„Дори признаците за добро време са приятни.“

През последните години интересът към арктическите региони нараства. Държавите активно разработват нови полярни територии, развива се минното дело. Поради скорошното намаляване на многогодишните ледове, периодът на плаване на корабите по Северния морски път се увеличава. Според многобройни проучвания през последното десетилетие учените отбелязват забележимо намаляване на количеството лед в Северния ледовит океан (СЛО). Има много хипотези относно това какво точно влияе на климата в полярните региони. Ледът е среда, която е постоянно под едновременното влияние на две системи – океана (отдолу) и атмосферата (отгоре). Целта е да се анализира влиянието на последната от тях върху ледената площ.

Използвани са мрежови данни от реанализа на NCEP / NCAR Reanalysis 1 на Лабораторията за изследване на земната система (ESRL) на Националната администрация за океаните и атмосферата (NOAA). Данните са средни месечни стойности на геопотенциала на ниво 850 hPa за периода на наблюдение от януари 1850 г. до март 2020 г. със стъпка на мрежата от 2,5º. Проектът използва най-съвременна система за анализ/прогнози за асимилиране на данни, използвайки наблюдения от 1948 г. до днес. Освен това бяха използвани масиви за ледени площи на Националния център за данни за сняг и лед (NSIDC). Данните на сайта са представени за периода от 1940 г. до 2017 г. в отделни зони: Море Бофорт, Чукотско море, Източносибирско море, Море на Лаптеви, Карско море, Баренцово море, Гренландско море, Бафинов залив, Канадски архипелаг, Хъдсънов залив, Централна Арктика, Берингово море, Охотско море, Балтийско море, Жълто море, както и за цялото Северно полукълбо.

За обработка на данни бяха формирани бази данни в СУБД ACCESS на геопотенциалната височина на ниво 850 hPa и площта на леда в арктическите води. За анализ на промените в състоянието на ледовия режим в Северния ледовит океан бяха избрани моретата в различни райони на Арктика: Лаптев, Чукотско, Баренцово и Гренландско.

Променливост на ледената площ в Арктика
Първо, нека анализираме промените в площта на леда в Арктика в съседните морета през зимния период (януари, февруари, март), когато протичат интензивни процеси на нарастване на леда. За тази цел бяха построени графики на промените в ледената площ в Арктика по години за всеки зимен месец поотделно с линии на тренда (линеен тип) (рис. 1–3).

Рис. 1. Графика на дългосрочната променливост на ледената покривка през януари

Рис. 2. Графика на дългосрочната променливост на ледената покривка през февруари

Рис. 3. Графика на дългосрочната променливост на ледената покривка през март

На графиката за януари (рис. 1) могат да се разграничат два периода на променливост на площта на ледената покривка: от 1940 до 1992 г. има лека тенденция към увеличаване на площта на леда, а след 1993 г. – рязко намаляване. По подобен начин през февруари отбелязваме два периода: от 1940 до 1991 г. – количеството лед нараства, а от 1991 г. се наблюдава намаление, което се доказва и от тренд линията. През март бяха идентифицирани три периода на промени в ледената площ: от 1941 до 1952 г. тук, в сравнение с предходните месеци, се отбелязва увеличение на леда, след това от 1953 до 1991 г. количеството лед остава практически непроменено, а от 1991 г., както през януари и февруари, значително намалява.
Като цяло могат да се разграничат два периода през зимата до 1991 г., когато площта на ледовете остава в нормалните граници, и след 1991 г., когато се отбелязва изразено намаление на площта на ледовете.

Анализ на влиянието на атмосферната циркулация върху площта на леда в Арктическия регион
Задачата на следващия етап е да се изследва как циркулацията на атмосферата влияе върху площта на леда в Арктика.

Подготовка на данни за леда. Първоначалните данни представляват ледената площ в квадратни километри, но за да оценим ефекта от атмосферната циркулация върху леда, ще използваме характеристиката не на ледената площ, а на разликата в ледената площ на текущия месец с предишния, т.е. ще оценим как нарастването на леда се променя от месец на месец.
Нека изградим графики на промяната по години на нарастване на ледената площ за януари. Изборът на януари се дължи на факта, че през този месец като цяло има интензивно увеличаване на ледовете. По същия начин, може да се анализират други месеци.

Тъй като акваторията на Арктика е доста голяма и в различните й части могат да протичат едновременно напълно различни циркулационни процеси, ще разгледаме целия арктически регион за отделни морета в различните му части: Баренцово море, Гренландско море, Чукотско море и морето на Лаптеви.
На рис. 4–7 се показват графики на променливостта на увеличението на площта на ледената покривка в четирите морета на Арктическия басейн за януари от 1948 г. до края на периода на наблюдение.

Освен това избираме само екстремни години, когато се наблюдава максимално увеличение или намаляване на площта на леда, и именно тези периоди ще разгледаме. На фигурите границите са начертани с цвят, под и над които ще считаме месеците за аномални. Лимитите се задават на базата на +/-1 СКО от средната стойност. Идентифицирането на такива аномални години ще даде възможност да се анализират най-ярките примери за полетата на налягане и да се определи какви характеристики на циркулационните процеси са характерни за тези периоди. Резултатите за Баренцово, Гренландско, Чукотско морета и морето на Лаптев са изброени в таблицата.

