Максимальная толщина льда в арктике: Обзор методов и основных результатов измерения толщины морского льда в Арктике

Ледовые условия восточного шельфа по данным акустических профилографов — Арктика

В статье представлены некоторые результаты обработки данных новых наблюдений за осадкой льда в Охотском море, полученных с акустических профилографов, которые были установлены на весь ледовый сезон в 2015–2016, 2018–2019 и 2019–2020 гг. Установлено, что средняя осадка льда на восточном шельфе о. Сахалин составляла около 0,7 м, а максимальная осадка наблюдалась в марте и достигала 15–16 м.

Проектирование морских нефтегазопромысловых сооружений: стационарных и плавучих платформ, а также подводных трубопроводов, планируемых для установки/строительства на акваториях ледовитых морей, требует корректного учета ожидаемых ледовых нагрузок [1–3]. Для расчета ледовых нагрузок важно знать морфометрические параметры ледяных образований. Ледовые условия Охотского моря существенно отличаются от ледового режима морей российской Арктики: весь лёд здесь имеет местное происхождение, нет многолетних ледяных полей, толщина льда может достигать 180 см и более за счёт многократного наслоения молодого льда в динамически активных (более северных) районах, дрейф льда характеризуется исключительно высокими скоростями. Вдоль восточного побережья о. Сахалин распространены полыньи, выполняющие зимой роль очагов формирования молодых льдов, которые ветер с материка отжимает в сторону моря, формируя поле тяжёлых льдов, а весной – катализаторов разрушения ледяного покрова [4, 5]. По ледовым условиям в районе морского шельфа о. Сахалин уже собран большой объем данных (см., например, [2, 4, 5–7]), при этом большая часть данных по нижней поверхности ледяного покрова была получена для шельфа северного Сахалина в конце прошлого – начале этого века. В настоящей статье приводятся новые данные для более южной части шельфа.

Для исследования ледовых условий морей применяются различные методы: авиационные разведки и спутниковое зондирование, радиолокационный мониторинг с берега, наблюдения на постах сети Росгидромет, данные попутных судовых наблюдений, экспедиционные полевые работы с высадкой на лёд и установка автономных станций с акустическими датчиками, фиксирующими положение нижней границы льда [4, 6, 7]. Для наблюдения за нижней поверхностью льда могут быть использованы как специализированные ледовые сонары, так и установленные излучателями вверх акустические пятилучевые профилографы течений [8, 9].

В работе представлены некоторые результаты обработки данных, записанных подводными ледовыми сонарами, которые были установлены на восточном шельфе о. Сахалин в период 2015–2020 гг. Приводятся методические аспекты обработки «сырых» данных, анализируются полученные средние и максимальные значения осадки дрейфующего льда.

Материалы и методы

Наблюдение за нижней поверхностью льда проводилось в зимний период 2015–2020 г. при помощи акустических датчиков, установленных на нескольких автономных заякоренных станциях буйкового и донного типа (рисунок 1 и таблица 1). Станции устанавливались на траверзе Луньского залива Охотского моря на расстоянии 7 и 45 км от берега, соответственно, на глубинах 25–30 и 165–170 м.

Рисунок 1 – Схема установки автономных заякоренных станций: донного типа (слева) и буйкового типа (справа)

Таблица 1 – Информация о периодах работы оборудования, установленного на автономных станциях для наблюдения за нижней поверхностью льда на восточном шельфе Сахалина в 2015–2020 гг.

В 2015–2016 гг. измерения проводились c помощью пятилучевого акустического измерителя течений ADCP WHS600 производства RD Instruments Teledyne Technologies Inc. [10]. Дискретность наблюдений составляла 10 мин, данные по осадке льда осреднялись за 10 мин.

В ледовый сезон 2018–2019 гг. наблюдения за нижней поверхностью льда проводились при помощи акустических профилографов Ice Profiling Sonar (IPS-5), производства ASL Environmental Sciences Inc. [11]. На донной станции прибор был установлен на дне в точке с глубиной 27 м и зафиксирован в раме; на буйковой станции прибор крепился на тросе «в линию» на расстоянии 27 м от поверхности. Дискретность наблюдений за осадкой льда составляла 1 с. Давление, наклон прибора и другие вспомогательные параметры регистрировались на донной станции с дискретностью 10 мин., на буйковой – 1 с.

