ISSN 2070-7401 (Print), ISSN 2411-0280 (Online)
Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса
физические основы, методы и технологии мониторинга окружающей среды, потенциально опасных явлений
и объектов

  

Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2017. Т. 14. № 6. С. 28-41

Изменение ледовых условий в Арктике согласно спутниковым наблюдениям

Е.В. Шалина 1, 2 , Л.П. Бобылёв 1, 3 
1 Международный центр по окружающей среде и дистанционному зондированию имени Нансена, Санкт-Петербург, Россия
2 Санкт-Петербургский государственный университет. Институт наук о Земле, Санкт-Петербург, Россия
3 Центр по окружающей среде и дистанционному зондированию имени Нансена, Берген, Норвегия
Одобрена к печати: 30.11.2017
DOI: 10.21046/2070-7401-2017-14-6-28-41
В статье приведены данные о трансформациях ледяного покрова Арктики за период спутниковых наблюдений. Разные характеристики ледяного покрова описываются по разным данным, соответственно, периоды, для которых зафиксированы изменения, различаются. Самый длинный временной промежуток определяется доступностью пассивных микроволновых измерений, которые позволяют оценить изменение протяжённости ледяного покрова, длительности сезона таяния, а также соотношения площадей однолетних и многолетних льдов. В статье показано, что сокращение ледяного покрова происходит со средней скоростью 4,5% за десятилетие, при этом протяжённость льдов зимой уменьшается со скоростью 2,9% за десятилетие, а тренд сокращения протяжённости льдов, переживших летнее таяние, составляет –11,3% за декаду. В среднем наблюдается сокращение протяжённости ледового сезона, более раннее наступление таяния весной и более позднее замерзание осенью. Данные космического мониторинга показывают, что за время спутниковых наблюдений произошло изменение соотношения старых и молодых льдов: в настоящее время однолетние льды преобладают в ледяном покрытии Арктики на момент его максимального развития, а площадь льдов старше пяти лет уменьшилась с 16% в середине 1980-х гг. до 1,2% в 2016 г. Лёд Арктики стал в среднем более тонким, что привело к существенному увеличению скорости дрейфа льдов после 2000 г.
Ключевые слова: ледяной покров Арктики, спутниковые наблюдения, пассивное микроволновое зондирование, площадь ледяного покрова, толщина льда, возраст льда, таяние и замерзание в Арктике, глобальное потепление
Полный текст

Список литературы:

  1. Асмус В. В., Милехин O. E., Кровотынцев В. А., Селиванов A. C. Использование радиолокационных данных ИСЗ серии Океан для решения задач гидрометеорологии и мониторинга окружающей среды // Исследование Земли из космоса. 2002. № 3. C. 63–70.
  2. Шалина Е. В. Изменение ледовитости северных морей России и повышение доступности Северного морского пути по данным спутникового мониторинга // Исследование Земли из космоса. 2015. № 4. С. 67–78.
  3. Шалина Е. В. Сокращение ледяного покрова Арктики по данным спутникового пассивного микроволнового зондирования // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2013. Т. 10. № 1. С. 328–336.
  4. Aaboe S., Breivik L.-A., Sørensen A., Eastwood S., Lavergne Th. Global Sea Ice Edge and Type: Product User’s Manual. OSI-402-c and OSI-403-c. 2017. 43 p. URL: http://osisaf.met.no/docs/osisaf_cdop3_ss2_pum_sea-ice-edge-type_v2p2.pdf/
  5. Alexeev V. A., Ivanov V. V., Kwok R., Smedsrud L. H. North Atlantic warming and declining volume of arctic sea ice // The Cryosphere Discuss. 2013. Vol. 7, P. 245–265. DOI:10.5194/tcd-7-245-2013.
  6. Bekryaev R. V., Polyakov I. V., Alexeev V. A. Role of Polar Amplification in Long-Term Surface Air Temperature Variations and Modern Arctic Warming // J. Climate. 2010. Vol. 23. P. 3888–3906.