Рис. 4. Дългосрочна динамика на увеличаване на площта на ледената покривка в Баренцово море през януари

Рис. 5. Дългосрочна динамика на нарастване на ледената покривка в Гренландско море през януари

Рис. 6. Дългосрочна динамика на нарастване на ледената покривка в морето на Лаптеви през януари

Рис. 7. Дългосрочна динамика на увеличаване на площта на ледената покривка в Чукотско море през януари

Години с най-голям и най-малък растеж на лед в изследваните арктически морета през януари

След това се нанасят полетата на средните стойности на геопотенциала AT-850 за избраните периоди. По този начин типичните полета на налягане през януари бяха получени за два случая: най-голямото положително увеличение и намаление на площта на леда за всяка водна зона (рис. 8–11).

Рис. 8. Геопотенциално поле AT 850 за периоди с максимален (a) и минимален (b) растеж на лед в Баренцово море

На рис. 8 се показва полето на налягането за Баренцово море. За периоди, когато се наблюдава значително увеличение на количеството лед (рис. 8а), въздушният поток се насочва от северните ширини, а студените въздушни маси ускоряват процеса на растеж на леда. През периодите, когато се наблюдава намаляване на леда (рис. 8б), изохипсите в този регион са насочени по крайбрежието на Скандинавския полуостров, така че въздушните маси навлизат в този регион от страната на топлия Атлантически океан.

Рис. 9. Геопотенциално поле AT 850 за периоди с максимален (а) и минимален (б) растеж на лед в Гренландско море

За Гренландско море геопотенциалното поле с максимален растеж на лед е показано на рис. 9а. Тук посоката на въздушния поток възниква от северните райони по протежение на западната периферия на зоната с ниско налягане, центрирана в Баренцово море, което носи студ и вероятно допринася за увеличаване на площта на леда. На рис. 9б виждаме, че количеството лед е намаляло през този период поради интензивна адвекция на топли въздушни маси от Северния Атлантик.

Рис. 10. Геопотенциално поле AT 850 за периоди с максимален (a) и минимален (б) растеж на лед в Чукотско море

За Чукотско море картината е следната. През периода, когато количеството лед се увеличава (рис. 10а), над Чукотско и Източносибирските морета се намира зона с високо налягане. Поради честите антициклони в района се поддържат ниски температури, което допринася за натрупването на лед.
На фиг. 10б за периоди с минимален растеж на лед, зоната на високо налягане се е изместила напълно към сушата, изохипсите са насочени по северното крайбрежие на Азия, а въздушните маси носят топлина тук от Тихия океан.

Рис. 11. Геопотенциално поле AT 850 за периоди с максимален (а) и минимален (б) растеж на лед в морето на Лаптеви

Морето на Лаптеви се намира доста далеч от двата източника на топлина – Атлантическия и Тихия океан, но дори и тук влиянието на топлото Норвежко течение се проследява в периода с минимално нарастване на леда. На рис. 11б се показва, че зоната на ниско налягане е силно удължена по северното крайбрежие на Европа, което най-вероятно пречи на образуването на ледена покривка дори в тази зона. През периодите с максимално увеличаване на площта на леда (рис. 11а) въздушните маси идват тук от североизток. Това са студени арктически интрузии, които се образуват под въздействието на доста стабилна зона с високо налягане в Канадския басейн.

Според данните, дадени в таблицата, може да се каже, че аномални периоди по отношение на количеството лед се наблюдават много по-рядко в Чукотско и Лаптево море. Тези морета са отдалечени от основния източник на топлина в Арктика – Атлантическия океан, за разлика от Баренцово и Гренландско море, които се намират в зоната на Арктическия фронт на границата между студената Арктика и топлите въздушни маси от умерените ширини и са най-податливи на краткосрочни промени.

Заключения
В резултат на работата бяха анализирани промените в площта на ледената покривка в арктическите морета през зимния период (януари). През всички години до 1993 г. площта на леда или не се променя, или се наблюдава леко увеличение. От 1993 г. се наблюдава забележимо намаляване на площта на леда, което потвърждава основателността на страховете на учените и повишеното внимание към проблемите на изменението на климата в Арктика в момента.

Анализирано е влиянието на атмосферната циркулация върху формирането на аномални периоди на растеж и намаляване на площта на леда в моретата на Арктическия басейн. За тази цел полетата на средните месечни стойности на геопотенциала за януари на ниво от 850 hPa в цялата Арктика бяха конструирани отделно за периоди с най-голямо увеличение и намаляване на площта на леда, идентифицирани за четири морета на Северния ледовит океан: Лаптеви, Чукотско, Баренцово и Гренландско.
Във всички морета увеличаването на растежа на леда се оказа свързано с адвекция на студа в ниските слоеве на атмосферата, с изключение на Чукотско море, където решаващ фактор е радиационното охлаждане на ниските слоеве на атмосферата в условията на стабилен и мощен антициклон.
Намаляването на площта на ледената покривка във всички изследвани морета на Арктика е свързано с повишена адвекция на топлина в атмосферата, главно от Атлантическия или от Тихия океан.
Извършената работа показа, че атмосферната циркулация, по-специално температурната адвекция, е важна причина за междугодишните колебания в площта на леда в Арктика през зимата.