В ледовый сезон 2019–2020 гг. наблюдения за осадкой льда проводились одновременно при помощи акустического профилографа IPS-5 и доплеровского измерителя течений AWAC производства AWAC [12]. Оба прибора были установлены в донных рамах на изобате 27 м на расстоянии 280 м друг от друга. Дискретность наблюдений за осадкой льда у акустического профилографа составляла 1 с. Профилограф течений ежечасно записывал серию измерений расстояния до льда продолжительностью ~8,5 мин (1024 измерения) с частотой 2 Гц. Данные осреднению не подвергались и записывались в полном объеме – это позволило затем провести анализ всей серии измерений.

Обработка данных ледовых сонаров, установленных на автономных буйковых и донных ледовых станциях, происходила по единому алгоритму и включая в себя несколько этапов.

1. Расчёт осадки льда проводился по формуле:

где P_ips
– гидростатическое давление, измеренное прибором, P_atm – атмосферное давление, cosα – косинус угла наклона луча, ΔD – расстояние между датчиком давления и акустическим излучателем, ρ – плотность воды, g – ускорение свободного падения.

Атмосферное давление для расчёта осадки льда использовалось с ближайшей гидрометеорологической станции – ГМС Комрво [13]. Косинус угла наклона испускаемого луча как для ледовых сонаров, так и для профилографов течений рассчитывался на основе данных о наклоне прибора относительно горизонтальных и вертикальной осей. На рисунке 2 показан пример исходных временны́х рядов, по которым затем с помощью формулы (1) рассчитывались предварительные значения осадки льда (рисунок 3, линия синего цвета).

Рисунок 2 – Временной ход атмосферного давления на ГМС Комрво [13], гидростатического давления и расстояния от прибора до границы воды/льда на станции 3. Период наблюдений 03.12.2018–28.04.2019

Рисунок 3 – Осадка льда (м) на станции 3 за весь период наблюдений 03.12.2018–28.04.2019 до фильтрации (линия синего цвета) и после фильтрации (линия коричневого цвета)

2. Предварительные («сырые») данные по осадке льда на следующем этапе были подвергнуты многоступенчатой проверке и фильтрации. Последовательно выполнялись следующие шаги:

·       Данные, полученные при угле наклона прибора больше 10°, считались невалидными и отфильтровывались. На донных станциях таких значений обнаружено не было (угол наклона не превышал 3° – рамы сохраняли устойчивое положение на протяжении всего периода работы станций). Для приборов, закреплённых на тросе на буйковых станциях, применение такого фильтра необходимо, поскольку во время штормов, когда существенно возрастают скорости течений, наклон прибора может превышать 10°, и такие ситуации, действительно, неоднократно имели место.

·       В автоматическом режиме отфильтровывались отдельные единичные выбросы.

·       Путем визуализации рядов и последующего сравнительного экспертного анализа данных по осадке льда, данных по волнению (значительной высоты волн), полученных на ближайшей автономной гидрологической станции (для станций 1 и 5 данные по волнению были получены непосредственно с профилографа течений), и данных спутниковой съемки выделялись периоды открытой воды. В сырых записях периоды волнения выделяются достаточно однозначно по характеру колебаний значений осадки относительно нуля: при наличии волнения график временного хода почти симметричен относительно горизонтальной оси (см. период 01-11.12 на рисунке 3), в то время как при наличии льда преобладающие значения осадки положительные (характерный пример – период 02-18.01).

·       На последнем этапе в автоматическом режиме отфильтровывались отрицательные значения осадки льда. Результирующие данные по осадке льда показаны на рисунке 3 кривой коричневого цвета.

3. Заверка данных ледового сонара проводилась посредством анализа ежесуточных спутниковых снимков Modis Terra/Aqua [14]. На рисунке 4 показано начало очищения изучаемой акватории ото льда в 2019 г., когда массив разрушающегося льда смещался от берега под действием ветра. Вблизи мелководной станции 2 на снимке от 10.04.2019 видны крупные ледяные образования; среднесуточная толщина льда в этот период составляла около 1,5 м. На акватории вблизи глубоководной станции 3 по снимку наблюдался тонкий лёд и разводья, а по данным сонара средняя суточная толщина льда не превышала 0,5 м. К 15 апреля над станцией 2 вода практически очистилась ото льда, что соответствует резкому уменьшению значений средней суточной толщины льда на графиках осадки льда.

