Сопряженность ледовых условий Берингова моря с ледовыми условиями в морях восточного сектора Арктики и тихоокеанского бассейна

Науки о Земле

Вестник ДВО РАН. 2014. № 5

УДК 551.467(265.51+265.52+265.54+268.52+268.61+268.62) Н.М. ВАКУЛЬСКАЯ, ВВ. ПЛОТНИКОВ, В.И. ПУСТОШНОВА

Сопряженность ледовых условий Берингова моря с ледовыми условиями в морях восточного сектора Арктики и тихоокеанского

Анализируется пространственно-временная сопряженность эволюции ледовых условий в Беринговом море с ледовыми условиями в морях восточного сектора Арктики (Лаптевых, Восточно-Сибирском и Чукотском) и тихоокеанского бассейна (Охотском и Японском). Процессы эволюции ледовых условий на акваториях Берингова моря протекают, как правило, в противофазе к ледовым условиям в соседних морях. При активном развитии ледяного покрова на морях арктического и тихоокеанского бассейнов следует ожидать замедленного формирования его в Беринговом море. Берингово море может служить индикатором климатических изменений над акваториями восточноарктических морей и морей тихоокеанского бассейна. Однако если влияние Арктики на ледовые условия Берингова моря вполне однозначно, то влияние Берингова моря на ледовые условия арктических морей, в частности Чукотского моря, несколько сложнее. Рост ледовитости в Беринговом море, как правило, сопровождается последующим ростом ледовитости в Чукотском море. Положительные же аномалии ледовитости в Чукотском море (июнь—ноябрь) приводят к снижению ледовитости в Беринговом море (декабрь—май). Направленность (знак) связей между ледовыми процессами на акваториях Чукотского и Берингова морей зависит от их заблаговременности.

Ключевые слова: состояние ледяного покрова, сопряженность, направленность связей, заблаговремен-ность.

The conjugacy of ice conditions of the Bering Sea with ice conditions in the seas of East Arctic sector and the Pacific basin. N.M. VAKULSKAYA (V.I. Il'ichev Pacific Oceanological Institute, FEB RAS, Vladivostok), V.V. PLOTNIKOV (V.I. Il'ichev Pacific Oceanological Institute, FEB RAS, Far Eastern Federal University. School of Economics and Management, Vladivostok), V.I. PUSTOSHNOVA (V.I. Il'ichev Pacific Oceanological Institute, FEB RAS, Vladivostok).

The analysis of the spatial-temporal conjugacy of evolution of ice conditions in the Bering Sea with ice conditions in the seas of the East Arctic sector (the Laptev Sea, the East Siberian Sea and the Chukchi Sea) and the Pacific basin (the Sea of Okhotsk and the Sea of Japan) is carried out on the basis of the available information on the ice cover conditions of the seas. The processes of evolution of ice conditions in the water areas of the Bering Sea and the above seas run on, as a rule, in an antiphase to the ice conditions in the adjacent seas. In active development of an ice cover by the seas of the Arctic and Pacific basins it is expected the slowed-down development of ice conditions in the Bering Sea. The Bering Sea can serve as a certain indicator of climatic changes on noted water areas of the East Arctic seas and the Pacific basin seas. However, if the influence of the Arctic on ice conditions of the Bering Sea is quite unambiguous then the influence of the Bering Sea on ice conditions of the Arctic seas, the Chukchi Sea in particular, is more sophisticated. Ice cover growth in the Bering Sea is, as a rule, accompanied by the subsequent ice cover growth in the Chukchi Sea. Positive anomalies of ice cover in the Chukchi Sea (June—November) lead to decrease of ice cover in the Bering Sea (December—May). The direction (sign) of connections between ice processes on water areas Chukchi and Bering of the seas depend on their advance time.

Key words: ice cover condition, conjugacy, direction of connections, advance time.

