Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2020. Т. 17. № 3. С. 187-201
Межгодовая изменчивость площади морского льда регионов Антарктики
В.Н. Малинин
1 , П.А. Вайновский
2 1 Российский государственный гидрометеорологический университет, Санкт-Петербург, Россия
2 ООО Прогноз, Санкт-Петербург, Россия
Одобрена к печати: 28.04.2020
DOI: 10.21046/2070-7401-2020-17-3-187-201
Представлены результаты анализа формирования трендов и частотной структуры максимальной, минимальной и среднегодовой площади распространения морского льда (ПРМЛ) различных регионов Южного полушария за период 1979–2017 гг. по спутниковым данным. Вклад трендов среднегодовых значений ПРМЛ в дисперсию исходных временных рядов отдельных регионов составляет 6–13 %. Поэтому межгодовому ходу ПРМЛ не свойственны длительные инерционные изменения, что затрудняет их математическое описание. Показано, что в характере межгодовой изменчивости морского льда в Антарктике много загадок. Дискуссионным является вопрос повышения ПРМЛ до 2014 г., и ещё более загадочным видится его быстрое уменьшение, когда за три года (2015–2017) ПРМЛ Антарктики уменьшилась на 2 млн км2. Выявлено, что формирование межгодовых колебаний морского льда в разных секторах Антарктики происходит в основном под действием локальных условий. Сектор морей Беллинсгаузена и Амундсена (МБА) является единственным регионом в Антарктике, где идёт сокращение ПРМЛ. Анализ частотной структуры временных рядов ПРМЛ после исключения тренда показал, что они представляют стационарный случайный процесс, развивающийся по типу модели «белый шум». Но поскольку на белый шум приходится 90 % дисперсии временных рядов ПРМЛ Антарктики, то качественное описание межгодовой изменчивости площади морского льда детерминированными моделями становится невозможным.
Ключевые слова: морской лёд, климат, Антарктика, тренды, атмосферная циркуляция, циркумполярная глубинная вода
Полный текстСписок литературы:
- Алексеев Г. В., Глок Н. И., Вязилова А. Е., Иванов Н. Е., Харланенкова Н. Е., Смирнов А. В. Влияние температуры поверхности океана в тропиках на антарктический морской лёд в период глобального потепления // Лёд и Снег. 2019. Т. 59. № 2. С. 213–221.
- Алексеева Т. А., Тихонов В. В., Фролов С. В., Раев М. Д., Репина И. А., Соколова Ю. В., Афанасьева Е. В., Шарков Е. А., Сероветников С. С. Сравнение сплоченности ледяного покрова по данным спутниковой микроволновой радиометрии с данными визуальных судовых наблюдений // Исслед. Земли из космоса. 2018. № 6. С. 65–76.
- Данилов А. И., Лагун В. Е., Клепиков А. В., Катцов В. М., Вавулин С. Б. Текущие изменения климата Антарктики и сценарии его будущих изменений // Арктика и Антарктика. 2003. № 2. С. 114–125.
- Заболотских Е. В. Обзор методов восстановления параметров ледяного покрова по данным спутниковых микроволновых радиометров // Изв. Российской акад. наук. Физика атмосферы и океана. 2019. Т. 55. № 1. С. 128–151.
- Иванов В. В., Алексеев В. А., Алексеева Т. А., Колдунов Н. В., Репина И. А., Смирнов А. В. Арктический ледяной покров становится сезонным? // Исслед. Земли из космоса. 2013. № 4. C. 50–65.
- Малинин В. Н. Уровень океана: настоящее и будущее. СПб.: Изд-во РГГМУ, 2012. 260 с.
- Малинин В. Н., Вайновский П. А. К сравнению характеристик межгодовой изменчивости площади морского льда Северного и Южного полушарий // Ученые записки Российского гос. гидрометеоролог. ун-та. 2019. № 57. С. 77–90.
- Малинин В. Н., Гордеева С. М. Изменчивость влагосодержания атмосферы над океаном по спутниковым данным // Исслед. Земли из космоса. 2015. № 1. С. 3–11.
- Масленников В. В. Климатические колебания и морская экосистема Антарктики. М.: Изд-во ВНИРО, 2003. 295 с.
- Семенов В. А., Мартин Т., Беренс Л. К., Латиф М., Астафьева Е. С. Изменения площади арктических морских льдов в ансамблях климатических моделей CMIP3 и CMIP5 // Лёд и Снег. 2017. Т. 57. № 1. С. 77–107.
- Тихонов В. В., Раев М. Д., Шарков Е. А., Боярский Д. А., Репина И. А., Комарова Н. Ю. Мониторинг морского льда полярных регионов с использованием спутниковой микроволновой радиометрии // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2015. Т. 12. № 5. С. 150–169.
- Тихонов В. В., Раев М. Д., Шарков Е. А., Боярский Д. А., Репина И. А., Комарова Н. Ю. Спутниковая микроволновая радиометрия морского льда полярных регионов: Обзор // Исслед. Земли из космоса. 2016. № 4. С. 65–84.
- Шалина Е. В., Бобылев Л. П. Изменение ледовых условий в Арктике согласно спутниковым наблюдениям // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2017. Т. 14. № 6. С. 28–41.
- Agnew T., Howell S. The use of operational ice charts for evaluating passive microwave ice concentration data // Atmosphere-Ocean. 2003. V. 41. No. 4. P. 317–331.
- Antarctic Sea Ice Variability in the Southern Ocean-Climate System: Proc. Workshop / eds. Thomas K., Macalady A., Washington D. C.: National Academies Press, 2017. 82 p.
- Bintanja R., Van Oldenborgh G. J., Drijfhout S. S., Wouters B., Katsman C. A. Important role for ocean warming and increased ice-shelf melt in Antarctic sea-ice expansion // Nature Geosciences. 2013. V. 6(5). P. 376–379.