Рисунок 4 – Ледовая обстановка в районе расположения ледовых станций 2 и 3: 10.04.2019 (слева) и 15.04.2019 (справа). Спектрорадиометр Modis Terra/Aqua [14]

Результаты и обсуждение

В результате обработки данных акустических датчиков были получены временные ряды осадки льда: ежечасные осреднённые за 10 мин для станции 1, ежечасные продолжительностью около 8,5 мин с частотой 2 Гц для станции 5 и непрерывные ежесекундные для станций 2, 3 и 4. По данным измерений, в течение всего ледового сезона, который продолжается в открытом море с января о май, на изучаемой акватории абсолютно преобладает лед толщиной до 100 см. Стоит отметить, что данные с акустических профилографов течений при сравнении средних суточных и максимальных значений осадки дают результаты, схожие с результатами измерений специализированных ледовых сонаров (рисунок 5, таблица 2). При расчете средних суточных значений и всех статистических характеристик в статье не учитывались значения осадки льда менее 10 см.

На мелководных станциях (2, 5) во временном ходе осадки льда прослеживается постепенное увеличение толщины льда к концу марта – началу апреля. На глубоководных станциях 1 и 3 временной ход характеризуется 2 максимумами: первый в конце января – начале февраля, второй в конце марта – начале апреля.

Сопоставление среднесуточных значения осадки льда в январе – феврале 2015–2016 гг. и 2019–2020 гг. с расчетными по сумме градусо-дней мороза (СГДМ) [15] на ГМС Комрво и Оха [13] позволяет сделать некоторые заключения о происхождении льда в изучаемом районе. Очевидно, что в начале ледового сезона, когда толщина льда по данным сонаров (рисунок 5а) составляет до 0,5 м, лед образуется непосредственно на восточном шельфе о. Сахалин. Вероятно, первый максимум осадки льда, который в 2-3 раза превышает расчётное значение осадки льда спокойного нарастания, связан с тем, что зимой отжимной ветер постоянно выносит в море лед, который образуется в прибрежной полынье, и область тяжелых переслоенных льдов [4] располагается в конце января в районе изобаты 160-170 м. Подтверждением этому может также служить тот факт, что на мелководной станции толщина льда существенно ниже, чем на морской (и ниже расчётного значения). Второй максимум осадки льда очевидно связан с постепенным разрушением ледяного покрова в северной части Охотского моря и дрейфом торосистых ледовых полей на юг вдоль о. Сахалин.

Рисунок 5 – Средняя суточная осадка льда (м) в исследуемом районе по данным автономных станций и расчётная по СГДМ толщина льда спокойного нарастания в ледовые сезоны 2015-2016 (а), 2018-2019 (б), 2019-2020 (в)

Полученные величины средней осадки (~0,7 м, см. таблицу 2) довольно неплохо совпадают со значениями, полученными в 1999-2001 г. в юго-восточной части Охотского моря (0,6 м) [16]. Наиболее суровые ледовые условия характерны по данным всех станций для марта. В этот месяц средняя осадка льда достигает своего максимума, как и повторяемость наличия ледяного покрова. Что касается максимальных значений осадки льда, то для трёх станций 1, 2 и 5 они наблюдались в марте и для одной (3) – в начале апреля. Максимальные значения осадки льда составляли на мелководных станциях 14,7–15,5 м, а на глубоководных – 13,2 и 16,0 м, соответственно, в 2015–2016 гг. и 2018–2019 гг. По сравнению с наблюдениями в юго-восточной части Охотского моря (максимальные значения осадки 10–12 м, абсолютный максимум 17 м) [16], максимальные значения на восточном шельфе о. Сахалин в среднем несколько выше.

Таблица 2 – Средние, максимальные и минимальные значения осадки льда по данным наблюдений на автономных станциях

Необходимо отметить, что применительно к максимальным значениям осадки льда (то есть, при анализе экстремальных килей торосов), данные ледовых сонаров позволяют получить более точные данные. Это объясняется настройками измерительного оборудования. Профилограф течений в 2015-2016 гг. давал в качестве осадки льда значение, усредненное за 10 минут, в результате чего происходит сглаживание «выбросов», которые и являлись бы максимальными значениями осадки килей. В 2019–2020 гг. значения максимальной осадки лишь немного ниже, чем в предыдущие годы, поскольку измерения (хоть и высокой частотой – 2 Гц) проводились только 8,5 минут из часа. Если учесть этот фактор и рассматривать значения, полученные на станциях 1 и 5 (таблица 2) как несколько заниженные, то можно сделать вывод, что максимальная за год осадка килей торосов в данном районе характеризуется достаточным постоянством – около 15,5–16,0 м (по крайней мере, для трех рассмотренных сезонов). При этом очевидно, что для оценки экстремальных значений (повторяемостью 1 раз в N лет при N = 50 и 100 лет), а именно они требуются при вычислении расчетных нагрузок на проектируемые сооружения, необходимы гораздо более длительные ряды наблюдений.