  7. Breivik L.-A., Eastwood S. Upgrade of the OSI SAF sea ice edge and sea ice type products — Introduction of ASCAT: Tech. Rep. Norwegian Meteorological Institute, 2009.
  8. Cavalieri D. J., Parkinson C. L. Arctic sea ice variability and trends, 1979–2010 // Cryosphere. 2012. Vol. 6. P. 881–889. DOI:10.5194/tc-6-881-2012.
  9. Comiso J. C. A rapidly declining perennial sea ice cover in the Arctic // Geophysical Research. Letters. 2002. Vol. 29. Iss. 20. P. 1956. DOI:10.1029/2002GL015650.
  10. Comiso J. Large decadal decline of the Arctic multiyear ice cover // J. Climate. 2012. Vol. 25. Iss. 4. P. 1176–1193. DOI:10.1175/JCLI-D-11-00113.1.
  11. Comiso J., Parkinson C. L., Gersten R., Stock L. Accelerated decline in the Arctic sea ice cover // Geophysical Research Letters. 2008. Vol. 35. Iss. 1. P. L01703. DOI:10.1029/2007GL031972.
  12. Fowler C., Emery W., Maslanik J. A. Satellite-derived evolution of Arctic sea ice age: October 1978 to March 2003 // IEEE Trans. Geoscience and Remote Sensing Letters. 2004. Vol. 1. Iss. 2. P. 71–74.
  13. Grenfell T. C. Surface-based passive microwave studies of multiyear sea ice // J. Geophysical Research. 1992. Vol. 97. Iss. C3. P. 3485–3501. DOI:10.1029/91JC02651.
  14. Hao G., Su J. A study of multiyear ice concentration retrieval algorithms using AMSR-E data // Acta Oceanologica Sinica. 2015. Vol. 34. Iss. 9. P. 102–109. DOI:10.1007/s13131-015-0656-1.
  15. Johannessen O. M., Kuzmina S., Bobylev L., Miles M. Surface air temperature variability and trends in the Arctic: new amplification assessment and regionalization // Tellus A. 2016. Vol. 68. P. 28234. URL: http://dx.doi.org/10.3402/tellusa.v68.28234.
  16. Johannessen O. M., Shalina E. V., Miles M. W. Satellite evidence for an Arctic sea ice cover in transformation // Science. 1999. Vol. 286. P. 1936–1938.
  17. Kwok R. Annual cycles of multiyear sea ice coverage of the Arctic Ocean: 1999–2003 // J. Geophysical Research. 2004. Vol. 109. C11004. DOI:10.1029/2003JC002238.
  18. Kwok R. Near zero replenishment of the Arctic multiyear sea ice cover at the end of 2005 summer // Geophysical Research Letters. 2007. Vol. 34. L05501. DOI:10.1029/2006GL028737.
  19. Kwok R., Cunningham G. F. Variability of Arctic sea ice thickness and volume from CryoSat-2 // Philosophical Transactions of the Royal Society. 2015. Vol. 373. Iss. 2014. P. 20140157–20140157. URL: http://dx.doi.org/10.1098/rsta.2014.0157/
  20. Kwok R., Cunningham G. F., Wensnahan M., Rigor I., Zwally H. J., Yi D. Thinning and volume loss of the Arctic Ocean sea ice cover: 2003–2008 // J. Geophysical Research. 2009. Vol. 114. Iss. C7. CiteID C07005. DOI:10.1029/2009JC005312.
  21. Kwok R., Spreen G., Pang S. Arctic sea ice circulation and drift speed: Decadal trends and ocean currents // J. Geophysical Research. Oceans. 2013. Vol. 118. P. 2408–2425. DOI:10.1002/jgrc.20191.
