Войти на сайт
МЕЖДУНАРОДНЫЕ ЕЖЕГОДНЫЕ КОНФЕРЕНЦИИ
"СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ ДИСТАНЦИОННОГО
ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМЛИ ИЗ КОСМОСА"
(Физические основы, методы и технологии мониторинга окружающей среды, природных и антропогенных объектов)

Девятнадцатая международная конференция «СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМЛИ ИЗ КОСМОСА (Физические основы, методы и технологии мониторинга окружающей среды, потенциально опасных явлений и объектов)»

Участие в конкурсе молодых ученых 

XIX.E.88

Динамика поверхностных фронтальных зон в Баренцевом и Карском морях в условиях меняющегося климата по разнородным данным спутникового дистанционного зондирования

Коник А.А. (1,2), Зимин А.В. (1,2)
(1) Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН, Москва, Россия
(2) Санкт-Петербургский государственный университет
Одним из важнейших явлений в арктических морях, в котором наблюдаются все каскады масштабов изменчивости океанологических процессов, являются климатические и сезонные фронтальные зоны (Kostianoy et al., 2004). В Баренцевом море таким ярким примером является Полярная фронтальная зона (ПФЗ), которая относится к элементам одной из планетарных циркуляций — переноса тепла с Атлантического океана в Арктику (Oziel et al., 2016). В Карском море наблюдается Стоковая фронтальная зона (СФЗ), образующаяся в результате взаимодействия речных и морских вод (Завьялов и др., 2015). Кроме этого, в обоих упомянутых морях наблюдается Прикромочная фронтальная зона (ПрФЗ), сформированная за счет опреснения и конвекции в области кромки арктического льда (Моисеев и Жичкин, 2017). Однако, несмотря на отмечаемые многими исследователями изменения климата, до настоящего времени представления о многолетней динамике и характеристиках поверхностного слоя в области фронтальных зон в арктическом регионе отрывочны.
Таким образом, цель данной работы – используя единый методический подход выполнить количественную оценку изменчивости поверхностных характеристик в области ПФЗ, ПрФЗ и СФЗ в XXI веке и установить ее связи с особенностями субмезомасштабной вихревой и атмосферной динамики.
В настоящей работе для детектирования характеристик ПФЗ, ПрФЗ и СФЗ использовались среднемесячные спутниковые данные температуры и солености поверхности моря, а также уровня морской поверхности с мая по октябрь с 2002 по 2020 годы.
Для идентификации термических фронтальных зон использовались данные температуры поверхности Баренцева и Карского моря (ТПМ) уровня обработки L3 спутникового радиометра Suomi NPP VIIRS с пространственным разрешением 0,05° по широте и долготе. Изменчивость солености поверхности моря (СПМ) описывали данные уровня обработки L3 спутника NASA SMAP с пространственным разрешением 0,25° по широте и долготе. Для динамического фронта были взяты суточные данные абсолютной динамической топографии (АДТ) из базы AVISO с пространственным разрешением 0,25° по широте и долготе. Для идентификация фронтальных зон на поверхности Баренцева и Карского морей выполнялся кластерный анализ спутниковых данных (Коник и др., 2021). Для выделенной области фронтальной зоны определялись средние значения перечисленных характеристик и их градиентов, а также занимаемая ею площадь.
Для регистрации проявлений вихревых структур в Баренцевом и Карском морях выполнен анализ 3095 РЛИ за август (2007, 2009, 2011, 2015-2020) Envisat Asar в С-диапазоне и режимах съемки WSM и IMP, а также Sentinel-1A и -1B полученных в таком же диапазоне и режимах съемки EW и IW. Анализ спутниковых РЛИ и выделение вихревых структур проводились согласно методике, описанной в работе (Kozlov et al., 2019).
Для оценки влияния на характеристики крупномасштабных атмосферных процессов использовались среднемесячные данные индексов NAO, EA, SCAND, EA/WR и POL. Для определения степени связи характеристик ФЗ и индексов использовался корреляционный анализ (Вайновский и Малинин, 1992).
Оценки в области ПФЗ показали, что ее площадь испытывает значительные изменения в начале летнего сезона, в то время как градиенты ТПМ и СМП довольно стабильны. Анализ межгодовых и сезонных характеристик ПФЗ показал, что её интенсивность выше во второй половине XXI века, что, возможно, связано с увеличением затока теплых атлантических вод в Арктику. Максимальное количество вихревых структур в области ПФЗ наблюдалось в августе 2009 года, в остальные годы их встречаемость на границах и внутри ПФЗ значительно ниже. Анализ статистических связей характеристик ПФЗ и атмосферных осцилляций показал, что индекс SCAND со сдвигом в 3 месяца лучше всего описывает изменение градиентов и площади ПФЗ. Таким образом, установлено, что антициклоническая активность над Скандинавским п-ом может влиять на увеличение градиентов ТПМ и уменьшение площади ПФЗ.
Изменчивость параметров СФЗ характеризовалась значительными внутрисезонными колебаниями АДТ и ТПМ. Анализ межгодовых колебаний характеристик СФЗ показал, что градиенты ТПМ во втором десятилетии XXI гораздо ниже, чем с 2002 по 2010 гг. Возможные причины такой изменчивости связаны с процессами интенсификации распреснения вод Карского моря. Встречаемость вихревых структур в области СФЗ относительно других районов моря в течении всего периода исследований достаточно высока. Наблюдается общий тренд на увеличение проявлений вихрей в августе в области СФЗ с 2017 года, что, вероятно, связано с ослаблением вертикальной устойчивости в области фронта. Анализ корреляции индексов атмосферной циркуляции с характеристиками СФЗ показал, что индекс SCAND и POL со сдвигом в 3 и 6 месяцев лучше всего описывает изменения характеристик ТПМ и их градиентов в области СФЗ.
Анализ характеристик ТПМ и ее градиентов в области ПрФЗ показал наличие значительных межгодовых колебаний интервалом пять лет. Максимальные значения градиентов ТПМ отмечались в годы с минимальным ледовым покровом.
Таким образом, впервые на основе общего методического подхода удалось описать особенности изменчивости характеристик различных по своей природе фронтальных зон в арктических морях, описать их связь с проявлениями вихревых структур и атмосферных осцилляций в условиях современного меняющегося климата.
Анализ вихревых структур выполнен за счет гранта Российского фонда фундаментальных исследований (проект № 20-35-90053). Анализ фронтальной динамики выполнен в рамках государственного задания по теме № 0128-2021-0014.

