Статья: Тенденции климатических изменений термических условий моря Лаптевых за последние 37 лет

Рис. 4 Коэффициенты линейного тренда температуры воды (°C/10 лет) в 1982-2017 гг. за весь теплый период (а) и в октябре (б). Штриховой линией отмечена граница распространения льда в сентябре 1980 г

Как видно из рис. 2 и 3, периоды потепления и похолодания перемежаются во времени и охватывают одновременно обширные участки акваторий. В многолетнем ходе Tw на фоне чередования «холодных» и «теплых» лет выражена общая тенденция потепления вод. По данным ГМС и реанализа, аномально холодными были 1984-1986, 1992, 1996 и 2015 гг., а аномально теплыми - 1990, 1991, 1995, 2007, 2010-2012 и 2014 гг. Для 2015 г. аномально холодное состояние вод фиксировалось только в бухте Тикси.

Анализ пространственной структуры межгодовых изменений температуры воды. В начале рассматриваемого периода на большей части акватории моря наблюдались только отрицательные аномалии среднегодовых величин Тот. В процессе потепления знак аномалий сменился на противоположный, а область с отрицательными аномалиями локализовалась на юго-востоке моря Лаптевых. При этом граница распространения льда, наблюдавшаяся в сентябре 1980 г. (рис. 4а), в сентябре 2017 г. сместилась к северу почти за пределы акватории моря.

В многолетнем ходе Twr на большей части моря, исключая акваторию ЮВР, наблюдались только положительные тренды, в отдельные месяцы отрицательные тренды полностью отсутствовали (рис. 46). Отмеченные особенности пространственно-временной изменчивости поля температуры формируются в результате взаимодействия разномасштабных процессов, происходящих в море и атмосфере. Первые три моды ЭОФ аккумулируют 85 % дисперсии межгодовых колебаний Twr и дают наиболее полное представление об особенностях структуры межгодовой изменчивости этого поля (рис. 5). В рядах временных изменений коэффициентов разложения выделялись статистически значимые положительные тренды только для первой и второй мод (рис. 56, г).

Рис. 5 Пространственное и временное распределение коэффициентов первой (а, б), второй (в, г) и третьей (б, е) мод ЭОФ аномалий температуры воды в море Лаптевых. Показаны линии значимого тренда

Межгодовые вариации Tw на ГМС и Тот в выделенных районах значимо коррелируют главным образом с колебаниями временных коэффициентов именно первой и второй мод ЭОФ (табл. 3), а изменения Та и ледовитости - только с первой модой.

Таблица 3

Коэффициенты корреляции межгодовых колебаний температуры воды на ГМС и в выделенных районах c временными коэффициентами первых мод ЭОФ в теплый период

Первая мода (С1) описывает 61 % общей дисперсии вариаций среднегодовых значений ATwr и отражает вклад наиболее значительных колебаний температуры (рис. 2, 3) в ходе общего потепления в регионе. В поле пространственного распределения коэффициентов этой моды ЭОФ наблюдаются только положительные значения, что свидетельствует о синхронности колебаний температуры в пределах всего бассейна (рис. 5а). Поле пространственного распределения коэффициентов второй (С2) и третьей (С3) мод ЭОФ представлено как положительными, так и отрицательными значениями, что объясняется несинхронностью колебаний температуры в различных районах. В пространственном распределении коэффициентов второй моды (13 % общей дисперсии) выделяются две области противофазных колебаний - на северо-востоке и юго-западе акватории моря Лаптевых. Первая из них включает шельф, вторая - глубоководную часть моря. Положение этих областей, вероятно, связано с различиями в гидрологических условиях и скоростях процессов прогрева и охлаждения воды рассматриваемых районов. Третья мода (11 % дисперсии) характеризует противофазные колебания в поле температуры небольшой амплитуды в направлении с северо-запада на юго-восток и может быть связана с различиями в гидрологических условиях, находящихся под влиянием атлантических вод и стока рек с материкового побережья [3], а также с локальными особенностями поля ветра.

Корреляционные связи между характеристиками термических условий и атмосферными процессами. В условиях глобального потепления основными причинами формирования областей положительных аномалий Tw и Та являются изменения крупномасштабной атмосферной циркуляции, расположения и выраженности центров действия атмосферы, интенсивности и соотношения зональных и меридиональных переносов в атмосфере. Эти изменения отражаются в отдельных циркуляционных показателях, в частности в колебаниях климатических индексов. Между изменениями КИ и вариациями климатических параметров, характеризующих состояние термического и барического полей, имеются статистически значимые прямые и обратные корреляционные связи [10]. Был проведен взаимный корреляционный анализ временных рядов температуры воды и воздуха, коэффициентов мод ЭОФ разложения полей аномалий ЛТwr и ветра с индексами, характеризующими состояние и динамику климатической системы. В рассматриваемый период в ходе межгодовых изменений КИ присутствовали статистически значимые положительные и отрицательные трендовые составляющие (табл. 4), отражающие тенденции в изменениях крупномасштабной атмосферной циркуляции [1, 6, 8, 10].