  22. Laxon S. W., Giles K. A., Ridout A. L., Wingham D. J., Willatt R., Cullen R., Kwok R., Schweiger A., Zhang J., Haas C., Hendricks S., Krishfield R., Kurtz N., Farrell S., Davidson M. CryoSat-2 estimates of Arctic sea ice thickness and volume // Geophysical Research Letters. 2013. Vol. 40. P. 732–737. DOI:10.1002/grl.50193.
  23. Lee S.-M., Sohn B.-J., Kim S.-J. Differentiating between first-year and multiyear sea ice in the Arctic using microwave-retrieved ice emissivities // J. Geophysical Research Atmospheres. 2017. Vol. 122. P. 5097–5112. DOI:10.1002/2016JD026275.
  24. Lindell D. B., Long D. G. Multiyear Arctic sea ice classification using OSCAT and QuikSCAT // IEEE Trans. Geosciences Remote Sensing. 2016. Vol. 54. P. 167–175.
  25. Lu J., Cai M. Quantifying contributions to polar warming amplification in an idealized coupled general circulation model // Climate Dynamics. 2010. Vol. 34. P. 669–687.
  26. Markus T., Stroeve J. C., Mille J. Recent changes in Arctic sea ice melt onset, freezeup, and melt season length // J. Geophysical Research. 2009. Vol. 114. Iss. C12. DOI:10.1029/2009JC005436.
  27. Maslanik J. A., Fowler C., Stroeve J., Drobot S., Zwally J., Yi D., Emery W. A younger, thinner Arctic ice cover: Increased potential for rapid, extensive sea-ice loss // Geophysical Research Letters. 2007. Vol. 34. DOI:10.1029/2007GL032043.
  28. Meier W. N., Stroeve J., Fetterer F. Whither Arctic sea ice? A clear signal of decline regionally, seasonally and extending beyond the satellite record // Annals of Glaciology. 2007. Vol. 46. P. 428–434. DOI:10.3189/172756407782871170.
  29. Nghiem S. V., Rigor I. G., Perovich D. K., Clemente-Colon P., Weatherly J. W., Neumann G. Rapid reduction of Arctic perennial sea ice // Geophysical Research Letters. 2007. Vol. 34. Iss. L19. DOI:10.1029/2007GL031138.
  30. Parkinson C. L. Spatially mapped reductions in the length of the Arctic sea ice season. // Geophysical Research Letters. 2014. Vol. 41. P. 4316–4322. DOI:10.1002/2014GL060434.
  31. Parkinson C. L., Cavalieri D. J., Gloersen P., Zwally H. J., Comiso J. C. Arctic sea ice extents, areas, and trends, 1978–1996 // J. Geophysical Research. 1999. Vol. 104. Uss. C9. P. 20837–20856. DOI:10.1029/1999JC900082.
  32. Parkinson C. L., Comiso J. On the 2012 record low Arctic sea ice cover: Combined impact of preconditioning and an August storm // Geophysical Research Letters. 2013. Vol. 40. P. 1356–1361. DOI:10.1002/grl.50349.
  33. Pithan F., Mauritsen T. Arctic amplification dominated by temperature feedbacks in contemporary climate models // Nature Geoscience. 2014. Vol. 7. P. 181–184.
  34. Polyakov I. V., Walsh J., Kwok R. Recent changes of arctic multiyear sea-ice coverage and the likely causes // Bulletin of the American Meteorological Society (BAMS). 2012. DOI:10.1175/BAMS-D-11-00070.1.
  35. Screen J. A., Francis J. Contribution of sea-ice loss to Arctic amplification is regulated by Pacific Ocean decadal variability // Nature Climate Change. 2016. Vol. 6. P. 856–860. http://dx.doi.org/10.1038/nclimate3011.
  36. Screen J. A., Simmonds I. The central role of diminishing sea ice in recent Arctic temperature amplification // Nature. 2010. Vol. 464. P. 1334–1337.
  37. Serreze M. C., Barry R. G. Processes and impacts of Arctic amplification: A research synthesis // Global and Planetary Change. 2011. Vol. 77. P. 85–96.
