ЛЕДОВИТОСТЬ АРКТИКИ И ПЕРЕНОС ВОДЯНОГО ПАРА НА ЕВРАЗИЮ Уразгильдеева А.В.,Русин И.Н.

Санкт-Петербургский государственный университет


Номер: 7-2
Год: 2015
Страницы: 16-20
Журнал: Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук

Ключевые слова

влагоперенос, влагооборот, ледовитость, меридиональный поток влаги, water vapor fluxes, sea ice extent

Просмотр статьи

⛔️ (обновите страницу, если статья не отобразилась)

Аннотация к статье

В статье была проверена гипотеза о том, что свободный ото льда Северный Ледовитый океан в летний период может привести к оледенению Европы за счет увеличения количества твердых осадков на материке зимой, направленных с океана.

Текст научной статьи

Потепление климатической системы - неоспоримый факт, проявляющийся как в наблюдениях за повышением глобальной средней температуры воздуха и океана, так и в сокращение площади материковых ледников. Среди всех изменений стоит отметить наблюдаемое в настоящее время сокращение площади морского льда в Северном Ледовитом океане (СЛО) [8, 72; 10, 1; 6, 731]. В последние годы экстремально малые значения площади морских льдов зафиксированы в сентябре 2007 и 2013 годов. В настоящее время выдвигается несколько предположений о том, что является основной причиной подобных явлений: повышение температуры поверхности Мирового океана, изменение циркуляционных процессов и т.д. [9, 2]. Однако исследования климатической системы должны давать представление не только о причинах, но и возможных последствиях сокращения площади льдов СЛО [11, 1534]. Одна из моделей современного оледенения Северного полушария, разработанная Карнауховым [3, 1096] в Институте биофизики клетки РАН, утверждает, что открытый Северный Ледовитый океан в летний период может привести к новому ледниковому периоду в Европе. Согласно данной гипотезе из-за усиления меридионального потока влаги со стороны СЛО на материк в холодный период (октябрь-март) будет происходить интенсивное накопление твердых осадков, что, в свою очередь, повлечет за собой рост материковых ледников. Целью настоящей работы было на основании данных радиозондирования проверить данную гипотезу. Важно исследовать как уменьшение ледовитости Арктического бассейна может повлиять на механизм формирования горизонтальных потоков влаги в атмосфере, их интенсивность и направление. Данная цель определила следующие задачи: • Рассчитать влагосодержание, зональную и меридиональную составляющие интенсивности горизонтального влагопереноса. • Проследить как изменяется меридиональный поток влаги зимой в зависимости от степени открытости Северного Ледовитого океана в летний период. Данные и методика их обработки Исходными материалами для расчетов горизонтального переноса влаги послужили ежедневные аэрологические наблюдения 9 станций радиозондирования (табл.1). Основным критерием отбора станций послужило их географическое местоположение: они находятся севернее 65° с.ш. и в непосредственной близости к побережью Северного ледовитого океана. Таблица 1 Станции сети аэрологического зондирования, данные которых использованы в исследовании Название станции Номер станции Широта Долгота Высота станции (м) Черский 25123 68,75 161,28 28 о-в Котельный 21432 76,00 137,86 8 ГМО1 им. Федорова 20292 77,70 104,30 15 о-в Диксон 20674 73,50 80,40 47 Салехард 23330 66,52 66,66 16 Шойна 22271 67,87 44,13 16 Кемь 22522 64,94 34,65 8 Кандалакша 22217 67,15 32,35 25 Мурманск 22113 68,98 33,10 121 В качестве характеристики, определявшей года с максимальной и минимальной ледовитостью, была выбрана величина площади морского льда сентября [14]. С 1981 по 2010 года среднее многолетнее значение площади льда в сентябре составляет 6,5 млн км2. Для выделения годов с максимальными и минимальными значениями площади морского льда, выбирались года с наибольшими и наименьшими аномалиями площади льда в сентябре. Были отобраны следующие года: с наибольшей площадью морского льда - 1980, 1983, 1988, 1996 и 2001; наименьшей - 1990, 193, 1995, 2002 и 2007 гг. Для исследования представлял интерес холодный период года, который в арктических широтах длится с октября по март. Таким образом, расчеты производились для зим, следовавших после сентября с максимальной или минимальной ледовитостью океана. Был произведен критический контроль