Детальная информация, записанная ледовыми сонарами, позволяет осуществлять статистический анализ различных характеристик ледяного покрова. В качестве примера исследуем возможную корреляцию между средней толщиной льда и максимальной толщиной льда в пределах отдельного ледяного образования (ЛО). В качестве ЛО рассмотрим фрагменты ледяного покрова, у которых в любой их точке толщина льда превышает 0,5 м. Каждому такому ЛО, длина которых может изменяться в очень широких пределах (от нескольких метров до 1,5 км на станции 2 и 3,5 км на станции 3) соответствуют два значения толщины льда – средняя и максимальная. Нанесем эти значения в виде точек на график в соответствующих осях (рисунок 6). Очевидно, что среднее значение не может оказаться больше максимального, поэтому все точки лежат не выше прямой x = y.

Анализ расположения точек на рисунке 6 показывает, что на глубоководной станции (точки красного цвета) вариативность торосистых образований выше, чем для мелководной станции (точки черного цвета) – диапазон разброса точек в построенном «облаке» гораздо больше для станции 3, чем для станции 2. Например, хорошо видно, что в открытом море торосы с килями 12–15 м нередко могут быть частью ЛО со средней толщиной от 2 до 5 м, в то время как на мелководной станции такие большие кили соответствуют средней осадке не ниже 5 м. Это может быть объяснено тем, что в открытом море, в целом, разнообразие дрейфующих ледяных полей больше и, в частности, достаточно больших по площади, усреднение по которой приводит к более низким значения средней толщины. Что касается мелководного района (станция 2), то поскольку ветра на восточном шельфе о. Сахалин практически всю зиму преимущественно отжимные, то более или менее крупные ледяные образования (с большой осадкой) наблюдаются здесь большей частью только в весенние месяцы и находятся в основном на обломках ледяных полей относительно небольшой площади, чем и объясняется их большая средняя осадка.

Рисунок 6 – Зависимость максимальной и средней осадки (м) для ледяных образований больше 5 м длиной на мелководной и глубоководной станциях в ледовый сезон 2018–2019 гг.

Важное значение при проектировании морских сооружений имеет также информация о протяженности ледяных образований с толщиной не ниже заданной [3]. На рисунке 7 по данным станции 2 приведены профили осадки ЛО с максимальной протяженностью для данной градации толщины льда; такие ледяные образования могут рассматривать как экстремальные при расчете ледовых нагрузок на морские сооружения, которые потенциально могут быть установлены в данном районе. Например, синим цветом показано максимальное по длине наблюденное ЛО с осадкой не меньше 2 м – его длина составила около 130 м. Интересно отметить, что в составе этого ЛО присутствовал непрерывный участок длиной почти 100 м, где толщина льда составляла не меньше 6 м. Очевидно, что такой лед сформировался в северной части Охотского моря и впоследствии в процессе дрейфа достиг района исследований. Другим экстремальным ЛО является торосистое образование с максимальной осадкой 15,5 м и длиной около 35 м (линия красного цвета), из которых почти 25 м составил лед толщиной 8 м и больше.

Рисунок 7 – Профили ледяных образований, содержащие в себе наиболее протяженные участки льда толщиной более 2, 4, 6, 8, 10, 12 и 14 м. Станция 2

На рисунке 8 приведены аналогичные графики для глубоководной станции 3. Обращает на себя внимание ледяное образование, показанное кривой зеленого цвета, в пределах которого находился участок длиной почти 40 м, где толщина льда составляла 10 м и более, а максимальное значение осадки киля достигло 13,5 м.

