Климат и океанографические исследования северных и южных морей

ЕСТЕСТВЕННЫЕ И ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

УДК 574.5

КЛИМАТ И ОКЕАНОГРАФИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СЕВЕРНЫХ И ЮЖНЫХ МОРЕЙ

Г.Г. Матишов

Мурманский морской биологический институт КНЦ РАН

Аннотация

Обсуждаются современные тенденции климата, гидрологических и ледовых условий северных и южных морей России в контексте исследований ММБИ и его Азовского филиала. Показано, что в 2000-е годы на фоне волны потепления, наблюдавшейся в Арктике, в Азово-Черноморском регионе отмечались ярко выраженные холодные аномалии, обусловленные влиянием блокирующего антициклона. Данные последних двух лет свидетельствуют о смене знака климатической тенденции в арктических морях. Ключевые слова:

климат, океанография, ледяной покров, аномалия, Арктика, Азово-Черноморский бассейн.

Ё Исследование климатических изменений под влиянием естественных

и антропогенных факторов - одно из важнейших направлений отечественной и мировой науки. Современные климатические процессы определяют динамику морских экосистем, условия ведения морской деятельности, возможности использования биоресурсного и минерально-ресурсного потенциала. Это актуально как для Арктики, где от климата зависит вся жизнедеятельность и экономическая активность, так и для южных морей России, где экосистемы уже длительное время находятся в нарушенном состоянии.

Рис. 1. Экспедиционные исследования ММБИ в 2012-2014 гг.

ВЕСТНИК Кольского научного центра РАН 2/2015

11

Г.Г. Матишов

Мурманский морской биологический институт работает в Арктике уже 80 лет, со времени его основания в 1935 г. [1]. С конца 1990-х годов ММБИ и его Азовский филиал изучают Азовское, Черное и Каспийское моря. Такой широкий взгляд позволяет сравнивать климат разных географических зон, опираясь на океанологические исследования в Арктике и аридной зоне.

Ежегодно ММБИ проводит мониторинг морей Российской Арктики. В 2012-2014 гг. ареной исследований были все арктические моря от Баренцева до Восточно-Сибирского (рис. 1). Экспедиционные рейсы выполняются на собственном экспедиционном судне «Дальние Зеленцы», а также в попутных рейсах атомных ледоколов и судов ледового класса [2]. В морских экспедициях и при проведении прибрежных исследований используется современная измерительная техника - отрывные гидрозонды, стационарные океанографические буи (рис. 2).

Рис. 2. Современные средства океанографических измерений: стационарный буй (слева) и отрывные гидрозонды

В южных морях ММБИ работает последние 15 лет. В 1999 г. был организован Азовский филиал института, а с 2003 г. нашими главными партнерами стали Южный научный центр РАН (ЮНЦ) в Ростове-на-Дону и действующий в его составе Институт аридных зон.

Обязательное требование к исследованиям климатических процессов в атмосфере и океане -наличие баз климатических данных, освещающих весь период инструментальных наблюдений. Более 20 лет ММБИ совместно с Национальным центром океанографических данных США и ЮНЦ создавали базу данных по климату и биологии морей Северного Ледовитого океана, а также южных морей России. В результате архивации получился колоссальный по объему труд, включающий данные за 150 лет о температуре и солености воды, ледовом режиме, содержании кислорода, ихтиофауне и рыбном промысле. С 1998 по 2013 гг. изданы 6 климатических атласов (рис. 3). В последнем из них наряду с обобщением многолетних данных сделан акцент на климатических изменениях морских экосистем [3].

Среди исследованных арктических морей самая высокая степень изученности у Баренцева и Белого морей - около четверти миллиона станций, выполненных на протяжении почти полутора столетий. Изученность других арктических морей значительно ниже (табл.). Поэтому для понимания глобальных изменений климата реперными являются океанографические разрезы Баренцева моря и прежде всего вековой разрез «Кольский меридиан» (рис. 4). Многолетние

12

ВЕСТНИК Кольского научного центра РАН 2/2015

Климат и океанографические исследования северных и южных морей

наблюдения на этом разрезе позволяют непосредственно выявлять изменчивость океанологических параметров, а также оценивать интенсивность адвекции атлантических вод в Баренцево море. Именно этот процесс обусловливает специфику погоды, климата и биопродуктивности морей [4].

АТЛАСЫ ИЗДАННЫЕ NOAA, ЮНЦ РАН И ММ Б И

SYDNEY LEVITUS, GENNADY MATISHOV, KENNETH SHERMAN,

Рис. 3. Атласы океанографических и гидробиологических данных, опубликованные ММБИ, ЮНЦ и ИОЛА (США) в 1998-2013 гг.