Ключевые слова: Полярная фронтальная зона, Стоковая фронтальная зона, Прикормочная фронтальная зона, океанские вихри, атмосферные осцилляции, Баренцево море, Карское море.
Литература:
  1. Вайновский П.А., Малинин В.Н. II. Методы обработки и анализа океанологической информации. Многомерный анализ. Учебное пособие. СПб.: РГГМИ, 1992. 96 с.
  2. Завьялов П. О., Ижницкий А. С., Осадчиев А. А., Пелевин В. В., Грабовский А. Б. Структура термоха- линных и биооптических полей на поверхности Карского моря осенью 2011 года // Океанология. 2015. Т. 55. № 4. C. 514–525.
  3. Коник А.А., Зимин А.В., Атаджанова О.А., Педченко А.П. Оценка изменчивости характеристик Стоковой фронтальной зоны Карского моря на основе комплексирования данных спутникового дистанционного зондирования // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2021. Т. 18. № 2. С. 241–250.
  4. Моисеев Д.В., Жичкин А.П. Термохалинные условия в прикромочной зоне на севере Баренцева моря в апреле 2016 года // Труды Кольского научного центра РАН. 2017. Т. 8. №2-4. С. 10–25.
  5. Kostianoy A. G., Nihoul J. C. J., Rodionov V. B. Рhysical Oceanography of Frontal Zones in the Subarctic Seas. Elsevier Oceanography Series, 2004. 316 p.
  6. Kozlov I.E., Artamonova A.V., Manucharyan G.E., Kubryakov A.A. Eddies in the Western Arctic Ocean from spaceborne SAR observations over open ocean and marginal ice zones // Journal of Geophysical Research: Oceans. 2019. V. 124, No 9. P. 6601–6616.
  7. Oziel L., Sirven J., Gascard J.C. The Barents Sea frontal zones and water masses variability (1980—2011) // Ocean Science. 2016. V. 12, No 1. P. 169–184.

Дистанционные исследования поверхности океана и ледяных покровов