Сезон таяния морского льда в Арктике обычно длится с марта по сентябрь. Достигнув минимальной протяжённости в сентябре, площадь морского льда снова начинает расти в октябре. Но в этом году рост намного медленнее, чем в прошлом году, а в некоторых местах роста почти нет. Как возникла эта необычная ситуация и может ли она что-то означать для погоды зимой 2020/2021?

РОСТ АРКТИЧЕСКОГО ЛЬДА

Сезонный цикл арктического морского льда можно видеть на рисунке ниже, полученном с помощью системы Arctic-ROOS. Он показывает изменение площади морского льда в Арктике за год. Сезон таяния обычно начинается в марте, после достижения максимальной площади льда, и продолжается до сентября. На графике показаны данные за последние несколько лет, из которых видно, что протяжённость арктического льда в 2020 году была второй по величине, уступая только 2012 году, по-прежнему являющемуся рекордным с самой низкой протяжённостью льда с момента начала измерений.

Но сравнивая 2012 и 2020 гг., можно видеть, что в этом году также устанавливается новый рекорд, поскольку арктический морской лёд не восстанавливается, как ожидалось. Морской лёд снова замерзает, но гораздо медленнее, чем обычно, а это означает существенную задержку на некоторых участках.

Это становится ещё более очевидным при сравнении всех лет, прошедших с момента начала активных спутниковых наблюдений в 1979 году. В этом году наблюдалась вторая по величине малая протяжённость морского льда в Арктике за всю историю наблюдений. Но из-за необычно низкого роста льда в октябре нынешняя протяжённость льда сейчас самая низкая, какая была в любом октябре в течение периода наблюдений.

Сопоставление сроков минимальной протяжённости льда за последние 17 лет также показывает, что минимум 2020 года является вторым по величине, уступая только большому минимуму 2012 года.

Сравнивая годы по текущей дате, мы получаем самые низкие показатели для этого времени года. Это также очевидно из второй картинки, на которой показана аномалия морского льда в сравнении с долгосрочным средним значением. На ней показано, что аномалия протяжённости льда в 2020 году (красная область) продолжает увеличиваться, тогда как в предыдущие годы (белые линии) она уже начала уменьшаться к этому моменту.

На рисунке, представленном Национальным центром данных по снегу и льду (NSIDC) ниже, оранжевыми линиями показаны текущая сплочённость льда и средняя / нормальная долгосрочная протяжённость. Эти оранжевые линии показывают, как далеко должен простираться морской лёд в данный момент времени, демонстрируя его огромный дефицит.

Очевидно, что начавшийся с середины сентября рост был медленным и не ускорялся со временем, о чем свидетельствует недавний дневной темп роста на рисунке ниже. На данный момент дневной рост должен медленно увеличиваться с течением времени, но дневная зона роста не увеличивается, а, скорее, даже уменьшается с течением времени. На втором рисунке показан рост в октябре по сравнению с предыдущими годами, где в 2020 году имеет место сильная задержка.

Картинки ниже показывают текущую протяжённость и толщину морского льда. Толщина показывает большую площадь, чем концентрация. Так получается потому, что концентрация учитывает только морской лёд с концентрацией выше 15%. Все, что ниже этого уровня, предполагает, что лёд слишком треснутый и недостаточно плотный.

Таким образом, картинка толщины морского льда показывает, что по краям имеется более тонкий несжатый лед, концентрация которого ниже 15%-ного порога. Обычно это нормально, потому что новый морской лёд только начинает формироваться по краям, и требуется время, чтобы он стал более плотным. Но в этом году лёд не уплотняется так быстро Что стоит за этим необычным событием?

БОЛЬШОЙ АРКТИЧЕСКИЙ ОКЕАН

Арктический регион фактически полностью представляет собой океан и не имеет крупномасштабной суши. Это самый маленький и мелководный из пяти основных океанов мира, а также самый холодный. Это также единственный океан, который по площади меньше самой большой страны в мире - России.

