Многомерный подход к установлению связи долгопериодных колебаний ледовитости с гидрометеорологическими и астрогеофизическими предикторами и получение вероятностных моделей (1) - (4) открывает возможности использовать разработанный подход для получения статистических уравнений диагноза и прогноза.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
На основании архивных данных и новой информации о среднемесячных значениях ледовитости исследованы климатические изменения сезонных и межгодовых колебаний площади ледяного покрова и установлены общие черты и различия колебаний ледовитости морей Северо-Европейского бассейна.
Выделены 3 кластера внутригодовых циклов ледового режима Гренландского и Баренцева морей, объединившие годы с наибольшей площадью льдов как в зимний, так и в летний периоды, годы средней ледовитости и годы с наименьшей ле- довистостью.
Корреляционный анализ подтвердил установленное ранее влияние зимнего и летнего состояния ледяного покрова на площадь льдов в последующие месяцы.
Показана сопряженность изменения средних десятилетних величин ледовитости морей в апреле и августе со средними декадными индексами атмосферной циркуляции AO, PNA, NAO и индексом теплового состояния Северной Атлантики AMO.
Выполнен анализ структуры циклических колебаний зимней и летней ледовитости в морях. В Гренландском море спектральная плотность колебаний 22, 9-11 и 6-7 лет отличается от спектральной плотности этих колебаний в Баренцевом море. В летний период в Гренландском море спектр в значительной степени отличается от такового в зимний сезон. Спектральная плотность колебаний в Баренцевом море летом подобна таковой в зимний период.
Установлена связь межгодовых изменений ледовитости и средних годовых значений таких астрогеофизических параметров, как долготная координата положения полюса Земли Y, индексы нутации оси Земли dEps и dPsi, индекс скорости вращения Земли lod (length of day), индекс солнечной активности Sun (среднегодовое число Вольфа), среднее за шесть месяцев расстояние от Солнца до Земли в летний SX-III и зимний SX-III периоды. Значимые парные коэффициенты корреляции достаточно большие (R = |0,30|-|0,56|) для обоих морей, сравнимые с коэффициентами корреляции между ледовитостью и средней годовой температурой воздуха T, свидетельствуют о реальности существования реакции ледовитости на изменения астрофизических факторов.
Впервые получены статистические уравнения связи долгопериодных колебаний ледовитости с гидрометеорологическими и астрогеофизическими факторами. Общий коэффициент корреляции варьирует в пределах R = 0,80-0,87. В Гренландском море доля вклада астрогеофизических факторов в долгопериодные изменения ледовито- сти как зимнего, так и летнего сезона превосходит вклад гидрометеорологических факторов в 3-4 раза. В Баренцевом море вклад в общую дисперсию астрогеофизических факторов в зимний период несколько меньше вклада гидрометеорологических факторов, а в летний период превосходит всего лишь в 1,4 раза.
Авторский подход к исследованию климатических изменений сезонных и долгопериодных колебаний ледовитости в Гренландском и Баренцевом морях может быть использован для анализа долгопериодных колебаний ледовитости других арктических морей. Использование физико-статистического подхода для получения прогностических уравнений долгопериодных и климатических изменений ледовитости требует дополнительных исследований и верификации с учетом региональных особенностей каждого моря.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Захаров В.Ф. Льды Арктики и современные природные процессы. Л.: Гидрометеоиздат, 1976. 96 с.
2. Зубакин ГК. Крупномасштабная изменчивость состояния ледяного покрова морей СевероЕвропейского бассейна. Л.: Гидрометеоиздат, 1987. 160 с.
3. Миронов Е.У. Ледовые условия в Гренландском и Баренцевом морях и их долгосрочный прогноз. СПб.: ААНИИ, 2004. 319 с.
4. НикифоровЕ.Г., ШпайхерА.О. Закономерности формирования крупномасштабных колебаний гидрологического режима Северного Ледовитого океана. Л.: Гидрометеоиздат, 1980. 269 с.
5. ВизеВ.Ю. Климат морей Советской Арктики. М.; Л.: Изд-во Главсевморпути, 1940. 124 с.