  38. Serreze M. C., Stroeve J. Arctic sea ice trends, variability and implications for seasonal ice forecasting // Philosophical Transactions of the Royal Society A. 2015. Vol. 373. P. 20140159. http://dx.doi.org/10.1098/rsta.2014.0159/.
  39. Shalina E. V., Johannessen O. M. Multiyear sea ice concentration mapping using passive and active microwave satellite data // IEEE Xplore, Microwave Radiometry and Remote Sensing of the Environment (MicroRad 2008). 2008. DOI:10.1109/MICRAD.2008.4579513.
  40. Stroeve J. C., Markus T., Boisvert L., Miller J., Barrett A. Changes in Arctic melt season and implications for sea ice loss // Geophysical Research Letters. 2014. Vol. 41. P. 1216–1225. DOI:10.1002/2013GL058951.
  41. Stroeve J., Serezze M., Drobot S., Gearheard S., Holland M., Maslanik J., Meier W., Scambos T. Arctic sea ice extent plummets in 2007 // EOS Trans. American Geophysical Union. 2008. Vol. 89. P. 13–20.
  42. Stroeve J. C., Serreze M. C., Holland M. M., Kay J. E., Maslanik J., Barrett A. P. The Arctic’s rapidly shrinking sea ice cover: a research synthesis// Climatic Change. 2012. Vol. 110. Iss. 3-4. P. 1005–1027. DOI:10.1007/s10584-011-0101-1.
  43. Svendsen E., Kloster K., Farrelly B., Johannessen O. M., Johannessen J. A., Campbell W. J., Gloersen P., Cava­lieri D. J., Matzler C. Norwegian Remote Sensing Experiment: Evaluation of the Nimbus-7 SMMR for sea ice research // J. Geophysical Research. 1983. Vol. 88. Iss. C5. P. 2781–2791.
  44. Swan A. M., Long D. G. Multiyear arctic sea ice classification using QuikSCAT // IEEE Trans. Geosciences Remote Sensing. 2012. Vol. 50. P. 3317–3326.
  45. Taylor P. K., Katsaros K. B., Lipes R. G. Determinations by Seasat of atmospheric water and synoptic fronts // Nature. 1981. Vol. 294. P. 737–739. DOI:10.1038/294737a0.
  46. Tilling R. L., Ridout A., Shepherd A. Near-real-time Arctic sea ice thickness and volume from CryoSat-2 // The Cryosphere. 2016. Vol. 10. P. 2003–2012. https://doi.org/10.5194/tc-10-2003-2016/
  47. Tilling R. L., Ridout A., Shepherd A., Wingham D. J. Increased Arctic sea ice volume after anomalously low melting in 2013 // Nature Geoscience. 2015. Vol. 8. P. 643–646. DOI:10.1038/ngeo2489.
  48. Tschudi M., Fowler C., Maslanik J., Stewart J. S., Meier W. EASE-Grid Sea Ice Age, Version 3. Boulder, Colorado USA. NASA National Snow and Ice Data Center Distributed Active Archive Center, 2016. DOI:http://dx.doi.org/10.5067/PFSVFZA9Y85G.
  49. Vinnikov K., Robock A., Stouffer R. J., Walsh J. E., Parkinson C. L., Cavalieri D. J., Mitchell J. F.B., Garrett D., Zakharov V. F. Global warming and Northern Hemisphere sea ice extent // Science. 1999. Vol. 286. P. 1934–1937.
  50. Wang L. C. Brown D. R., Markus T. Recent changes in pan-Arctic melt onset from satellite passive microwave measurements // Geophysical Research Letters. 2013. Vol. 40. P. 522–528. DOI:10.1002/grl.50098.
  51. Wang X., Key J., Kwok R., Zhang J. Comparison of Arctic Sea Ice Thickness from Satellites, Aircraft, and PIOMAS Data // Remote Sensing. 2016. Vol. 8. P. 713.