На изображении ниже показан Северный Ледовитый океан, как он выглядел бы без воды, обнажая очень сложный подводный ландшафт. Чтобы понять нынешние необычные аномалии морского льда, нужно понять океан, в котором плавает весь лёд. В частности, необходимо понять состояние океана в его восточной части, в морях Карском, Восточно-Сибирском море и Лаптевых. На изображении ниже показаны эти регионы в Северном Ледовитом океане на стороне, противоположной Гренландии. График взят из одного из последних исследований Северного Ледовитого океана.

Изображение ниже, вероятно, является наиболее важным, поскольку оно показывает аномалию температуры поверхности океана: температура океана в настоящее время значительно выше нормы вокруг всего арктического ледникового щита. Аномалии более 2–3 градусов по Цельсию можно найти во всех трёх критических регионах океана, о которых упомянуто выше.

По сравнению с прошлым годом, в этом году на атлантической стороне действительно холоднее, а в восточной части Северного Ледовитого океана, очевидно, намного теплее.

Также глядя на необработанные значения температуры, можно видеть, что в восточной части Северного Ледовитого океана температура поверхности действительно положительная, что означает низкий или нулевой шанс замерзания воды в этой области. В нормальных условиях почти весь Северный Ледовитый океан к концу октября должен иметь температуру замерзания - 0°C (черный цвет) или ниже.

При сравнении текущей сплочённости и толщины льда с наименьшей протяжённостью льда в середине сентября обнаруживается её рост по краям. Но в зоне Сибири наблюдается уменьшенные концентрация и толщина льда (красные цвета). В настоящее время температура океана и воздуха ещё недостаточна, чтобы сделать возможным быстрое повторное замерзание в этой зоне.

Но температура не является единственным фактором. Солёность океана также играет большую роль в образовании льда. Чем солёнее вода, тем холоднее она должна быть для образования льда. Вспомните о соли, которую используют на дорогах, чтобы предотвратить скопление льда.

На изображении ниже показана солёность Северного Ледовитого океана, где можно видеть более пресную воду в голубых тонах и более солёные воды в коричневатых. Перенос более солёной воды очевиден из Северной Атлантики в Северный Ледовитый океан, особенно в восточные его части. Интересно, наличие тёмных цветов вокруг прибрежных районов, где очень пресная вода. Это сток пресной воды из сибирских рек.

МОРСКОЙ ЛЁД ПО РЕГИОНАМ

Во многих регионах протяжённость льда начала подниматься с самой низкой точки в середине сентября. Но восточная часть Северного Ледовитого океана необычно тёплая и препятствует расширению припая.

На картинке ниже показана протяжённость морского льда в различных регионах Арктики. Хотя в некоторых регионах обычно ледостав начинается позже, есть три региона, которые выделяются, поскольку в них он должен быть намного интенсивнее, чем сейчас - район морей Восточно-Сибирского, Карского и Лаптевых. Это регионы, где также наблюдаются самые большие температурные аномалии.

В сибирском арктическом регионе площадь льда, необычно низкая для этого времени года, составляет всего несколько процентов от нормальной площади морского льда, ожидаемой на эту дату.

И, конечно же, море Лаптевых, лёд в котором уже довольно давно находится на рекордно низких уровнях. В отличие от 2020 г. в предыдущее десятилетие море Лаптевых к этому времени года полностью замерзало.

Но что вызывает эту необычную ситуацию в восточной части Северного Ледовитого океана? Мы видели аномалии температуры и солёности океана. Но что привело Северный Ледовитый океан в такое состояние? Частично ответ кроется в атмосфере.

ОТ ОКЕАНА К АТМОСФЕРЕ

Прежде всего - атмосферная температура. За период с января по сентябрь горячая точка возникла прямо над Сибирью и восточной частью Северного Ледовитого океана. Имеется большая область температур на 4-5°C выше долгосрочных средних значений - волнах тепла в Арктике, продолжающихся с весны.

Более пристальный взгляд на период с августа по сентябрь показывает ещё более сильную горячую точку, которая теперь расширилась дальше в Северный Ледовитый океан, поскольку морской лёд таял, и более открытая вода подвергалась воздействию более тёплой погоды.

