Межгодовая изменчивость циркуляции вод в Северной Атлантике по данным об уровне океана и её взаимосвязь с климатом

Циркуляция в Северной Атлантике представляет собой сложную систему океанических течений, которая играет ключевую роль в изменении глобального климата и переносе огромных запасов тепла в восточную Европу и Арктический бассейн. Как известно, изменения уровня и циркуляции океана тесно связаны друг с другом. Морские течения приводят к повышению уровня в одних районах и его опусканию в других. В свою очередь изменения уровня вызывают течения и стимулируют их интенсивность, поскольку без наклона уровенной поверхности течения отсутствуют. При повышении градиента уровня интенсивность течений, как правило, возрастает (Малинин, Ангудович, 2022; Смирнов и др., 2010; Chafik et al., 2019; Ezer, 2015; Ivchenko et al., 2011). В докладе обсуждается взаимосвязь межгодовой изменчивости характеристик уровня океана, циркуляции вод и различных климатических индексов в Северной Атлантике, в качестве которых использованы САК (Североатлантическое колебание), индекс GSNW (англ. Gulfstream North Wall), AMO (Атлантическая мультидекадная осциляция), АО (Арктическая осцилляция), теплоотдача в атмосферу в энергоактивных зонах океана (ЭАЗО) и др. Исходными данными по уровню, полученными с использованием информационной службы E.U. Copernicus, послужил архив реанализа аномалий уровня моря SEALEVEL_GLO_PHY_L4_MY_008_047 (1993—2022 гг., в метрах), ассимилированный по альтиметрическим наблюдениям. Они отличаются высочайшим качеством высотомерных измерений и геофизических поправок и создаются с использованием уникальной системы, минимизирующей возникновение ошибок в данных. В реанализе учитываются результаты спутниковых миссий, таких как Sentinel, Jason, Cryosat, Envisat, ERS и др., относительно средней динамической топографии за 20 лет (1993 — 2012 гг.). Благодаря высокой пространственной дискретизации и полноты выборки, использование данного архива является наиболее удобным в расчётах.
По данным аномалий уровня с 1993 г. на широтных разрезах 26⁰ (80⁰ — 15⁰ з.д.) и 56⁰ (57⁰ — 10⁰ з.д.) рассчитывались градиенты уровня (Δh) на концах локальных участков, характеризующие геострофические составляющие течения, а также среднее значение уровня на этих участках (hср) за период 1993 — 2022 гг. Разрез на широте 26⁰ является реперным для САКВ (субтропический антициклонический круговорот воды), а на широте 56⁰ — для СЦКВ (субполярный циклонический круговорот воды). Выявлены закономерности системы океанических течений в указанных круговоротах и их связь друг с другом. Отмечается высокая корреляционная связь между изменениями уровня на широтном разрезе 56⁰ и ТПО в морях Лабрадор, Ирмингера и в районе Гренландской котловины. При повышении уровня происходит ослабление глубокой конвекции в указанных морях и замедление глобального океанского конвейера Брокера.
Выполнена статистическая параметризация переноса АМОС (атлантическая меридиональная опрокидывающаяся циркуляция) и QUMO (перенос вод в южном направлении за счёт рециркуляции антициклонического круговорота) для широтных разрезов на 56⁰ и 26⁰ по данным об уровне океана. На этих разрезах с шагом от 7 до 10⁰ были выделены локальные участки, на которых данные о Δh и hср послужили предикторами для построения пошаговых регрессионных моделей. Выполненные расчеты показали, что точность описания дисперсии временных рядов АМОС и QUMO на разрезе 26⁰ составляет 77 ― 92 %, причем на разрезе 56⁰ она несколько выше (89 — 96 %). Это свидетельствует о том, что оценки АМОС и QUMO могут быть получены косвенным путем по легко определяемым значениям уровня океана, не прибегая к трудоемкой процедуре определения гидрофизических параметров в толще океана.
Выявлена значимая корреляционная связь Δh и hср на локальных участках широтных разрезов 56⁰ и 26⁰ со многими климатическими индексами, но наиболее высокая корреляция отмечается с индексом САК. Показано, что в качестве характеристики циркуляции в системах СЦКВ и САКВ может быть использован интегральный индекс североатлантической циркуляции (ИСЦ, North Atlantic Circulation index), который представляет собой разность морского уровня на широтных разрезах 26⁰ (80⁰ — 15⁰ з.д.) и 56⁰ (57⁰ — 10⁰ з.д.). Данный индекс имеет высокую линейную связь с климатическими индексами Северной Атлантики (СА) и с ТПО северных морей. Самая высокая корреляция отмечается с индексом САК (r = 0,85), который в значительной степени регулирует систему циркуляции водных масс в САКВ и СЦКВ, а также контролирует атмосферную циркуляцию и изменения климата в СА. В межгодовом ходе ИСЦhср и САК отмечаются близкие по величине локальные линейные тренды. Принципиально важно, что положительная и отрицательная фазы САК и ИСЦhср почти совпадают. Переход к положительной фазе в САК произошел в 2013 г., а в ИСЦhср на 1 год раньше, в 2012 г. Отрицательный экстремум в ИСЦhср также отмечается раньше, чем в САК. Очевидно, что интегральный индекс североатлантической циркуляции может служить важным показателем межгодовой изменчивости циркуляции вод и климата в Северной Атлантике.