данных и анализ однородности рядов [7, 967]. Ежедневные аэрологические данные содержат данные о температуре (°С), ветре (направление и скорость, м/с) и влажности (удельная влажность, г/кг) на различных изобарических поверхностях от уровня земли до 20 гПа. Дополнительно были рассчитаны следующие характеристики: влагосодержание атмосферы (M, кг/м2), парциальное давление водяного пара (e, гПа), абсолютная влажность (a, кг/м3) [4, 388]: (1) где g - ускорение свободного падения, 9.8 м/с2; q - массовая доля водяного пара, г/кг; p0 и pz - давление воздуха у поверхности земли и на изобарической поверхности 30 гПа соответсвенно, гПа; Td - температура точки росы, °С; t - температура воздуха. Влагосодержание атмосферы рассчитывалось в столбе атмосферы методом трапеции; парциальное давление и абсолютная влажность воздуха рассчитывались для каждой изобарической поверхности. В настоящей работе для исследования влагопереноса на материк Евразия были выбраны модуль и направление вектора интегрального горизонтального потока влаги, его меридиональная и зональная составляющие Интегральный поток влаги в выбранном столбе атмосферы складывается из суммы переносов влаги в выбранном столбе. Расчет зональных и меридиональных потоков производился способом трапеций по формулам [4, 380]: (2) где Fx и Fy - величины соответственно зонального и меридионального потоков влаги в слое от поверхности земли до 8 км (поверхность 300 гПа) включительно над исследуемым пунктом, кг/м·с; u и v - величины соответственно зональной и меридиональной составляющих скорости ветра, м/с. Результаты Влагосодержание атмосферы представляет собой суммарную характеристику влажности, показывающую, сколько граммов или килограммов водяного пара в столбе атмосферы от подстилающей поверхности до выбранного верхнего уровня приходится на единицу площади [2, 26]. Величина влагосодержания атмосферы в различных географических точках зависит от количества водяного пара в атмосфере, определяемого температурой воздуха, адвективным и турбулентным переносом влаги, процессами испарения и конденсации. Над северной полярной областью (особенно зимой) исключительно низкое содержание влаги [13, 743]. Для побережья Северного Ледовитого океана на территории России наибольшие значения наблюдаются на западе (Северная Атлантика) и при продвижении на восток постепенно уменьшается (рис.1). На рисунке на горизонтальной оси отложены долготы исследуемых станций; на вертикальной - значения влагосодержания атмосферы. Из рисунка видно, что изменение значений в зависимости от годов с максимальной и минимальной ледовитости океана имеет место: в года с минимальной ледовитостью незначительно увеличились значения на Дальнем Востоке и также незначительно уменьшились в европейском арктическом секторе. 1 -максимальная ледовитость; 2 - минимальная ледовитость Рис. 1. Среднее значение влагосодержания на станциях северной полярной области с востока на запад, кг/м2, октябрь-март Из всех процессов атмосферного влагооборота горизонтальный перенос влаги в атмосфере является наиболее мощным по масштабам вовлечения в него массы воды. Влагоперенос является важным фактором формирования гидрометеорологического режима территории, а также влияет на водный и тепловой баланс [1, 35]. В настоящем исследовании отдельно рассматривались средние зональный и меридиональный потоки влаги в атмосфере. На рисунке 2 представлены средние зональные потоки влаги в года с максимальной (1) и минимальной (2) ледовитостью. Положительные значения соответствуют западному направлению потока, отрицательные - поток направлен с востока на запад. При продвижении с запада на восток зональный поток убывает, т.е. уменьшается западная составляющая. Из представленного рисунка можно сделать вывод, что, несмотря на значительное уменьшение зонального потока по абсолютным значения в года, когда летом наблюдались экстремально малые значения площади морского льда ( ≈ 4 кг/м*с), пространственная изменчивость при движении с запада на восток осталась прежней и соответствует ранее полученным результатам. Видно, что в года с минимальной ледовитостью поток даже менял свое направление на противоположное. 