*ВАКУЛЬСКАЯ Надежда Михайловна - научный сотрудник (Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичёва ДВО РАН, Владивосток), ПЛОТНИКОВ Владимир Викторович - профессор, доктор географических наук, заведующий лабораторией (Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичёва ДВО РАН, Дальневосточный федеральный университет. Школа экономики и менеджмента, Владивосток). ПУСТОШНОВА Вера Иннокентьевна - ведущий инженер (Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичёва ДВО РАН, Владивосток). *E-mail: vakulskaya@poi.dvo.ru

бассейна

Ледяной покров морей арктического и тихоокеанского бассейнов, обладая большой инерционностью, играет заметную роль в формировании климата и погоды в Северном полушарии. Он является по сути оптимальным индикатором крупномасштабной изменчивости в системе «океан-ледяной покров-атмосфера». В свою очередь характер изменчивости ледяного покрова на отдельных морях обусловлен крупномасштабными эволюционными процессами в климатической системе Северного полушария. Берингово море, находясь на стыке арктического и тихоокеанского бассейнов, в определенной мере «дирижирует» протекающими в этих бассейнах процессами.

Некоторые вопросы изменчивости и сопряженности ледовых условий морей арктического и тихоокеанского бассейнов были рассмотрены ранее [3-6, 8-11]. Однако целостной картины влияния какого-либо моря на состояние ледяного покрова всей системы морей до сих пор не получено. Это подчеркивает актуальность нашего исследования, в котором приводится оценка сопряженности ледовых процессов в системе «Берингово море-моря восточного сектора Арктики и северо-западной части Тихого океана».

Данные и методы

В работе использовались сведения из отчетов о ледовых авиаразведках, докладов капитанов ледоколов, обеспечивающих навигацию на морях, за период с 1960 по 2012 г., а также помещенные на сайте www.natice.noaa.gov спутниковые данные начиная с 1972 г. Вся разноплановая информация о состоянии ледяного покрова изученных морей синтезировалась и включалась в архив исходных данных [10]. Таким образом, ряды данных о ледовых условиях составили 52 года (1960-2012 гг.).

В качестве объекта исследований выбрана ледовитость, так как это наиболее наглядный и легко определяемый интегральный показатель ледового, а в более общем случае и климатического состояния акваторий.

Временной интервал исследования охватывает периоды, когда изменчивость ледови-тости достаточно заметна: с июня по ноябрь - для арктических морей и с декабря по май - для морей тихоокеанского бассейна. В остальное время года исследуемые акватории в силу климатических особенностей либо почти полностью покрыты льдом (арктический бассейн), либо свободны ото льда (тихоокеанский бассейн). Соответственно изменчивость ледовитости в это время близка к нулю.

Для оценки пространственно-временной сопряженности ледовых процессов строились корреляционные матрицы, характеризующие тесноту связи между состояниями ледовых условий (ледовитостью) исследуемых морей. Интегральный показатель сопряженности ледовых условий (р) для каждой пары морей определялся по формуле:

Р¿иж

и N

где N и N - соответственно количество прямых и обратных корреляционных связей для двух выделенных акваторий, N - общее количество связей.

Числовые оценки р в первом приближении достаточно подробно характеризуют сопряженность ледовых условий на исследуемых морях:

Берингово - Охотское -0,39

Берингово - Японское -0,80

Берингово - Чукотское 0,50

Чукотское - Берингово -0,39

Берингово - Восточно-Сибирское -0,39

Восточно-Сибирское - Берингово -0,44

Берингово - Лаптевых -0,56

Лаптевых - Берингово -0,44

Результаты и обсуждение

Оценка пространственно-временной сопряженности ледовых условий в системе морей северо-западной части Тихого океана. Моря дальневосточного бассейна, расположенные на границе Азиатского материка и Тихого океана, находятся под влиянием одних и тех же крупномасштабных атмосферных и гидросферных процессов, развивающихся в северной части Тихого океана, прилегающих к нему морях и на окружающих его материках. При этом влияние крупномасштабных гидрометеорологических и других процессов на характер изменчивости ледовых условий каждого из дальневосточных морей сказывается по-разному. Так, ледовые условия Берингова моря существенным образом зависят от положения и интенсивности полярного и тихоокеанского максимумов, а ледяной покров Японского моря в заметной степени связан с характером локальных синоптических условий, и эти специфические особенности следует учитывать при исследовании системы в целом.