Причиной этой аномалии была очень специфическая картина давления. Анализ октябрьских данных показывает, что область высокого давления преобладает в Арктическом регионе, в то время как можно видеть область низкого давления над Сибирью.

Такой «узор» создаёт уникальный трансполярный воздушный поток над восточной частью Северного Ледовитого океана. На картинке ниже показан средний поток ветра на малых высотах в октябре на данный момент. Можно видеть воздушный транспорт через Арктику, поскольку более тёплый воздух поступает в Арктику с одной стороны, а более прохладный воздух удаляется наружу с другой.

Пока что, глядя на температурные аномалии в октябре, можно увидеть массивную аномалию тепла в сибирской Арктике. Именно здесь более тёплый воздух поступал в регион, вытесняя более холодный воздух в Западную Сибирь.

В частности, за последние 10 дней в Сибирском Северном Ледовитом океане наблюдались аномалии, превышающие 15°C. Это, вместе с более тёплыми водами океана, до сих пор было большим тормозящим фактором роста льда в октябре.

Прогноз не выглядит лучше. Теперь картина давления фактически изменилась, и давление над Арктикой снизилось. Но это изменит направление воздушного потока, просто принесёт более тёплый воздух из другого источника. На первой картинке показаны аномалии давления в следующие выходные, а на второй - направления ветра и аномалии температуры, демонстрирующие крупномасштабный перенос более тёплого воздуха в сибирскую Арктику.

Но, конечно, это не означает, что в октябре в Арктике будут температуры порядка +20°C. Например, нормальная температура для сибирского региона должна быть около -15°C. Если температура окажется от 0 до -2°C, это всё равно на 13-15°C выше долгосрочного среднего значения.

Это то, что видно на последнем температурной картинке выше. Но всё же такие аномалии означают, что в Арктике не так холодно, как должно быть в данный момент времени, и это создаёт сдерживающие условия для роста льда.

На картинках ниже показаны прогнозируемые изменения протяжённости и толщины морского льда за девять дней. Можно видеть расширение площади морского льда в направлении Сибири, но сибирская Арктика и море Лаптевых всё ещё свободны ото льда.

Прогноз модели CFSv2 на ноябрь 2020 года показывает медленное расширение площади морского льда с его необычно низкой сплочённостью (красные цвета) в направлении Сибири.

МОРСКОЙ ЛЁД И ЗИМА 2020/2021

Всегда ведётся много споров о том, как отсутствие морского льда влияет на изменение погоды. Было проведено множество исследований, и все они указывают на то, что существует взаимозависимость между дефицитом морского льда и струйными течениями (из-за наличия обратной связи).

Струйное течение - это большой и мощный поток воздуха (ветра) на высоте около 8-11 км, который течёт с запада на восток, огибая всё полушарие и влияя на системы давления, их силу и, таким образом, формируя погоду на поверхности.

Идеальный струйный поток кружит вокруг земного шара, как видно на картинке ниже. Движение с запада на восток называется зональным потоком, а движение с севера на юг - меридиональным.

Секрет струйного течения в том, что оно подпитывается разницей температур между холодной Арктикой и более тёплыми южными / тропическими регионами. Если в Арктике потеплеет, разница температур вдоль меридиана уменьшится, и струйное течение может потерять свою силу.

Ниже приведён пример прогноза струйного течения. Красно-фиолетовые области показывают более сильную скорость ветра на уровне 250 мб (~ 10,5 км). Самое сильное струйное течение расположено над северной частью Тихого океана, простираясь прямо над Северной Америкой, где продолжается мощная волна холодного воздуха.

Струйное течение направлено на континентальную часть США, разгрузив арктическую воздушную массу над большей частью страны. Можно видеть, что струйный поток не является строго зональным (западно-восточным), но довольно волнистым, и даже меридиональным (северно-южным), особенно над Северной Америкой и Европой.

Общее значение таяния морского льда заключается в том, что оно увеличивает площадь открытых вод. Открытая вода, свободная ото льда, может нагреваться на солнце, и её температура будет постоянно превышать нормальные. Это то, что имеет место в 2020 году. Это означает, что температуры в Арктике становятся более высокими, что потенциально снижает разницу температур между северным и южным регионами и в целом ослабляет струйный поток.

