CC BY
25
УДК 551.465.45
ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ ВЕТРОВОЙ ЦИРКУЛЯЦИИ НАД НОРВЕЖСКИМ И ГРЕНЛАНДСКИМ МОРЯМИ НА МОРСКОЙ ЛЕД В АРКТИКЕ
Дина Фаруковна Якшина
Институт вычислительной математики и математической геофизики СО РАН, 630090, Россия, г. Новосибирск, пр. Академика Лаврентьева, 6, младший научный сотрудник, тел. (383)330-64-50, e-mail: [email protected]
Елена Николаевна Голубева
Институт вычислительной математики и математической геофизики СО РАН, 630090, Россия, г. Новосибирск, пр. Академика Лаврентьева, 6, доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник, тел. (383)330-64-50, e-mail: [email protected]
В настоящей работе проводится исследование влияния ветровой циркуляции над Норвежским и Гренландским морями на состояние арктического льда. Результаты численного моделирования показали, что в изменении состояния ледового покрова в СЛО важную роль играет динамический фактор. Изменчивость атмосферной циркуляции в субарктическом бассейне приводит к изменению интенсивности поступления теплых атлантических вод в Арктический бассейн, что сказывается на скорости таяния льда в этих регионах.
Ключевые слова: Арктика, атлантические воды, изменение климата, морской лед, Северный Ледовитый океан, численное моделирование
STUDY OF THE INFLUENCE OF THE WIND CIRCULATION ABOVE NORWEGIAN AND GREENLAND SEAS ON THE ARCTIC SEA ICE
Dina F. Iakshina
Institute of Computational Mathematics and Mathematical Geophysics SB RAS, 630090, Russia, Novosibirsk, 6 Аkademik Lavrentiev Prospect, junior scientist, tel. (383)330-64-50, e-mail: [email protected]
Elena N. Golubeva
Institute of Computational Mathematics and Mathematical Geophysics SB RAS, 630090, Russia, Novosibirsk, 6 Аkademik Lavrentiev Prospect, Dr. Sc., leading scientist, tel. (383)330-64-50, e-mail: [email protected]
Numerical results showed that dynamical factor plays an important role in changing of the ice cover state. The atlantic water pathway changing has an influence on the ice depth at the regions of Barentz Sea, Fram Strait and Eurasian shelf slope. Numerical results show the reduced ice depth in this region while strengthening the cyclonic wind circulation in the Norwegian and Greenland Seas, and increased - while weakening.
Key words: Arctic Ocean, numerical modeling, sea ice, climate change, Atlantic water.
Введение. Климатические изменения, происходящие на планете в течение последних десятилетий, наиболее ярко отражаются в сокращении площади арктического льда. В сложной климатической системе Арктики на состояние ледового покрова оказывают влияние многие факторы. Среди них наиболее значи-
мыми являются температурные тренды в атмосфере, однако весьма существенна и динамическая составляющая. Дрейф льда в направлении полюса и пролива Фрама, периодически усиливающийся при изменениях циркуляционного режима, способствует увеличению выноса льда за пределы СЛО [1, 2]. Немаловажным фактором для ледового покрова оказывается интенсивность поступления в Арктический бассейн тихоокеанских и атлантических вод, являющихся для него основными источниками тепла. Несмотря на то, что слой атлантических вод в Арктическом бассейне располагается на глубинах 200-1000 м, обмен теплом с вышележащими слоями может оказывать влияние на изменение состояния ледового покрова [2, 3].
В настоящей работе используется метод математического моделирования для исследования влияния ветровой циркуляции над Норвежским и Гренландским морями на состояние ледового покрова в СЛО. Анализируются результаты продолжительного численного эксперимента, направленного на анализ чувствительности климатической системы океан-лед к длительным возмущениям небольшой амплитуды в атмосферной циркуляции над Норвежским и Гренландским морями. Предполагается, что от интенсивности циркуляции атмосферы этого региона будет зависеть интенсивность поступления атлантических вод в СЛО через пролив Фрама и Баренцево море, что отразится на состоянии арктического льда.
Численная модель и постановка эксперимента. Для проведения исследования использовалась численная модель океан-лед, разработанная в ИВМиМГ СО РАН. Океаническая часть подробно представлена в работах [4, 5]. В качестве ледовой составляющей применена ледовая модель CICE [6]. В качестве атмосферного воздействия для базового эксперимента использовались данные реанализа атмосферы NCEP/NCAR [7]. Два следующих эксперимента включали дополнительные циклоническое (GS_PLUS) или антициклоническое (GS_MINUS) возмущения в поле атмосферного давления с центром в точке 72.64° с.ш., 2.93° в.д., радиусом действия 1000 км и амплитудой 4 мб.
• BASE - базовый эксперимент, атмосферные данные NCEP/ NCAR
• GS_1 - атмосферные данные NCEP/ NCAR + возмущение GS_PLUS
• GS_2- атмосферные данные NCEP/ NCAR + возмущение GS_MINUS
Численные эксперименты были проведены для периода 1970-2014 гг.
Результаты эксперимента. Результаты численного эксперимента моделируют изменчивость состояния вод и морского льда СЛО, обусловленных изменчивостью атмосферного воздействия. Для анализа чувствительности состояния ледового покрова к вариациям атмосферной динамики региона Норвежского и Гренландского морей мы проанализировали изменчивость объема льда, полученную в результате работы трех экспериментов в расчетный период.