6. Визе В.Ю. Колебания солнечной активности и ледовитости полярных морей: Доклады юбилейной сессии Арктического института. Л.: Изд-во Главсевморпути, 1944. 7 с.
7. ВизеВ.Ю. Основы долгосрочных ледовых прогнозов. М.: Изд-во Главсевморпути, 1944. 273 с.
8. ЛебедевА.А. Крупные аномалии ледовитости Северо-Европейского бассейна // Тр. ААНИИ. 1994. Т. 432. С. 63-83.
9. Лебедев А.А., Уралов Н.С. Прогнозирование ледовитости Гренландского моря в связи с особенностями теплового состояния Атлантического океана и атмосферной циркуляции // Проблемы Арктики и Антарктики. 1977. Вып. 50. С. 36-39.
10. Лебедев А.А. Особенности структуры и закономерности многолетней изменчивости ледовитости североатлантических морей // Тр. ААНИИ. 1985. Т 396. С. 122-133.
11. ТрегубоваМ.В., Прокофьев ОМ., Мухина А.В. Многолетняя динамика ледовитости Гренландского моря в условиях современных климатических изменений // Символ науки. 2015. Вып. 5. С. 265-267.
12. Матишов ГГ, Дженюк С.Л., Денисов В.В., Жичкин А.П., Моисеев Д.В. Учет вековой динамики климата Баренцева моря при планировании морской деятельности // Труды Кольского научного центра РАН. Серия «Океанология». 2013. Вып. 1 (14). С. 56-71.
13. Жичкин А.П. Динамика межгодовых и сезонных аномалий ледовитости Баренцева и Карского морей // Вестник Кольского научного центра РАН. 2015. Вып. 1 (20). С. 55-64.
14. Крашенинникова С.Б., Крашенинникова М.А. Причины и особенности долговременной изменчивости ледовитости Баренцева моря // Лед и Снег. 2019. Т 59. № 1. С. 112-122.
15. ТимоховЛ.А., ВязигинаН.А.,МироновЕ.У., ПоповА.В. Особенности сезонной и межгодовой изменчивости ледяного покрова Гренландского моря // Лед и Снег. 2018. Т. 58 (1). С. 127-134. doi.org/10.15356/2076-6734-2018-1-127-134.
16. Единая система информации об обстановке в Мировом океане. URL: http://www.aari.ru/ projects/ECIMO/index.php (дата обращения 24.06.2019).
17. ThompsonD.W.J., Wallace J.M. The Arctic Oscillation signature in the wintertime geopotential height and temperature fields // Geophysical Research Letters. 1998. V 25. № 9. P 1297-1300. doi:10.1029/98GL00950.
18. Janout M., AksenovY., Holemann J., Rabe B., Schauer U., Polyakov I., Bacon S., Coward A., Karcher M., Lenn Y.D., Kassens H., Timokhov L. Kara Sea freshwater transport through Vilkitsky Strait: Variability, forcing and further pathways toward the western Arctic Ocean from a model and observations // Geophysical Research Letters. 2016. V 43 (1). P 264-272. doi 10.1002/2015GL066565.
19. Теория вероятностей и математическая статистика. URL: http://statistica.ru/theory/ (дата обращения 24.06.2019).
20. Атлас Арктики. М.: ГУ Геодезии и картографии, 1985. 204 с.
21. Dese C., Teng H. Evolution of Arctic Sea ice concentration trends and the role of atmospheric circulation forcing, 1979-2007 // Geophysical Research Letters. 2008. V 35. L02504. doi:10.1029/2007GL032023.
22. LevitusS., Matishov G., SeidovD., SmolyarI. Barents Sea multidecadal variability // Geophysical Research Letters. 2009. V. 36. L19604. doi:10.1029/2009GL039847.
23. SorteberA., Kvingedal B. Atmospheric forcing on the Barents Sea winter ice cover. // Journal of Climate. 2006. V 19. P. 4772-4784.
24. Zhang X., Sorteber A., Zhang J., Gerdes R., Comiso J.C. Recent radical shifts of atmospheric circulations and rapid changes in Arctic climate system // Geophysical Research Letters. 2008. V. 35. L22701. doi:10.1029/2008GL035607.