Берингово и Охотское моря. Процессы эволюции ледяного покрова Берингова и Охотского морей, как уже отмечалось [2, 3], находятся в противофазе, т.е. при активном формировании ледяного покрова на одном из морей следует ожидать слабого его развития на другом. При этом интегральный показатель сопряженности (-0,38) для этой пары объектов подтверждает вывод о противофазности процессов.

Данное утверждение имеет определенную физическую подоплеку и хорошо вписывается в общую схему макроциркуляционных особенностей Дальнего Востока [2, 8, 11]. Область значимых связей (рис. 1) находится в интервалах март-май (Берингово море) и февраль-март (Охотское море). В целом процессы внутрисезонной изменчивости ледовых условий в Охотском море несколько опережают аналогичные процессы в Беринговом море. Количество значимых связей увеличивается начиная с февраля. С прогностической точки зрения наиболее интересны связи большой заблаговременности, например:

Берингово море ^ Охотское море

Апрель г = -0,38 Февраль

Рис. 1. Корреляционные матрицы распределения значений ледовитости Берингова моря и северо-западных морей тихоокеанского бассейна

Наибольший вклад1 в формирование особенностей эволюции ледовых условий в Беринговом море вносят флуктуации ледовитости Охотского моря с февраля по март.

Берингово и Японское моря. Процессы эволюции ледяного покрова Берингова и Японского морей, как и Охотского, находятся в противофазе. В целом же влияние ледовых

1 Понятия «вклад» и «влияние» в данном контексте означают только количественные оценки.

процессов Берингова моря на аналогичные процессы в Японском море невысоко, и характер этой зависимости менее выражен, чем в системе «Берингово море-Охотское море» (рис. 1). По-видимому, это связано с большей пространственной разобщенностью данных акваторий. Тем не менее интегральный показатель сопряженности (-0,8) свидетельствует

0 наличии связанности ледовых процессов в этих морях.

В поле корреляционных отношений превалируют связи, близкие к синхронным:

Берингово море ^ Японское море

Декабрь-январь г ~ -0,23.. .-0,33 Декабрь-январь

Наблюдается только одна область асинхронных связей с повышенными коэффициентами корреляции, представляющая прогностический интерес:

Берингово море ^ Японское море

Февраль г = -0,21 Март

В целом отмеченные закономерности подтверждают, что ледовые условия отдельного моря и всего региона находятся в тесной взаимосвязи и определяются изменчивостью ледовых условий в период максимального развития ледяного покрова.

Оценка пространственно-временной сопряженности ледовых условий в системе «Берингово море-моря восточного сектора Арктики». Процессы эволюции ледяного покрова морей восточного сектора Арктики и Берингова моря связаны между собой, и эта связь хорошо вписывается в общую схему макроциркуляционных особенностей арктического и северо-тихоокеанского бассейнов [1, 4, 6, 7, 9].

Берингово и Чукотское моря. Направленность (знак) связей между ледовыми процессами на акваториях Чукотского и Берингова морей зависит прежде всего от их за-благовременности. При этом влияние Берингова моря на ледовые процессы в Чукотском море положительно: рост ледовитости в Беринговом море, как правило, сопровождается последующим ростом ледовитости в Чукотском море (рис. 2). Положительные же аномалии (рост) ледовитости в Чукотском море (июнь-ноябрь) приводят к отрицательным аномалиям (снижению) ледовитости в Беринговом море (декабрь-май). Данная закономерность объясняет квазидвухлетнюю цикличность ледовых процессов в системе «Чукотское море-Берингово море», выявленную ранее [6, 9]. Механизм выглядит таким образом: в первый год рост ледовитости в Чукотском море (июнь-ноябрь) провоцирует ее уменьшение в Беринговом море (декабрь-май), уменьшение же ледовитости в Беринговом море, в свою очередь, генерирует ее увеличение в Чукотском море на второй год, и т.д.