На рис. 1 представлены графики изменения объема льда для трех экспериментов.
а)
1000
№0
600
4%70 1975 19BQ 1SK 10» 1995 2000 2005 ЗОЮ 2014
1970 1975 1М0 1«35 1S40 IMS 2000 2005 2010 2014
Рис. 1. График объема льда (км3), полученного в результате работы трех численных экспериментов в регионе пролива Фрама и Евразийского склона (а) и Баренцева моря (б) для периода 1970-2014 гг.
Основным результатом проведенного сравнения является вывод о том, что включение дополнительной циклонической циркуляции в регионе Норвежского и Гренландского морей способствует уменьшению ледового покрова, а антициклонической циркуляции - увеличению ледового покрова СЛО. Наиболее чувствительными к изменению ветровой циркуляции оказались два региона, расположенные в начале траектории распространения атлантических вод в Арктике: регион А - пролив Фрама и склон Евразийского шельфа (рис. 1, а), соответствующие прохождению Фрамовской ветви атлантических вод, и регион Б - Баренцево море (рис. 1 , б), по которому проходит Баренцевоморская ветвь атлантических вод. На фоне нашего общего вывода о влиянии антициклонической и циклонической аномалии в субарктическом регионе на состояние арктического льда можно провести дополнительной уточнение. Из рис. 1 видно, что в период с 1980 до 1990 года наиболее существенны отклонения результатов эксперимента GS_2 от базового эксперимента BASE. Усиление циклони-
ВА9Е
ческой ветровой циркуляции в субарктическом регионе постепенно отразилось в увеличении интенсивности циркуляции океана и способствовало увеличению притока теплой атлантической воды, поступающей в Арктический бассейн как через пролив Фрама, так и через Баренцево море, что в свою очередь привело к значительному уменьшению объемов льда.
В отдельные периоды (1990-2000, 2007-2012) наблюдается наиболее сильное различие между результатами экспериментов BASE и GS_1. При этом между BASE и GS_2 изменения практически отсуствуют. Особенно заметны эти различия для региона Баренцева моря, что подтверждается также картиной распределения толщины льда для марта 1993 года для эксперимента BASE (рис. 2, а) и GS_1 (рис. 2, б) Эти результаты могут быть обусловлены сильной базовой циклонической циркуляцией в эти годы, поэтому ее усиление (GS_2) не дает дополнительного вклада в потепление в регионе . С другой стороны, ее ослабление, к которому приводит использование GS_1, способствует увеличению толщины льда не только из-за ослабления притока атлантических вод, но и из-за формирования выноса льда через Баренцево море.
Рис. 2. Толщина морского льда (м) в регионе Баренцева моря для марта 1993 г., полученная в результате численного моделирования: а) эксперимент BASE, б) эксперимент GS_1
Заключение. Результаты исследования, проведенного на основе численной модели океан-лед, показали, что в изменении состояния ледового покрова в СЛО важную роль играет динамический фактор. Это относится не только к ветровому воздействию на дрейф льда на поверхности океана, но и влиянии ветра в субарктическом регионе на интенсивность поступления теплых атлантических вод в Арктический бассейн. Изменение траектории атлантических вод оказывает влияние на толщину льда в регионах Баренцева моря,
а)
б)
пролива Фрама и склона Евразийского шельфа. Проведенные эксперименты показывают сокращение толщины льда в этом регионе при усилении циклонической циркуляции в Норвежском и Гренландских морях и увеличение - при ослаблении. Особенно велики различия в Баренцевом море, где в период сильной базовой циклонической циркуляции небольшое ее ослабление сказывается на существенном снижении поступления атлантического тепла и способ-стувует нарастанию льда.
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (№ 16-05-00558, № 16-35-00439).
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Makshtas A. P., Shoutilin S. V., Andréas E. L. Possible dynamic and thermal causes for the recent decrease in sea ice in the Arctic Basin // J. Geophys. Res. - 2003. - V. 108. № C7. doi: 10.1029/2001JC000878.
2. Арктический ледяной покров становится сезонным? / В. В. Иванов, В. А. Алексеев, Т. А. Алексеева, Н. В. Колдунов, И. А. Репина, А. В. Смирнов // Исследование Земли из космоса. - 2013. - № 4. - С. 50-65.
3. Голубева Е. Н., Платов Г. А., Якшина Д. Ф. Численное моделирование современного состояния вод и морского льда Северного Ледовитого океана // Лед и Снег. - 2015. - № 2 (130). - С. 81-92.
4. Golubeva E. N., Platov G. A. On improving the simulation of Atlantic water circulation in the Arctic Ocean. // J. Geophys. Res. - 2007. - 112. doi:10.1029/2006JC003734.
5. Голубева Е. Н. Численное моделирование динамики Атлантических вод в Арктическом бассейне с использованием схемы QUICKEST // Вычислительные технологии. - 2008. -Т. 13, № 5. - С. 11-24.
6. http://oceans11.lanl.gov/trac/CICE.
7. http://www.esrl.noaa.gov/psd/data/gridded/data.ncep.reanalysis.html.
© Д. Ф. Якшина, Е. Н. Голубева, 2017
