Статья: Пространственное положение кромки льдов в августе - сентябре в восточных морях России в начале XXI в.

ГНЦ РФ Арктический и антарктический научно-исследовательский институт

Пространственное положение кромки льдов в августе - сентябре в восточных морях России в начале XXI в.

А.Г. Егоров

РЕЗЮМЕ

По данным наблюдений за 1981-2018 гг. проведен анализ широтного положения кромки льдов в августе - сентябре в восточных морях Российской Арктики (Лаптевых, Восточно-Сибирском, Чукотском). Установлено, что исходный ряд состоит из двух существенно различающихся частей: 1981-2001 гг. с устойчиво южным положением кромки и 2002-2018 гг. с устойчиво северным положением кромки. При этом размах колебаний в положении кромки между экстремальными годами составляет около 1000 км. Показано, что режим пространственного смещения кромки на север отличается в западной и восточной части акватории, по разные стороны от Новосибирских островов. В течение 2002-2010 гг. наибольшее смещение кромки на север наблюдалось в Чукотском и Восточно-Сибирском морях (максимум 2007 г.), а в течение 2011-2018 гг. -- в море Лаптевых (максимум 2014 г.). Исходя из волновой природы колебательного изменения положения границы льдов, предполагается, что в течение 2020-х гг. следует ожидать некоторого возвратного движения кромки льдов в южном направлении.

Ключевые слова: Восточно-Сибирское море, кромка льдов в конце летнего периода, ледяной покров арктических морей России, многолетняя изменчивость ледовых условий, море Лаптевых, Чукотское море.

SPATIAL LOCATION OF ICE EDGE IN AUGUST - SEPTEMBER IN THE RUSSIA'S EASTERN SEAS IN EARLY 21st CENTURY

Alexander G. Egorov

State Scientific Center of the Russian Federation Arctic and Antarctic Research Institute

SUMMARY

The goal of the present paper is to analyze the spatial-temporal variability of ice edge location in the Eastern Arctic seas of Russia (the Laptev, East-Siberian and Chukchi Seas) in late summer (August-September) during the period from 1981 to 2018, as well as to estimate the multi-year changes taking place in the 21^st century. The special archive containing the information on latitude position of ice edge at the meridians between the Severnaya Zemlya Archipelago and Alaska was developed; the data of AARI (Arctic and Antarctic Research Institute) specialized observations and satellite images were used.

The inter-annual variability of ice edge position in the total area shows that the entire period 1981-2018 consists of two significantly different parts: the interval from 1981 to 2001 with southern ice edge position (mean latitude in September comprised 74,9° N), and the interval from 2002 to 2018 with northern ice edge position (mean latitude 78,7° N). The difference between the extreme values of ice edge latitude at some meridians reached 9 degrees of latitude (about 1000 km).

During the period from 2002 to 2018, the area of mostly active northward displacement of ice edge moved generally from east to west. From 2002 to 2010, the maximum northward displacement of ice edge was observed in the East-Siberian and Chukchi Seas; in 2007 the extreme northern position of ice edge was registered to the east of the New Siberia Archipelago (mean latitude comprised 84,0° N). However, during 2011-2018, the maximum northward displacement of ice edge was observed in the Laptev Sea; in 2014 the extreme northern position of ice edge was registered to the west of the New Siberia Archipelago (mean latitude comprised 84,5° N). Typologically, the displacement of ice edge from south to north during the period from 2001-2018 looks like a wave; its crest and sole drift from the Chukchi Sea toward the Laptev Sea. Within the period from 2007 to 2010, the ice edge displacement reached its maximum, and after this, during 2011-2015, the reverse motion from north to south began. One can forecast that within the nearest coming years the ice edge oscillatory southward drift would continue, and by the end of 2020-s one can expect the ice edge to have the position typical for the period 2002-2006.

Keywords: ice cover of the Russia's Arctic seas, ice edge in late summer, multi-year variability of ice conditions, the Chukchi Sea, the East-Siberian Sea, the Laptev Sea.

ВВЕДЕНИЕ

Положение кромки льдов в летний период очищения арктических морей является одной из базовых характеристик, описывающих состояние ледяного покрова в высоких широтах Земли [1, 2], которое определяет не только сложности проведения морских операций по трассам Северного морского пути, но и может служить надежным индикатором многолетних изменений, происходящих в природной среде Арктики [3]. В восточных морях России (Лаптевых, Восточно-Сибирском и Чукотском), расположенных между восточным побережьем Северной Земли и западным побережьем п-ова Аляска пространственное положение кромки льдов во второй половине летнего сезона (август - сентябрь) обычно принимает квазизональную ориентацию [4], что делает возможным количественный анализ положения кромки на секущих меридианах, расположенных к северу от северного побережья Сибири.