25. Фролов И.Е., Гудкович З.М., Карклин В.П., Ковалев Е.Г., Смоляницкий В.М. Научные исследования в Арктике. Т 2. Климатические изменения ледяного покрова Евразийского шельфа. СПб.: Наука, 2007. 135 с.
26. МаксимовИ.В. Геофизические силы и воды океана. Л.: Гидрометеоиздат, 1970. 447 с.
27. Слепцов-ШевлевичБ.А., БаяриновА.М. Солнечный ветер, вращение Земли и климат. СПб., 2002. 159 с.
28. Медведев И.П., Куликов Е.А., Рабинович А.Б., Лапшин В.Б. Чандлеровские биения и полюсный прилив в Северном и Балтийском морях // Гелиогеофизические исследования. 2018. Вып. 18. С. 9 -17.
29. Zakharov V.F L'dy Arktiki i sovremennye prirodnye protsessy. Arctic ice and modern natural processes. Leningrad: Gidrometeoizdat, 1976: 96 p. [In Russian].
30. Zubakin G.K. Krupnomasshtabnaia izmenchivost' sostoianiia ledianogo pokrova morei Severo- Evropeiskogo basseina. Large-scale variability of the state of the ice cover of the seas of the North European Basin. Leningrad: Gidrometeoizdat, 1987: 160 p. [In Russian].
31. Mironov E.U. Ledovye usloviia v Grenlandskom i Barentsevom moriakh i ikh dolgosrochnyi prognoz. Ice conditions in the Greenland and Barents Seas and their long-term forecast. St. Petersburg: AARI, 2004: 319 p. [In Russian].
32. Nikiforov EG, Shpayher A.O. Zakonomernosti formirovaniia krupnomasshtabnykh kolebanii gidrologicheskogo rezhima Severnogo Ledovitogo okeana. Patterns of formation of large-scale fluctuations of the hydrological regime of the Arctic Ocean. Leningrad: Gidrometeoizdat, 1980: 269 p. [In Russian].
33. Wiese V.Yu. Klimat morei Sovetskoi Arktiki. Climate of the Seas of the Soviet Arctic, Moscow; Leningrad: Glavsevmorput Publishing, 1940: 124 p. [In Russian].
34. Wiese V.Yu. Kolebaniia solnechnoi aktivnosti i ledovitostipoliarnykh morei. Doklady iubileinoi sessiiArkticheskogo instituta. Oscillations of solar activity and ice cover of polar seas. Reports of the jubilee session of the Arctic Institute, Leningrad: Glavsevmorput Publishing, 1944: 7 p. [In Russian].
35. Wiese V.Yu. Osnovy dolgosrochnykh ledovykhprognozov Fundamentals of long-term ice forecasts, Moscow: Glavsevmorput Publishing, 1944: 274 p. [In Russian].
36. Lebedev A.A. Large-scale anomalies of the ice cover of the North European Basin. Trudy Arkticheskogo i Antarkticheskogo nauchno-issledovatel'skogo instituta. Proc. of AARI. 1994, 432: 63-83. [In Russian].
37. LebedevA.A., Uralov N.S. Forecasting the ice coverness of the Greenland Sea due to the peculiarities of the thermal state of the Atlantic Ocean and atmospheric circulation. ProblemyArktiki i Antarktiki. Problems of Arctic and Antarctic. 1977, 50: 36-39. [In Russian].
38. Lebedev A.A. Features of the structure and regularities of the long-term variability of the ice cover of the North Atlantic seas. TrudyArkticheskogo iAntarkticheskogo nauchno-issledovatel 'skogo instituta. Proc. of AARI. 1985, 396: 122-133. [In Russian].
39. TregubovaM.V, Prokofyev O.M., Mukhina A.V The long-term dynamics of the ice cover of the Greenland Sea in the context of current climate change. Simvol nauki. Symbol of Science. 2015, 5: 265-267. [In Russian].
40. Matishov G.G., DzhenyukS.L., Denisov VV, Zhichkin A.P., MoiseevD.VTaking into account the century-old climate dynamics of the Barents Sea when planning maritime activities. Trudy Kol 'skogo nauchnogo tsentra RAN. Seriia «Okeanologiia». Proceedings of the Kola Scientific Center of the Russian Academy of Sciences. Series “Oceanology”. 2013, 1 (14): 56-71. [In Russian].