Распределение станций по большим морским экосистемам восточной Арктики

Большие морские экосистемы Число станций Период, гг.

Баренцево и Белое моря 238 286 1870-2013

Карское море 38 445 1870-2013

Море Лаптевых 6 570 1878-2009

Восточно-Сибирское море 3 459 1878-2008

Чукотское море 50 858 1849-2012

Берингово море 81 298 1827-2012

Всего по северным морям 337 618

Всего 418 916

ВЕСТНИК Кольского научного центра РАН 2/2015

13

Г.Г. Матишов

Рис. 4. Пример представления данных в атласе [3] для разреза «Кольский меридиан»: плотность наблюдений и среднее положение кромки льда

В начале XXI в., как и в 1930-е гг., в Баренцевом море и в целом в Арктике наблюдалось потепление. Эта фаза потепления обусловлена мощной адвекцией тепла из Атлантики, что породило разговоры о скором таянии арктических льдов. В 2006-2010 гг. на разрезе “Кольский меридиан” наблюдались в основном положительные аномалии температуры воды. Сравнение c имеющимися данными по аномалиям за прошлые годы [4-6] показывает, что наиболее теплым за последнее столетие в Баренцевом море был летний период 2006 г. (рис. 5). Вместе с тем поток тепла в Баренцево море с атлантическими водами, активно возраставший в период с 2001 по 2006 гг., в летний период 2007 -2010 гг. устойчиво уменьшался [4].

14

ВЕСТНИК Кольского научного центра РАН 2/2015

Климат и океанографические исследования северных и южных морей

Яркий показатель изменчивости климата - морской лед. Опыт мореплавания в Арктике свидетельствует, что изменения площади морских льдов в прошлые столетия не уступали современным. В 1878 г. Норденшельд на судне «Вега» прошел за лето от Стокгольма до Берингова пролива - практически всю трассу Севморпути.

Рис. 5. Динамика теплового состояния вод на разрезе «Кольский меридиан» и схема поступления атлантических водных масс в Баренцево море

В начале 1930-х гг. (1932 и 1933) ледокольные пароходы «А. Сибиряков» и «Челюскин» совершили за одну навигацию переход по Севморпути до Берингова пролива. Выдающийся океанолог профессор Н.Н. Зубов в своей книге «Льды Арктики» [7] отметил, что в 1936 г. Севморпуть был свободен ото льда.

Потепление начала 2000-х гг. сопровождалось ярко выраженными ледовыми аномалиями в арктическом бассейне и на шельфе. В 2012 г. февральская площадь ледового покрова в Баренцевом море показала абсолютный минимум за историю наблюдений, составив 400 тыс. км2 против «обычных» 860 тыс. Однако даже в этот период тенденции изменения площади льдов были неоднозначными. Так, по данным национальной метеорологической службы США, не по стандартной схеме ведут себя льды в Беринговом море уже не первый год. Льды продержались в 2012 г. рекордно долго - более 100 дней, продолжив серию «холодовых» рекордов в этом регионе. Площадь ледового покрова в Беринговом море оказалась на втором месте среди максимальных значений за историю наблюдений со спутника, ведущихся с 1979 г.

Несмотря на то, что климат цикличен, его периодичность не такая четкая, как у часового механизма. Этот тезис наглядно подтверждается анализом ледовых карт за каждый месяц XXI в. Холодная весна и лето 2013 г. привели к росту покрова льда в Арктике. Его площадь стала примерно в полтора раза больше, чем в 2012 г.

В сентябре 2013 г. ледовый барьер в проливе Вилькицкого шириной почти в 100 км, как тромб, стал преградой для судоходства. В середине сентября 2013 г. из-за сплоченных льдов эскадра кораблей Северного флота проходила пролив Вилькицкого в сопровождении четырех атомных

ВЕСТНИК Кольского научного центра РАН 2/2015

15

Г.Г. Матишов

ледоколов. Обратно в Североморск в конце сентября их подстраховывали два ледокола. Причем прогноз по аналогии с сентябрем прошлых лет ориентировал на безледное плавание.

В связи с этим обращают на себя случаи столкновения с айсбергами и крупными торосами. В 2013 г. пробоины ниже ватерлинии получили ледоколы «50 лет Победы», танкер «Нордвик» и другие суда. В начале октября 2014 г. четыре айсберга обнаружили на севере моря Лаптевых. Таких случаев становится все больше.