В результате совместного анализа ледовых процессов на морях в пространстве корреляционных отношений установлено существование вполне конкретных областей, характеризующихся высоким уровнем связи. Локализация этих областей меняется в зависимости от времени года и временного сдвига между анализируемыми ледовыми процессами.

Ледовитость Берингова моря в марте-мае тесно связана с ледовыми процессами в Чукотском море в июне-июле, т.е. в начале периода разрушения льда (сдвиг 1-3 мес.). Отмечается также заметное влияние ледяного покрова Чукотского моря в августе и октябре на ледовые условия в Беринговом море в феврале (сдвиг 5 мес.) или мае (сдвиг 7-9 мес.), а также в июле и ноябре на Чукотском море и декабре на Беринговом море (сдвиг 5 и

1 мес.).

Для прогностического использования наиболее интересны следующие связи:

Берингово море ^ Чукотское море

Декабрь г ~ 0,34.0,37 Сентябрь-ноябрь

Март-май г ~ 0,26.0,47 Июнь-июль

Чукотское море ^ Берингово море

Июль, ноябрь г = 0,33, г = 0,39 Декабрь

Август, октябрь г = -0,30, г = -0,31 Май

Берингово и Восточно-Сибирское моря. Несколько иная картина связей ледовых процессов фиксируется для Берингова и Восточно-Сибирского морей. Развитие ледовых про-

Рис. 2. Корреляционные матрицы распределения значений ледовитости Берингова моря и морей арктического бассейна

цессов для этих акваторий происходит в большинстве случаев в противофазе (рис. 2). При этом влияние ледовых процессов в Беринговом море на процессы в Восточно-Сибирском море и наоборот менее выражено в сравнении с другими исследуемыми морями. Прогностическое значение имеют связи большой заблаговременности: Берингово море ^ Восточно-Сибирское море

Май г ~ -0,34.. .-0,32 Август-сентябрь

Восточно-Сибирское море ^ Берингово море

Август-октябрь г ~ -0,22.-0,28 Май

Октябрь г = 0,22 Декабрь

Берингово море и море Лаптевых. Развитие ледовых процессов для этих акваторий также происходит преимущественно в противофазе.

Отмечаются заметные связи между состоянием ледяного покрова на Беринговом море в январе-феврале и последующим состоянием ледовых условий в море Лаптевых с конца августа по конец сентября (сдвиг до 7 мес.; г < -0,30). Кроме того, ледяной покров на Беринговом море в апреле-мае влияет на ледовые условия в море Лаптевых в августе-сентябре (сдвиг до 4 мес.; г < -0,35). В то же время эволюция ледовитости моря Лаптевых в конце сентября-октябре и июне-июле тесно связана с ледовыми процессами в Беринговом море с января по май (сдвиг до 4-7 мес.; г < -0,40) и в декабре (сдвиг до 6 мес.). При этом влияние моря Лаптевых на Берингово море более выражено, чем наоборот. Возможно, в этом отражается вклад зонального переноса воздушных масс, формирующих временные сдвиги ледовых условий на акваториях.

С прогностической точки зрения наиболее интересны следующие связи: Берингово море ^ море Лаптевых

Февраль г = -0,39 Сентябрь

Апрель-май г ~ -0,30.-0,45 Август-сентябрь

Море Лаптевых ^ Берингово море

Июнь г = -0,45 Декабрь

Октябрь г ~ -0,36.-0,47 Февраль-май

Отмеченные закономерности свойственны в целом всему рассматриваемому периоду (с 1960 по 2012 г.). Конкретные же ситуации распределения ледовитостей в отдельные годы или периоды могут не соответствовать среднестатистическим закономерностям.

Заключение

Процессы эволюции ледяного покрова морей восточного сектора Арктики и тихоокеанского бассейна связаны между собой. Эта связь имеет конкретную физическую подоплеку и хорошо вписывается в общую схему макроциркуляционных особенностей Северного полушария.

