Морской лед — наиболее чувствительная компонента глобальной климатической системы и считается важнейшим индикатором изменений климата. С учетом огромного экономического значения Арктики для России, в том числе использования трассы Северного морского пути для судоходства, изучению «поведения» морского льда в Арктике уделяется самое пристальное внимание. Значительно хуже ситуация с изучением закономерностей изменчивости характеристик морского льда в Антарктике. По сравнению с зарубежными исследованиями отечественных работ по этой тематике крайне мало.
Фото: Игорь Иванко, Коммерсантъ / купить фото
Фото: Игорь Иванко, Коммерсантъ / купить фото
Понятно, что вследствие суровых природных условий главным источником такой информации должны быть искусственные спутники Земли. Измерения характеристик морского льда с искусственных спутников Земли начали выполняться примерно с середины 1960-х годов. Однако точность их была невысокой из-за сильной зависимости от облачности и условий освещенности. И только в конце 1978 года с выводом на орбиту спутника Nimbus-7 удалось обеспечить наблюдения за льдами, независимо от указанных условий. По сути, это можно считать началом новой эры надежной индикации характеристик морского льда с помощью дистанционного спутникового зондирования.
Основным прибором измерения сплоченности морского льда в настоящее время является радиометр SSMIS (Special Sensor Microwave Imager / Sounder) в микроволновом диапазоне. Хотя спутниковой микроволновой радиометрии свойственны определенные ошибки, она позволяет получать самые точные и достоверные по сравнению с другими климатическими характеристиками оценки изменчивости и статистических трендов параметров ледяного покрова. Заметный вклад в развитие алгоритмов и методов восстановления параметров ледяного покрова внесли отечественные ученые. В Арктическом и Антарктическом научно-исследовательском институте и Институте космических исследований РАН созданы и поддерживаются архивы параметров ледяного покрова Арктики и Антарктики, которые могут быть использованы для изучения закономерностей формирования и изменчивости параметров морского льда.
Как известно, в последние 40 лет идет интенсивный рост глобальной температуры воздуха, она повысилась уже на 0,76 °С. В северной полярной области температура воздуха росла в 3,5 раза быстрее (+2,7 °С), в южной полярной области она тоже увеличивалась, но заметно медленнее (+0,56 °С). Понятно, что температура воздуха — основной фактор влияния на площадь морского льда.
А теперь давайте посмотрим на рисунок, на котором представлен межгодовой ход годовых значений площади морского льда для северной (1) и южной (2) полярных областей за период 1979–2017 годов. Мы видим, что наблюдается стремительное сокращение площади морского льда в северной полярной области. Абсолютный минимум отмечался в 2016 году, когда площадь морского льда составляла 10,2 на 106 кв. км.
Из палеоклиматических данных следует, что площадь современного ледяного покрова в Арктике — минимальная за последние примерно 1500 лет. Факторы формирования межгодовой изменчивости площади морского льда Арктики хорошо известны, поэтому удовлетворительно описываются математическими моделями общей циркуляции атмосферы и океана.
Совсем иная ситуация в Антарктике, где до 2014 года отмечался рост площади ледяного покрова, что противоречило наблюдаемому потеплению климата и до настоящего времени не получило убедительного объяснения. На совещании в Вашингтоне в 2017 году по изменчивости антарктического морского льда в Южном океане было указано, что «наблюдаемые данные по морскому льду в Антарктике часто представляются удивительными и загадкой для науки о глобальном изменении климата».
Из рисунка также видно, что начиная с 2014 года в Антарктике отмечается беспрецедентное сокращение площади морского льда. За три года (2015–2017) она уменьшилась на 2 млн кв. км! Для сравнения укажем, что в Арктике за 40 лет площадь морского льда уменьшилась на 1,9 млн кв. км. Такое «поведение» ледовитости представляется не менее загадочным, чем рост ледяного покрова, высказан уже чуть ли не десяток отличающихся друг от друга предположений, однако консенсуса в научной среде нет.
Межгодовой ход годовых значений площади распространения морского льда для северного (1) и южного (2) полушарий по спутниковым данным за период 1979 2017 гг. в млн. кв. км
Межгодовой ход годовых значений площади распространения морского льда для северного (1) и южного (2) полушарий по спутниковым данным за период 1979 2017 гг. в млн. кв. км
На мой взгляд, с большой вероятностью столь быстрое уменьшение площади морского льда стало следствием стремительного потепления Южного океана, которое за период 2005–2014 годов было в 7,7 раза сильнее потепления океана в северном полушарии. Возможно, 2014 год — это точка перехода от длительной тенденции увеличения площади распространения морского льда к ее уменьшению.
Перечень загадок в межгодовой изменчивости площади морского льда Южной полярной области этим не заканчивается. Единственный регион в Антарктике, где идет постоянное сокращение площади морского льда,— это сектор морей Беллинсгаузена и Амундсена. В первую половину года (январьиюнь) здесь происходит сильное сокращение площади распространения морского льда, причем во вторую половину (июльдекабрь) тренды отсутствуют. По моему мнению, такое сокращение обусловлено в основном циркумполярной глубинной водой (Circumpolar Deep Water), теплый поток которой подходит к берегам Антарктиды именно в этом районе. Однако отсутствие натурных данных пока не позволяет проверить данное предположение.
Если точность описания межгодовой изменчивости морского льда в Арктике климатическими моделями является довольно высокой, то для Антарктики они дают неудовлетворительные результаты. Почему? Для межгодовой изменчивости площади морского льда арктических морей характерно наличие ярко выраженных трендов, описывающих до 80–90% дисперсии временных рядов. В Антарктике вклад трендов в дисперсию межгодовой изменчивости площади морского льда в среднем 10%, остальная часть дисперсии приходится на случайные колебания, не поддающиеся описанию детерминированными моделями. Вот простое объяснение неудовлетворительных результатов климатического моделирования площади морского льда в Антарктике.
Подробный анализ межгодовой изменчивости площади морского льда Северной и Южной полярных областей показывает, что между ними нет ничего общего. Это связано с принципиальными различиями между Южным и Северным Ледовитым океанами, которые представляют собой разные термодинамические системы.
Антарктика это Арктика, вывернутая наизнанку. Различия прежде всего связаны с их географическим положением. В отличие от глубокого и открытого Южного океана Северный Ледовитый океан часто рассматривают как мелководный средиземноморский бассейн Атлантического океана. Если в Арктику есть свободный доступ теплого Североатлантического течения и его продолжений, то самое мощное в океане Антарктическое циркумполярное течение препятствует проникновению на юг теплых вод с севера. Если Арктика окружена почти со всех сторон сушей, то материк Антарктида, наоборот, окружен глубоководным океаном. Если Арктический бассейн покрыт в основном паковым (многолетним) льдом, то в Антарктике лед почти исключительно однолетний. Поэтому «поведение» климатической системы Антарктики кардинально отличается от климата Арктики.
Значительным препятствием в понимании причин изменчивости площади морского льда Антарктики является то, что изучение большого числа разнонаправленных физических процессов, действующих на ледяной покров, затруднено из-за почти полного отсутствия регулярных гидрометеорологических наблюдений на побережье и тем более в прибрежных водах материка. Поэтому большинство публикаций носит описательный характер, а взгляды исследователей на один и тот же факт или процесс рассматриваются в основном в рамках предположений (гипотез) и могут значительно расходиться.
Но загадки для того и существуют, чтобы их разгадывать.