Тенденция к похолоданию сохранялась и в 2014 г., о чем свидетельствует сопоставление ледовых карт. Если в начале июля 2012 г. Карское море почти освободилось ото льда, то в те же сроки 2014 г. более 70% его акватории, включая Обь-Енисейскую прибрежную зону, оставались подо льдом (рис. 6). В Баренцевом море на 10 декабря 2014 г. площадь льда была на 30% больше, чем на ту же дату 2014 г.

Мы не поймем климат Арктики, если наряду с Северной Атлантикой не будем учитывать глобальные процессы в Сибири, Беринговом море, Европе и южных морях. В противоположность ситуации в Арктике в XXI в. в южных морях отмечались экстремальные морозы и аномальный рост площади льда.

С начала XXI в. на юге России и в южной Европе в середине января устанавливается непривычно холодная погода. Снежные заносы, замерзание Бакинской бухты и другие форсмажорные ситуации возникают ежегодно во второй половине зимы.

а б

Рис. 6. Ледяной покров Северного Ледовитого океана в июле 2012

Аномально суровые зимы были в 2007 и 2012 гг. Продолжительность ледостава на Каспии и в Азовском море достигала 50-80 дней. На два-три месяца прекращалось судоходство и работа паромной переправы в Керченском проливе. В связи с этим ЮНЦ наладил ежедневные гидрометеорологические и ледовые наблюдения в Таганрогском заливе.

На основе исследований динамики ледообразования были откорректированы известные формулы расчетов толщины льда Азовского моря. Это позволяет повысить точность расчетов и уменьшить относительную погрешность с 30-40 до 10-20%.

Нами установлено [8], что причиной аномально суровых зим и тяжелых ледовых условий на южных морях была экстремальная адвекция холода Сибирского антициклона к Пиренеям, а тепла Гольфстрима - в направлении земли Франца-Иосифа и Карского моря (рис. 7). Морозный атмосферный барьер Сибирского максимума высокого (до 1 080 миллибар) давления - ось Воейкова - блокировала поступление более теплых воздушных масс из Атлантики к морям Средиземноморья.

16

ВЕСТНИК Кольского научного центра РАН 2/2015

Климат и океанографические исследования северных и южных морей

Экстремальные природные ситуации в Азово-Черноморском регионе участились и в другие сезоны. По своим масштабам и тяжести последствий выделяется наводнение в Крымске (Краснодарский край) 6-7 июля 2012 г., вызванное сочетанием метеорологических и геоморфологических факторов [9, 10]. Ураганная адвекция черноморских вод в мелководный азовский водоем также приводит к сильным наводнениям и даже потопам. Так было 24 сентября 2014 г., когда в водопроводы Азова и Ростова поступала морская вода, соленостью до 4-6%. Еще более неприятным был эффект внезапного подъема на 4 м уровня моря и потоп в дельте Дона. Следует отметить, что с начала XXI в. в Азово-Черноморском регионе ни одно стихийное бедствие не было предсказано.

АНОМАЛЬНАЯ

АДВЕКЦИЯ

к Пиренеям западного отрога Сибирского антициклона и Гольфстрима к земле Франца-Иосифа

февраль 2012 г.

Рис. 7. Схема формирования термических и ледовых аномалий противоположного знака в арктических и южных морях

С 2013 года ЮНЦ проводит инструментальную регистрацию эпизодов возникновения и развития чрезвычайных природных явлений. В Таганрогском заливе выставляется сеть гидрозондов. Они позволяют заранее по градиенту солености определять масштаб грядущей черноморской адвекции, а следовательно, амплитуду колебаний уровня Азовского моря (рис. 8). Важно выявлять предвестников экстремальных затоков соленых черноморских вод в дельте Дона.

Таким образом, климатические тенденции начала XXI в. не поддаются однозначной оценке. На фоне ярко выраженных продолжительных аномалий отмечаются процессы, достигающие масштаба локальных природных катастроф. Поэтому необходимо объективно оценивать весь диапазон факторов воздействия в глобальном масштабе. Так, не следует забывать, что в Антарктиде сконцентрировано 92% льда и холода на Земле. Именно здесь формируется глобальная донная циркуляция холодных вод Мирового океана. Надо подчеркнуть, что процессы в Антарктиде по своим масштабам несопоставимы с флуктуациями льда в Арктике. Несоизмеримы толщины ледникового щита (3-4 км) и дрейфующего пакового льда (3-4 м).