Характер ледовых условий в Беринговом море может служить неким индикатором развития ледовых процессов в морях восточного сектора Арктики и северо-западных морях тихоокеанского бассейна. Показано, что в целом (среднестатистические оценки связей за весь период наблюдений с 1960 по 2012 г.) процессы эволюции ледовых условий на акваториях Берингова моря и других морей как тихоокеанского (Охотское и Японское моря), так и арктического (Чукотское, Восточно-Сибирское моря и море Лаптевых) бассейнов протекают, как правило, в противофазе: при активном развитии ледяного покрова на морях арктического и тихоокеанского бассейнов следует ожидать замедленного развития ледовых условий на Беринговом море. Однако если влияние Арктики на ледовые условия Берингова моря вполне однозначно, то влияние Берингова моря на ледовые условия арктических морей, в частности Чукотское море, несколько сложнее.

Направленность (знак) связей между ледовыми процессами на акваториях Чукотского и Берингова морей зависит прежде всего от их заблаговременности. Влияние Берингова

моря на ледовые процессы в Чукотском море в целом положительно (рост ледовитости в Беринговом море, как правило, сопровождается в последующем ростом ледовитости в Чукотском море). Положительные же аномалии (рост) ледовитости в Чукотском море (июнь-ноябрь) приводят к снижению ледовитости в Беринговом море (январь-май). Данная закономерность объясняется наличием квазидвухлетней цикличности ледовых процессов в системе «Чукотское море-Берингово море».

Совместным анализом ледовых процессов на морях установлено, что в пространстве корреляционных отношений существуют вполне конкретные области, характеризующиеся высоким уровнем связи. Локализация этих областей меняется в зависимости от времени года и временного сдвига анализируемых и ледовых процессов.

ЛИТЕРАТУРА

1. Бирюлин Г.М. К вопросу о прогнозировании ледовитости Охотского и Берингова морей // Тр. ДВНИГМИ. 1970. Вып. 30. С. 89-93.

2. Леонов А.К. Ледовый режим Берингова моря и прогноз его ледовитости // Тр. ААНИИ. 1976. Т. 38. С. 2-56.

3. Плотников В.В. Вероятностное моделирование эволюции ледовитости Охотского и Берингова морей // Тр. ДВНИГМИ. 1990. Вып. 40. С. 46-61.

4. Плотников В.В., Пустошнова В.И. Изменчивость и сопряженность ледовых условий в системе морей Восточной Арктики (Лаптевых, Восточно-Сибирское, Чукотское) // Метеорол. и гидрология. 2012. № 7. С. 54-65.

5. Плотников В.В., Вакульская Н.М. Изменчивость ледовых условий Берингова моря во второй половине ХХ-начале XXI века // Изв. ТИНРО. 2012. Т. 170. С. 220-228.

6. Плотников В.В., Вакульская Н.М., Лукьянова Н.Б. Об изменчивости ледовых условий Чукотского моря и ее связи с крупномасштабной циркуляцией атмосферы // Метеорол. и гидрология. 2006. № 12. С. 65-74.

7. Плотников В.В. Об одном методе вероятностного прогноза смещения кромки льда в Беринговом море // Метеорол. и гидрология. 1984. № 2. С. 62-68.

8. Плотников В.В. Оценка пространственно-временной сопряженности ледовых условий на дальневосточных морях // Тр. ДВНИГМИ. 1987. Вып. 36. С. 79-88.

9. Плотников В.В., Вакульская Н.М. Пространственно-временная изменчивость ледяного покрова Берингова моря // Вестн. ДВО РАН. 2012. № 6. С. 13-21.

10. Ростов И.Д., Плотников В.В., Ростов В.И., Вакульская Н.М. Информационно-справочная система « Режим и изменчивость состояния ледяного покрова дальневосточных морей» // Метеорол. и гидрология. 2010. № 5. С. 71-74.

11. Якунин Л.П. Ледовые исследования на дальневосточных морях // Тр. ДВНИГМИ. 1979. Вып. 77. С. 102-107.