Если струйный поток ослаблен, он может быть легко нарушен и может отчасти изменить своё течение с западно-восточного на северно-южное. Это может вызвать более изменчивую погоду и экстремальные явления, поскольку более холодный воздух может более свободно опускаться с севера вниз, а более тёплый – подниматься с юга вверх.

На базе некоторых прошлых данных, построены два графика. На первом показана сплочённость арктического морского льда за период сентябрь-октябрь за 70 лет. Наблюдается довольно значительное снижение сплочённости льда с середины 1990-х годов.

На втором графике показан меридиональный поток (север-юг) в струйном потоке в осенний период (сентябрь-октябрь-ноябрь). Здесь также можно наблюдать, что с середины 1990-х годов в циркуляции струйного потока обнаруживается больше меридиональных потоков с севера на юг.

Это можно рассматривать как доказательство того, что струйный поток становится слабее или более волнистым по мере уменьшения площади арктического морского льда. Но это, вследствие наличия обратной связи, требует дополнительных исследований. В то же время это показатель очень вероятной и логичной связи, что струйный поток становится слабее или волнистее по мере того, как уменьшается протяжённость морского льда.

Глядя на ноябрьский прогноз 2020 года по модели CFSv2, можно увидеть сильные области высокого и низкого давления, создающие очень динамичную структуру. Это будет означать усиление струйного течения с севера на юг с экстремальными температурами в обоих направлениях.

А как насчёт зимы 2020/2021? По мере её приближения, связь / эффект отсутствия морского льда становится нечёткой или неясной. Как было сказано выше, существует известное воздействие на струйные течения. Но когда приходит зима, появляется множество внешних факторов, которые маскируют или обращают вспять потенциальный эффект морского льда.

Первый фактор заключается в том, что ко времени наступления зимы арктический морской лёд в определенной степени уже отрастает, не обнажая так много (или совсем не обнажая) открытой воды. Второй фактор - это стратосферный полярный вихрь. Сильный полярный вихрь может влиять на струйные течения и потенциально усиливать их, создавая более западно-восточный поток и более мягкую зиму в Северной Америке и Европе.

Но сила полярного вихря также определяется погодными условиями, поэтому здесь очень тонкая петля обратной связи. Морской лёд (или его отсутствие) может влиять на погодные условия, что влияет на полярный вихрь, который затем влияет на струйный поток и погодные условия.

Третий фактор - это тропический регион ЭНСО с его развивающейся фазой Ла-Нинья. Ла-Нинья оказывает очень специфическое воздействие на струйное течение, которое может перекрывать другие потенциальные эффекты морского льда. И это также может повлиять на полярный вихрь. На картинке ниже показано типичное влияние Ла-Нины на струйный поток над Канадой и США зимой.

Звучит сложно? На самом деле это довольно просто, поскольку главный вывод состоит в том, что всё в той или иной степени может влиять на всё. Таким образом, недостаток морского льда влияет на струйный поток, но к зиме этот фактор смешивается с другими глобальными факторами.

Чаще всего острая нехватка морского льда указывает на тенденцию к более высокому давлению над Северным полюсом, а это означает, что более холодный воздух может более свободно перемещаться из Арктики в средние широты Соединённых Штатов и / или Европы. Но, возможно, не делать этого напрямую, поскольку дефицит морского льда является скорее механизмом ослабления полярного вихря и, таким образом, ослаблением общего струйного течения и созданием большего числа ситуаций, в которых наличествует поток с севера на юг.

Таким образом, можно точно сказать, что нынешняя нехватка морского льда в некоторой степени повлияет на это, но довольно сложно сказать, как именно. Даже небольшое изменение или сдвиг текущих условий может иметь каскадный эффект к зиме, также известный как эффект бабочки. Иногда именно такие небольшие изменения могут привести к тому, что сезонная погода окажется не такой, как ожидалось, вопреки всем модельным прогнозам.

Ссылка: https://www.severe-weather.eu/news/arctic-ocean-sea-ice-2020-jet-stream-effect-winter-fa/