ВЕСТНИК Кольского научного центра РАН 2/2015

17

Г.Г. Матишов

Теплый цикл в Арктике в начале XXI в. очевиден. Но также очевидно, что с начала спутниковых наблюдений идет резкое нарастание льда в Антарктиде (рис. 9). Нам представляется, что прогнозы климата Северного Ледовитого океана без увязки с явлениями в Южном океане будут являться упрощенной теоретической моделью.

Рис. 8. Схема адвекции черноморских вод в Азовское море

Рис. 9. Динамика среднегодовой площади морского льда в северном и южном полушариях с 1979 по 2013 гг.

18

ВЕСТНИК Кольского научного центра РАН 2/2015

Климат и океанографические исследования северных и южных морей

Наш опыт в экосистемной климатологии подсказывает, что теплый период в Арктике завершился. За последние два года вектор климата меняется в сторону холодного цикла. Надо ждать обычной суровой погоды и расширения площади льда, добавления техногенных и климатических рисков. Без ледоколов Севморпуть не пройти.

Разумеется, предсказать природную изменчивость с желаемой точностью нереально. Но экономике нужны ориентиры и возможность опираться на разумные климатические шаблоны. Поэтому важно ускорить разработку новых технологий и программного обеспечения для расчета климатических норм и аномалий, учета ошибок в вычислительных алгоритмах.

Разработчикам климатических моделей при расчетах необходимо основываться на реальной базе данных, на вековых разрезах наблюдений, это является далеко не простой задачей. С ней могут справиться только научные коллективы, включающие теоретиков, специалистов по морским приборам и информационным технологиям, практиков с экспедиционным опытом. Это требует объединения усилий академической и отраслевой науки, вузов и всех организаций, участвующих в гражданской и военной морской деятельности.

ЛИТЕРАТУРА

1. Матишов Г.Г., Дженюк С.Л., Ишкулов Д.Г. Развитие гидробиологических исследований в Евро-арктическом регионе в XIX-XX веках и в перспективе // Вестник КНЦ РАН. 2009. № 1. С. 17-23. 2. Комплексные исследования Арктики на трассе Северного морского пути на атомных ледоколах (20 лет опыта ММБИ) / Г.Г. Матишов, Ю.А. Баданин, А.А. Дерябин, С.Л. Дженюк, Д.Г. Ишкулов, Д.В. Моисеев. Ростов н/Д: Изд. ЮнЦ РАН, 2014. 96 с. 3. Атлас климатических изменений в больших морских экосистемах Северного полушария (1878-2013). Регион 1. Моря Восточной Арктики. Регион 2. Черное, Азовское и Каспийское моря / Г.Г. Матишов, С.В. Бердников, А.П. Жичкин и др. Ростов н/Д: Изд. ЮНЦ РАН, 2014. 256 с. 4. Matishov G.G., Matishov D.G., Moiseev D.V. Inflow of Atlantic-origin waters to the Barents Sea along glacial troughs // Oceanologia. 2009. № 51(3). Р. 293-312. 5. Терещенко В.В. Сезонные и межгодовые изменения температуры и солености воды основных течений на разрезе ’’Кольский меридиан” в Баренцевом море. Мурманск: Изд-во ПИНРО, 1997. 71 с. 6. Климатические изменения морских экосистем европейской Арктики / Г.Г. Матишов, С.Л. Дженюк, Д.В. Моисеев, А.П. Жичкин // Проблемы Арктики и Антарктики. 2010. № 3 (8б). С. 7-21. 7. Зубов Н.Н. Льды Арктики. М.: Изд. Главсевморпути, 1945. 360 с. 8. О природе крупных гидрометеорологических аномалий в арктических и южных морях России / Г.Г. Матишов, С.Л. Дженюк, Д.В. Моисеев, А.П. Жичкин // Изв. РАН. Сер. геогр. 2014. № 1. С. 36-46. 9. Матишов Г.Г., Клещенков А.В. Кубанский паводковый кризис. Климат, геоморфология, прогноз. Крымск, июль 2012 г. Ростов н/Д: Изд. ЮНЦ РАН, 2012. 128 с. 10. Матишов Г.Г., Матишов Д.Г. Современные природные и социальные риски в Азово-Черноморском регионе // Вестник РАН. 2013. Т. 83, № 12. С. 1059-1067.

Сведения об авторе

Матишов Геннадий Григорьевич - академик РАН, директор Мурманского морского биологического института КНЦ РАН; e-mail: matishov@mmbi.info

ВЕСТНИК Кольского научного центра РАН 2/2015

19