Происходящие в последние десятилетия изменения гидрометеорологических условий в высоких широтах по-разному проявляются в различных географических регионах [5, 6]; одной из областей наибольших изменений является именно Восточная Арктика и ее арктические моря, открытые к Арктическому бассейну и испытывающие влияние многолетних флуктуаций тихоокеанского Алеутского минимума [7].

При исследовании изменчивости ледовых условий в арктических морях в летний период обычно используют такой показатель, как ледовитость (в целом по морю или какой-либо его крупной части), который надежно характеризует общее количество льдов акватории [8, 9]. Однако потепление последнего времени привело к тому, что к концу летнего периода очищения, как правило, все пространство морей освобождается ото льдов и ледяной покров в северной полярной области наблюдается лишь на тех акваториях, которые находятся к северу от северной границы арктических морей [10, 11]. В этих условиях природная информативность ледовитости уменьшается, и, как представляется, корректнее использовать такой альтернативный показатель, который характеризовал бы не только ледовые условия непосредственно в арктических морях, но и к северу от их северной границы; именно такой характеристикой и является положение кромки льдов на меридиональных секущих, проходящих от евразийского берега к Северному полюсу.

Цель статьи -- анализ пространственной и временной изменчивости положения кромки льдов в восточных арктических морях России (Лаптевых, Восточно-Сибирское, Чукотское) в конце летнего периода (август - сентябрь) в течение 1981-2018 гг., а также оценка многолетних изменений, происходящих в течение первых двух десятилетий XXI в.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

В настоящей работе положение кромки на конец августа и конец сентября снималось с ледовых карт, построенных в Арктическом и антарктическом НИИ, на меридиональных створах с шагом 10 градусов долготы от 100° в.д. до 160° з.д. Как показывает опыт режимной и прогностической работы, такая дискретность достаточна для воспроизведения основных региональных и локальных особенностей пространственного распределения льдов на завершающей стадии летнего очищения акватории [12].

При организации исследовательского архива были использованы два вида данных:

- для периода 1981-1996 гг.: бумажные карты ледовых условий с шагом в 1 декаду (10 суток), на которой представлены различные ледовые границы, в том числе кромка льдов в летний и осенний периоды, построенные в Центре ледовой и гидрометеорологической информации ААНИИ; основные источники информации -- полярные станции, авиационная ледовая разведка, искусственные спутники Земли, морские суда;

- для периода 1997-2018 гг.: данные характеристик ледяного покрова из архива Мирового центра данных по морскому льду (МЦД МЛ ААНИИ); архив содержит еженедельные геопривязанные данные характеристик ледяного покрова по Арктике и арктическим морям; архив представлен в формате СИГРИД-3 (SIGRID-3); основные источники информации -- искусственные спутники Земли, полярные станции, морские суда.

Всего на акватории арктических морей в Восточном секторе Арктики использовались 11 информационных меридиональных створов (от 100° в.д. до 160° з.д.). Ряд наблюдений, занесенный в архив, составляет период с 1981 по 2018 г., длина ряда -- 38 лет. Временная протяженность исследуемого ряда наблюдений охватывает как период относительно повышенной ледовитости в 1980-1990 гг., так и период пониженного количества льдов в течение 2000-2010 гг. Общее количество занесенных данных о пространственном положении кромки льдов -- суммарно 836 единиц.

Опираясь на созданный массив данных, можно построить и анализировать любые карты пространственного положения кромки льдов в восточных арктических морях -- среднемноголетние, экстремальные, типовые и др.

ПРОСТРАНСТВЕННОЕ ПОЛОЖЕНИЕ КРОМКИ ЛЬДОВ В ВОСТОЧНЫХ АРКТИЧЕСКИХ МОРЯХ В СРЕДНЕМНОГОЛЕТНЕМ РЕЖИМЕ (1981-2018 гг.)

При среднемноголетних условиях (1981-2018 гг) пространственное положение кромки льдов представляет собой волнообразную синусоиду с двумя повышениями и двумя понижениями, квазизонально расположенную на азиатском шельфе (рис. 1).

В августе самое южное положение кромки отмечается в море Лаптевых на 120-м восточном меридиане (77,4° с.ш.) и в районе о. Врангеля на 180-м меридиане (71,6° с.ш.), а самое северное положение кромки отмечается к северу от Новосибирских островов на 140-м меридиане (78,0° с.ш.) и в Чукотском море на 170-м западном меридиане (73,3° с.ш.). При этом наблюдается характерный тренд, при котором, перемещаясь с запада на восток, средняя широта положения кромки постоянно уменьшается и составляет: в море Лаптевых 78,4° с.ш., в Восточно-Сибирском море 75,3° с.ш., в Чукотском море 72,7° с.ш., т.е. шаг от моря к морю составляет 2,6-3,1 градуса широты (табл. 1).