1 -максимальная ледовитость; 2 - минимальная ледовитость Рис. 2. Средний зональный поток влаги на станциях северной полярной области с востока на запад, кг/м*с, октябрь-март Для достижения цели настоящей работы наибольший интерес представляли интегральные меридиональные потоки влаги в Северной полярной области, для того, чтобы оценить увеличение/уменьшение притока влаги на материк со стороны Северного ледовитого океана (рис.3). При положительных значениях поток направлен с юга на север (т.е. с материка на океан), при отрицательных - наоборот. 1 -максимальная ледовитость; 2 - минимальная ледовитость Рис. 3. Средний меридиональный поток влаги на станциях северной полярной области с востока на запад, кг/м*с, октябрь-март Из рисунка видно, что отрицательные значения меридионального потока наблюдаются в западной, европейской, части. Это связано с частыми тыловыми затоками воздушных масс в проходящие здесь циклоны [1, 87]. Видно, что в года с минимальной летней площадью морского льда в западной части (Северная Атлантика, ст. Мурманск, Кандалкша) меридиональный поток, направленный на материк со стороны океана, становится более интенсивным и сохраняет северное направление при дальнейшем продвижении на восток вдоль побережья, вплоть до 100° в.д. (ст. ГМО им. Федорова). На востоке рассматриваемого широтного пояса, наоборот, преобладает перенос с материка на океан, и связано это с тем, что в этой части материка зимой господствует Азиатский антициклон. В целом, можно сделать вывод, что изменение ледовитости СЛО в летний период влияет на направление и интенсивность меридионального потока в западном секторе побережья. На востоке направление сохраняется, однако сами значения уменьшаются (≈ 2,5 кг/м*с). Для оценки статистической значимости полученных результатов был выбран t-критерий Стьюдента. Проверялась следующая гипотеза: пусть каждый год разность минимального и максимального значений влагосодержания, зонального и меридионального потока не изменяется и равна средней по пяти годам. Для проверки был рассчитан t-критерий Стьюдента для каждого года. Затем была вычислена вероятность такого события для данного критерия. Значения вероятности оказались малы и можно сделать вывод о статистической недостоверности изменений разностей. Заключение В настоящем исследовании проведен анализ зависимости степени открытости летнего Северного Ледовитого океана и характеристик влагопереноса (влагосодержание, зональный и меридиональный горизонтальный потоки влаги) в атмосфере северной полярной области в период с октября по март (холодное время года). Полученные результаты позволили сделать следующие выводы: • Степень открытости летнего СЛО не влияет на характер изменчивости значений влагосодержания атмосферы Арктики. Во все рассмотренные годы значения постепенно убывают с запада на восток, что соответствует ранее полученным результатам. • Зональный поток в холодный период в годы с минимальной ледовитостью значительно меньше, чем в годы, когда наблюдались максимальные значения площади морского льда СЛО. Характер пространственной изменчивости совпадает. • Меридиональный перенос, направленный с океана на материк, при минимальной ледовитости в западной части побережья СЛО несколько усиливается. До 100° в.д. он сохраняет направление, а в восточном секторе меридиональный поток немного уменьшается по интенсивности, но направление сохраняется южным. Однако полученные результаты не являются статистически значимыми на 95% уровне значимости. Таким образом, в ходе исследования было установлено, что увеличение меридионального потока влаги в атмосфере северной полярной области, направленного со стороны Северного Ледовитого океана на материк в годы с минимальной ледовитостью имеет место в западном секторе российской Арктики. Но это разности очень невелики и не превышают значений 2,786 и 3,034 кг/м*с. В целом можно сделать вывод, что классификация лет по аномалиям ледовитости является хорошим методом при оценке наблюдающихся изменений в климатической системе Арктики. Данное исследование требует в дальнейшем использование большего количества лет для изучения. _ 1ГМО - Гидрометеорологическая обсерватория.

Научные конференции

 

(c) Архив публикаций научного журнала. Полное или частичное копирование материалов сайта возможно только с письменного разрешения администрации, а также с указанием прямой активной ссылки на источник.