Таблица 4

Коэффициенты корреляции межгодовых изменений климатических индексов с колебаниями аномалий Та на ГМС в теплый (над чертой) и холодный (под чертой) сезоны

Примечание. КЛТ - коэффициент линейного тренда КИ, отн. ед./10 лет. Прочерк - отсутствие оценок из-за сезонности центров действия атмосферы

В теплый сезон, когда наблюдались статистически значимые положительные тренды межгодовых вариаций Tw и Та, в ходе рассматриваемых КИ произошли следующие изменения:

- фазы колебаний PDO изменились с положительной на преимущественно отрицательную, с чем обычно связывается начало процесса накопления положительных аномалий температуры в северной, западной частях Тихого океана и восточной Арктике;

- значения индекса WP перешли к отрицательной фазе, что можно связать с уменьшением градиента давления между субтропиками и субполярными широтами, блокированием западного переноса и ослаблением зональной атмосферной циркуляции в средней тропосфере на уровне АТ-500, усилением межширотного обмена и потеплением в СевероТихоокеанском секторе и северной Евразии [1, 8]. При этом усилился перенос циклонами в Арктику более теплого воздуха из средних широт северной части Тихого и Атлантического океанов;

- значения ОКН снизились, что означает ослабление Охотского антициклона. При слабовыраженном Охотском антициклоне наблюдаются усиление циклонической активности над северо-западом Тихого океана, выход циклонов и вынос теплых воздушных масс на акваторию Охотского, Берингова морей и в восточную Арктику;

- АМО с середины 1990-х годов находится в положительной фазе, свидетельствующей о потеплении в Атлантике и Северном полушарии. Эта фаза может длиться 20-40 лет [14].

В холодный сезон значимый положительный тренд фиксируется только в ходе индексов NPI и АМО, что указывает на ослабление влияния на циркуляционную деятельность Алеутской депрессии и продолжающееся потепление в Северном полушарии. В теплый сезон проявляются статистически значимые прямые и обратные корреляционные связи увеличения Та с процессами, параметризуемыми индексами WP, OKH, NAO и АМО, в холодный - с изменениями АМО, а на отдельных ГМС - с WP, SOI и AO. Изменения Tw в прибрежной зоне и на севере акватории моря Лаптевых в основном согласуются с вариациями индексов OKH и АМО (табл. 5). Атмосферные процессы, связанные с АО и АМО, оказывают влияние на формирование первой и второй мод ЭОФ. Влияние других КИ совсем не проявляется или значительно ослаблено.

Таблица 5

Коэффициенты корреляции межгодовых изменений климатических индексов с колебаниями аномалий температуры воды на ГМС в выделенных районах и коэффициентами первых мод ЭОФ поля ДТwr в теплый сезон

Поле приводного ветра в исследуемом районе сильно неоднородно, неустойчиво и характеризуется значительной завихренностью. Анализ межгодовых вариаций величин меридиональной и зональной компонент скорости ветра, осредненных по всей акватории моря, указывает на отсутствие статистически значимых трендов во все месяцы и сезоны года, за исключением ноября, когда наблюдается возрастание скорости западных румбов. Из-за неоднородности структуры поля ветра и сложного характера процессов взаимодействия в системе море-атмосфера коэффициенты корреляции межгодовых колебаний Tw и Та в теплый период с меридиональной (V) и зональной (И) компонентами поля ветра статистически не значимы, что отличает арктические моря от дальневосточных, где четко выражена муссонная циркуляция [9, 10]. В холодный период возрастание скорости ветра западных румбов сопровождается увеличением Та на ГМС и уменьшением ледовитости моря, а восточных - наоборот, снижением Та и повышением ледовитости моря (Я = 0,4-0,7).

Первые две моды ЭОФ вариаций компонент V и И поля скорости ветра характеризуют пространственное положение основных энергоактивных зон в пределах акватории моря Лаптевых. Корреляционные связи межгодовых изменений коэффициентов мод ЭОФ поля ветра, Tw и Та и климатических индексов сложны и неоднозначны для интерпретации.

Отметим, что межгодовые изменения Та в холодный период связаны с вариациями временных коэффициентов как первой, так и второй мод ЭОФ обеих компонент скорости ветра, а изменения ледовитости - только второй моды. В теплый период колебания Та и Тw связаны главным образом со второй модой ЭОФ зональной компоненты разложения поля ветра, причем знак соответствующих коэффициентов корреляции в это время меняется на противоположный (табл. 6).

Таблица 6

Коэффициенты корреляции межгодовых колебаний температуры воды и воздуха на ГМС c вариациями меридиональной V и зональной U (в скобках) компонент скорости ветра и коэффициентов первых мод ЭОФ поля ветра в теплый и холодный периоды года