41. Zhichkin A.P. Dynamics of interannual and seasonal anomalies in the ice cover of the Barents and Kara seas. Vestnik Kolskogo nauchnogo centra RAN. Bulletin of the Kola Scientific Center of the Russian Academy of Sciences. 2015, 1 (20): 55-64. [In Russian].
42. Krasheninnikova S.B., Krasheninnikova M.A. Causes and features of the long-term variability of the ice cover of the Barents Sea. Ledisneg. Ice and Snow. 2019, 59, 1: 112-122. doi.org/10.15356/2076- 6734-2019-1-112-122 [In Russian].
43. TimokhovL.A., VyaziginaN.A., MironovE.U., PopovA.V Seasonal and inter-annual variability of the ice cover in the Greenland Sea. Led i sneg. Ice and Snow. 2018, 58 (1): 127-134. https://doi. org/10.15356/2076-6734-2018-1-127-134 [In Russian].
44. Unified system of information about the situation in the oceans. Available at: http://www.aari.ru/ projects/ECIMO/index.php (accessed 13.06.2019).
45. Thompson D.W.J., Wallace J.M. The Arctic Oscillation signature in the wintertime geopotential height and temperature fields. Geophysical Research Letters. 1998, 25, 9: 1297-1300. doi:10.1029/98GL00950.
46. Janout M., AksenovY., Holemann J., Rabe B., Schauer U., Polyakov I., Bacon S., Coward A., KarcherM., Lenn Y. D., Kassens H., Timokhov L. Kara Sea freshwater transport through Vilkitsky Strait: Variability, forcing and further pathways toward the western Arctic Ocean from a model and observations. Geophysical Research Letters. 2016, 43(1): 264-272. doi 10.1002/2015GL066565.
47. Teoriia veroiatnostei i matematicheskaia statistika. Theory of Probability and Mathematical Statistics. Available at: http://statistica.ru/theory/ (accessed 13.06.2019).
48. Atlas Arktiki. Atlas of the Arctic. Moscow: Central Directorate for Geodesy and Cartography, 1985: 204 p. [In Russian].
49. Dese C., Teng H. Evolution of the Arctic Sea ice concentration trends, 1979-2007. Geophysical Research Letters. 2008, 35. L02504, doi: 10.1029 / 2007GL032023.
50. Levitus S., Matishov G., SeidovD., Smolyar I. Barents Sea multidecadal variability. Geophysical Research Letters. 2009, 36. L19604. doi:10.1029/2009GL039847.
51. Sorteber. A., KvingedalB. Atmospheric for ice coverings. Journal of Climate, 2006. 19: 4772-4784.
52. Zhang X., Sorteber A., Zhang J., Gerdes R., Comiso J.C. Recent radical shifts of atmospheric circulations and rapid changes in Arctic climate system. Geophysical Research Letters. 2008, 35. L22701, doi: 10.1029 / 2008GL035607.
53. FrolovI.E., Gudkovich Z.M., Karklin VP., KovalevE.G., Smolyanitsky VM. Nauchnye issledovaniia vArktike. T. 2. Klimaticheskie izmeneniia ledianogopokrova Evraziiskogo shel'fa. Scientific research in the Arctic. V. 2. Climatic changes in the ice cover of the Eurasian shelf. St. Petersburg: Science, 2007: 135 p. [In Russian].
54. MaksimovI.V. Geofizicheskiesilyivody okeana. Geophysical forces and ocean waters. Leningrad: Gidrometeoizdat, 1970: 447 p. [In Russian].
55. Sleptsov-Shevlevich B.A., Bayarinov A.M. Solnechnyi veter, vrashchenie Zemli i klimat. Solar wind, Earth's rotation and climate. St. Petersburg, 2002: 159 p. [In Russian].
56. Medvedev I.P, Kulikov E.A., RabinovichA.B., Lapshin VB. Chandler beats and polar tide in the North and Baltic seas. Geliogeofizicheskie issledovaniia. Heliogeophysical studies issue. 2018, 18: 9-17. [In Russian].