались два метода: метод Уорда и К-средних. В качестве критерия близости при использовании метода К-средних было выбрано Евклидово расстояние [19]. В результате как для Гренландского, так и для Баренцева морей были выделены кластера, в которые вошли группы лет подобных сезонных циклов, представленные в табл. 2.

Годовые циклы каждого кластера были осреднены, и получены графики (рис. 3). В кластер К1 вошли годы с наибольшей площадью льдов как в зимний, так и в летний периоды. Кластер К2 объединил годы средней ледовитости, а в кластер К3 вошли годы с наименьшей ледовистостью Гренландского и Баренцева морей. Из анализа лет, вошедших в кластеры К1-К3 для обеих акваторий, следует, что подобие сезонных циклов на фоне малой и большой ледовитости сохраняется от одного сезона до лет. Причем для Гренландского моря установленная закономерность справедлива для всех выделенных кластеров, а для Баренцева моря закономерность справедлива для периодов малой ледовитости. На фоне средней ледовитости в Баренцевом море подобие циклов может сохраняться до 8-12 лет. Для группы лет 1-го и 2-го кластеров максимальное развитие площади льдов наступало асинхронно: в ГМ среднем в феврале, а в БМ в апреле. Минимальная площадь льдов в среднем для обеих акваторий наблюдалась в сентябре.

Таблица 2 - Группы лет подобных сезонных циклов трех кластеров для Баренцева и Гренландского морей

Месяцы

Рис. 3 - Сезонные изменения площади льдов Гренландского (а) и Баренцева (б) морей, полученные осреднением месячных данных лет, входящих в кластеры К1-К3

Fig. 3 - Seasonal changes in the area of ice of the Greenland (a) and Barents (б) Seas, obtained by averaging the monthly data of the years included in the K1-K3 clusters

До 1969 г. в Гренландском море и до 1980 г. в Баренцевом море сезонные циклы формировались на фоне большой и средней ледовитости. В период с 1969 г. до 1998 г. (ГМ) и с 1981 г. по 1994 г. (для БМ) сезонные циклы развивались на фоне средней ледовитости в обеих акваториях, а с 1999 г. в ГМ и с 1995 г. в БМ сезонные циклы протекали на фоне малой ледовитости моря. Очевидно, что наблюдается генеральное сходство выделенных периодов групп лет с некоторым запаздыванием для Баренцева моря относительно Гренландского.

Корреляционный анализ позволил установить влияние зимнего и летнего состояния ледяного покрова на площадь льдов в последующие месяцы. Результаты расчетов (табл. 3) показывают, что зима (февраль-март для Гренландского и апрель-май для Баренцева морей) имеет значимую связь (при уровне значимости 0,05) со всеми месяцами до конца текущего календарного и последующего года. В Гренландском море связь зимней ледовитости с последующими сезонами уменьшается до августа, после чего возрастает, достигая максимума R = 0,66 для ледовитости в декабре-январе (табл. 3). В Баренцевом море корреляционная связь несколько иная: связь ледовитости в апреле-мае вначале уменьшается до R = 0,25 для октября-ноября, а затем увеличивается до R = 0,58 для ледовитости в феврале-марте следующего года (табл. 3).

Статистическая связь летнего состояния ледяного покрова с ледовитостью последующих сезонов несколько отличается в ГМ и БМ. Значение коэффициента корреляции летней площади льдов (август-сентябрь) Гренландского моря с площадью льдов последующих месяцев уменьшается до июня-июля следующего года, затем несколько увеличивается до R = 0,54 в период август-сентябрь последующего года и после уменьшения достигает максимума R = 0,58 в декабре-январе последующего года (см. табл. 3). В Баренцевом море значение коэффициента корреляции летней площади льдов (август-сентябрь) с площадью льдов последующих месяцев уменьшается до апреля-мая следующего года, а затем достигает максимума R = 0,63 в августе-сентябре следующего года (см. табл. 3). Таким образом, летняя ледовитость морей сохраняет свое влияние на состояние ледяного покрова летом следующего года, причем влияние несколько больше, чем влияние зимы на лето.

Таблица 3 - Коэффициенты корреляции R между изменениями площади льдов зимой* и летом** и изменениями площади льдов в последующие пары месяцев текущего года, последующего года*** и следующего за ним года****

Примечания. Для всех коэффициентов корреляции критерий Стьюдента равен ±0,21 при уровне значимости 0,05; * -- февраль-март (Гренландское море) и апрель-май (Баренцево море); ** -- август-сентябрь (Гренландское и Баренцево моря); *** -- +1 год; **** -- +2 года.

Результат корреляционного анализа согласуется с результатами кластерного анализа. Как отмечалось выше, подобие внутригодовых циклов может сохраняться в среднем 2-3 года. В этом случае можно говорить о приемственности состояния ледяного покрова внутри годового цикла, когда предыстория состояния ледяного покрова, в определенной мере, определяет текущую фазу.

Установленная эмпирическая закономерность имеет важное значение для понимания процесса формирования ледового режима и может быть использована при построении статистических моделей диагноза и прогноза ледовитости морей.

ДОЛГОПЕРИОДНЫЕ КОЛЕБАНИЯ ЛЕДОВИТОСТИ

Характер декадных изменений ледовитости морей демонстрирует рис. 4, на котором приведены аномалии ледовитости морей относительно тренда за период 1930-2016 гг., осредненные за десятилетия для зимнего и летнего периодов.

Пики значительного уменьшения ледовитости приходятся на 19301950-е и 2000-2010-е гг., а период значительного увеличения ледовитости отмечается в 60-80-х гг. прошлого столетия и несколько меньшее увеличение -- в 1990-е гг. Знак аномалий ледовитости в морях преимущественно совпадал. Но в зимний период в 1940-х и 1950-х годах и в летний период в 1940-х гг. знаки аномалий ледовитости были противоположными. Также зимой (апрель) в 1980-е гг. знаки аномалий ледовитости не совпадали (см. рис. 4). Из анализа следует, что преимущественная сопряженность декадных изменений ледовитости Гренландского и Баренцева морей эпизодически прерывается оппозиционными изменениями.

Чтобы определить роль гидрометеорологических факторов в формировании климатических стадий ледовитости, нами были построены гистограммы гидрометеорологических индексов, осредненных за периоды климатических стадий. Как видно из рис. 5, в период уменьшения ледовитости (2003-2015 гг.) индексы AMO (синий), AD (арктический диполь, серый) и PNA (красный) имеют большие положительные значения, незначительные величины индекса AO (зеленый) и глубокая отрицательная фаза NAO (желтый). Последнее приводит к усилению адвекции теплых атлантических вод, как в Баренцево, так и в Гренландское море. Притом наблюдается усиление субтропического максимума давления и углубление Исландского минимума, возникают зоны больших градиентов между этими атмосферными образованиями и, соответственно, увеличивается частота и сила ветров, несущих с Атлантики теплый и влажный воздух в Западную Арктику. Усиливается антициклоническая деятельность субтропического происхождения над Европой. При положительных фазах AD и PNA наблюдается понижение давления над Карским морем и морем Лаптевых и его повышение над Канадским архипелагом, а также ослабление зональной составляющей и усиление меридионального переноса, учащение антициклонической деятельности. Увеличение продолжительности этих процессов приводит к значительному и длительному уменьшению ледовитости.