Рис. 1. Карта пространственного положения кромки льдов в конце августа (1 -- 1981-2001 гг., 3 -- 1981-2018 гг., 5--2002-2018 гг) и в конце сентября (2 -- 1981-2001 гг., 4 -- 1981-2018 гг., 6 -- 2002-2018 гг.)

Fig. 1. Location of ice edge in late August (1 -- 1981-2001, 3 -- 1981-2018, 5 -- 2002-2018) and late September (2 -- 1981-2001, 4 -- 1981-2018, 6 -- 2002-2018)

В сентябре общая конфигурация пространственного положения кромки похожа на августовскую. В это время самое южное положение кромки отмечается в море Лаптевых на 120-м восточном меридиане (77,7° с.ш.) и в районе о. Врангеля на 180-м меридиане (73,1° с.ш.), а самое северное положение кромки отмечается севернее Новосибирских островов на 140-м меридиане (78,7° с.ш.) и в Чукотском море на 170-м западном меридиане (74,8° с.ш.). При этом, перемещаясь с запада на восток, средняя широта положения кромки постоянно уменьшается и составляет: в море Лаптевых 78,8° с.ш., в Восточно-Сибирском море 76,2° с.ш., в Чукотском море 74,1° с.ш., т.е. шаг от моря к морю меньше, чем в августе, и составляет 2,1-2,6 градуса широты.

То есть расстояние между двумя южными понижениями кромки составляет около 60 градусов по меридиану, а расстояние между двумя северными повышениями кромки составляет около 50 градусов по меридиану, что примерно соответствует расстоянию в 1,5-2,0 тыс. км. Эти плавные изменения в зональном рисунке кромки льдов пространственно соответствуют крупномасштабным, разнонаправленным особенностям ледового режима: южное положение кромки наблюдается в районе отроговых ледяных массивов Арктического бассейна (Таймырский массив в море Лаптевых и Айонский массив в Восточно-Сибирском море), а северное положение кромки приурочено к меридианам Берингова пролива и Новосибирских островов.

Сравнение зонального положения кромки в сентябре и в августе позволяет определить, как активно продолжают развиваться процессы очищения акватории ото льдов на самом излете теплого сезона, т.е. в течение сентября. В среднем для всего восточного арктического пространства кромка льдов от августа к сентябрю продвигается к северу на 0,8 градуса широты, т.е. со средней скоростью примерно 3 километра в сутки. Однако очищение акватории ото льдов в сентябре пространственно крайне неоднородно. В Чукотском море наблюдаются наибольшие значения в сентябрьском продвижении кромки на север -- в среднем за месяц около 1,4 градуса широты. Напротив, в море Лаптевых наблюдаются наименьшие значения в сентябрьском продвижении кромки на севере -- в среднем за месяц около 0,3 градуса широты. Восточно-Сибирское море представляет собой промежуточный вариант, со средними значениями сентябрьского продвижения кромки около 0,9 градуса широты. Таким образом, интенсивность сентябрьского перемещения кромки с юга на север увеличивается при движении с запада на восток, и это различие между морями Лаптевых и Чукотским составляет в среднем 4-5 раз.

Таблица 1

Среднемноголетнее значение и среднее квадратичное отклонение положения кромки льдов в августе и сентябре за 1981-2018 гг. на меридианах в восточных арктических морях

Table 1

Multiyear mean and standard deviation of the ice edge location at the meridians of the eastern Arctic seas in August and September from 1981 to 2018

Среднее квадратичное отклонение показывает, на каких меридиональных створах наблюдается наибольший (и наименьший) размах в межгодовых изменениях широтного положения кромки льдов за период ледовых наблюдений. В августе наибольшие величины отмечаются в Восточно-Сибирском море между 140-м и 180-м меридианами (среднее значение с.к.о. составляет около 3,2 ед.), а наименьшие величины отмечаются в море Лаптевых (среднее значение с.к.о. составляет около 1,8 ед.); в Чукотском море с.к.о. ближе к уровню морю Лаптевых и составляет около 2,2 ед. В сентябре наблюдается заметное увеличение с.к.о. к востоку от 150го меридиана, но общая картина распределения величин похожа на августовскую. В сентябре наибольшие величины отмечаются в Восточно-Сибирском море между 140-м и 180-м меридианами (среднее значение с.к.о. составляет около 3,5 ед.), а наименьшие величины отмечаются в море Лаптевых (среднее значение с.к.о. составляет около 2,0 ед.); в Чукотском море с.к.о. ближе к уровню Восточно-Сибирского моря и составляет около 3,0 ед.