- Gong D., Wang S. Definition of Antarctic oscillation index // Geophysical Research Letters. 1999. V. 26. P. 459– 462,
- Goosse H., Zunz V. Decadal trends in the Antarctic sea ice extent ultimately controlled by ice-ocean feedback // The Cryosphere. 2014. V. 8(2). P. 453–470. DOI: 10.5194/tc-8-453-2014.
- Hellmer H. H. Impact of Antarctic ice shelf basal melting on sea ice and deep ocean properties // Geophysical Research Letters. 2004. V. 31(10). L10307. DOI: 10.1029/2004GL019506.
- Holland P. R. The seasonality of Antarctic sea ice trends // Geophysical Research Letters. 2014. V. 41. P. 4230–4237. DOI: 10.1002/2014gl060172.
- Holland P. R., Kwok R. Wind-driven trends in Antarctic sea-ice drift // Nature Geosciences. 2012. V. 5. P. 872–875. DOI: 10.1038/ngeo1627.
- Ivanova N. O., Johannessen M., Pedersen L. T., Tonboe R. T. Retrieval of Arctic Sea Ice Parameters by Satellite Passive Microwave Sensors: A Comparison of Eleven Sea Ice Concentration Algorithms // IEEE Trans. Geoscience Remote Sensing. 2014. V. 52. No. 11. P. 7233–7246.
- Jacobs S., Comiso J. Climate Variability in the Amundsen and Bellingshausen Seas // J. Climate. 1997. V. 10. P. 697–709.
- Lefebvre W., Goosse H. An analysis of the atmospheric processes driving the large-scale winter sea ice variability in the Southern Ocean // J. Geophysical Research. 2008. V. 113. C02004. DOI: 10.1029/2006JC004032.
- Liu J., Curry J. A. Accelerated warming of the Southern Ocean and its impacts on the hydrological cycle and sea ice // Proc. National Academy of Sciences. 2010. V. 107. No. 34. P. 14987–14992.
- Llovel W., Terray L. Observed southern upper-ocean warming over 2005–2014 and associated mechanisms // Environmental Research Letters. 2016. V. 11. 124023.
- Mahlstein I., Gent P. R., Solomon S. Historical Antarctic mean sea ice area, sea ice trends, and winds in CMIP5 simulations // J. Geophysical Research: Atmospheres. 2013. V. 118(11). P. 5105–5110.
- Marshall G. J. Trends in the Southern Annular Mode from observations and reanalyses // J. Climate. 2003. V. 16. P. 4134–4143.
- Meier W. N. Comparison of passive microwave ice concentration algorithm retrievals with AVHRR imagery in Arctic peripheral seas // IEEE Trans. Geoscience Remote Sensing. 2005. V. 43. No. 6. P. 1324–1337.
- Parkinson C. L. Global Sea Ice Coverage from Satellite Data: Annual Cycle and 35-Yr Trends // J. Climate. 2014. V. 27. P. 9377–9382.
- Parkinson C. L. A 40-y record reveals gradual Antarctic sea ice increases followed by decreases at rates far exceeding the rates seen in the Arctic // PNAS. 2019. V. 116 No. 29. P. 14414–14423.
- Polvani L. M., Smith K. L. Can natural variability explain observed Antarctic sea ice trends? New modeling evidence from CMIP5 // Geophysical Research Letters. 2013. V. 40(12). P. 3195–3199.
- Sallee J. B. Southern Ocean warming // Oceanography. 2018. V. 31(2). P. 52–62.
- Stammerjohn S. E., Maksym T., Massom R. A. Lowry K. E., Arrigo K. R., Yuan X., Raphael M., Randall-Goodwin E., Sherrell R. M., Yager P. L. Seasonal sea ice changes in the Amundsen Sea, Antarctica, over the period of 1979–2014 // Elementa: Science of the Anthropocene. 2016. V. 3. 000055. DOI: 10.12952/journal.elementa.000055 elementascience.org.
- Steig E. J., Ding Q., Battisti D. S., Jenkins A. Tropical forcing of Circumpolar Deep Water Inflow and outlet glacier thinning in the Amundsen Sea Embayment, West Antarctica // Annals of Glaciology. 2012. V. 53(60). P. 19–28.
- Turner J., Overland J. Contrasting climate change in the two polar regions // Polar Research. 2009. V. 28(2). P. 146–164. DOI: 10.1111/ j.1751-8369.2009.00128.x.
- Turner J., Maksym T., Phillips T., Marshall G. J., Meredith M. P. Impact of changes in sea ice advance on the large winter warming on the western Antarctic Peninsula // Intern. J. Climatology. 2012. V. 33. P. 852–861.
- Turner J., Bracegirdle T. J., Phillips T., Marshall G. J., Hosking J. S. An initial assessment of Antarctic sea ice extent in the CMIP5 models // J. Climate. 2013. V. 26(5). P. 1473–1484.
- Turner J., Hosking J. S., Marshall G. J., Phillips T., Bracegirdle T. J. Antarctic sea ice increase consistent with intrinsic variability of the Amundsen Sea Low // Climate Dynamics. 2016. V. 46. No. 7–8. P. 2391–2402.
- Zhang J. Modeling the impact of wind intensification on Antarctic sea ice volume // J. Climate. 2013. V. 27. P. 202–214. DOI: 10.1175/JCLI-D-12-00139.1.
- Zunz V., Goosse H., Massonnet F. How does internal variability influence the ability of CMIP5 models to reproduce the recent trend in Southern Ocean sea ice extent? // The Cryosphere. 2013. V. 7(2). P. 451–468. DOI: 10.5194/tc-7-451-2013.