Рисунок 8 – Профили ледяных образований, содержащие в себе наиболее протяженные участки льда толщиной более 6, 8, 10, 12 и 14 м. Станция 3

Выводы

·       Результаты наблюдений на автономных станциях в зимние периоды 2015–2016, 2018–2019 и 2019–2020 гг. подтверждают общие представления о развитии ледовой обстановки на восточном шельфе о. Сахалин, сформулированные преимущественно на основе обобщения спутниковых снимков: в течение зимнего сезона в типичном случае наблюдаются два максимума осадки льда над изобатой 160–170 м, которые, соответственно, приурочены к периоду формирования пояса тяжёлых льдов и периоду активного дрейфа сильно всторошенных льдов, образовавшихся в северной части моря.

·       Средняя осадка льда на восточном шельфе о. Сахалин на траверзе Луньского залива на составила около 0,7 м. При этом максимальные наблюденные значения осадки льда на всех станциях оказались достаточно близкими для разных станций и находились в интервале 15–16 м.

·       Данные по осадке льда, получаемые с помощью ледового сонара, позволяют осуществлять детальный статистический анализ; в частности, возможно определение ледяных образований с максимальной длиной при условии, что толщина льда составляет значение, не ниже заданного.

·       При рассмотрении среднесуточных значений осадки льда результаты непрерывных наблюдений специализированного ледового сонара вполне сопоставимы с результатами ежечасных измерений профилографа течений. При этом максимальные значения осадки льда во втором случае оказываются несколько заниженными в случае выбора режима измерений с осреднением в 10 мин.

Литература:

1.      ГОСТ Р 58283-2018 Нефтяная и газовая промышленность. Арктические операции. Учет ледовых нагрузок при проектировании морских платформ

2.     Вершинин С.А., Трусков П.А., Кузмичев К.В.. Воздействие льда на сооружения Сахалинского шельфа. М: «Институт Гипростроймост», 2005, 208 с.

3.     Политько В.А., Соломатин С.В., Каракозова А.И., Трусков П.А. Совершенствование методов расчета нагрузок от воздействия льда на гидротехнические сооружения // Вестник МГСУ, 2020, № 5, сс. 701-711. DOI: 10.22227/1997-0935.2020.5.701-711

4.     Думанская И.О. Ледовые условия морей Азиатской части России. Москва: ФГБУ «Гидрометцентр России», 2017. 639 с.

5.     Поломошнов А.М., Помников Е.Е., Шамсудинов Р.Р. Региональные особенности ледовых условий акваторий морских нефтегазовых месторождений // Инновации и инвестиции, 2020, №7, сс. 250 – 254

6.     Пищальник В.М., Романюк В.А., Минервин И.Г., Батухтина А.С. Анализ динамики аномалий ледовитости Охотского моря в период с 1882 по 2015 г. // Известия ТИНРО, 2016. Т. 185. Стр. 228-239.

7.     Шевченко Г.В., Тамбовский В.С. Динамика дрейфа льда на северо-восточном шельфе острова Сахалин по данным измерений радиолокационными станциями / РФФИ; ИМГиГ ДВО РАН. – Южно-Сахалинск: ИМГиГ ДВО РАН, 2018. – 136 с.

8.     Shcherbina, A. Y., Rudnick, D. L., and Talley, L. D.: Ice-Draft Profiling from Bottom-Mounted ADCP Data, J. Atmos. Ocean. Tech., 22, 1249–1266, url: https://doi.org/10.1175/JTECh2776.1, 2005

9.     Birch, R, Fissel, D, Melling, H, Vaudrey, K, Schaudt, K, Heideman, J, and Lamb, W (2000). “Ice Profiling Sonar: Upward Looking Sonar Provides Over-Winter Records of Ice Thickness and Ice Keel Depths off Sakhalin Island, Russia,” Sea Tech, Vol 41, No 8, pp 48–53.

10. Workhorse ADCP. RD Instruments. URL: http://www.teledynemarine.com/workhorse-sentinel-adcp?ProductLineID=12 (дата обращения 19. 10.2020)

11. Ice Profiling Sonar (IPS). ALS Environmental Sciences. URL: https://aslenv.com/ips.html
(дата обращения 19.10.2020)

12. Acoustic Wave and Current profiler (AWAC). URL: https://www.nortekgroup.com/products/awac-600-khz (дата обращения 19.10.2020)

13. Расписание погоды. Архив погоды на метеостанциях. URL: https://rp5.ru
(дата обращения 19.10.2020)

14. EODIS Worldview. URL: https://worldview.earthdata.nasa.gov/ (дата обращения 19.10.2020)

15. Зубов Н.Н. Льды Арктики. М.: из-во Главсевморпути, 1945. 139 с.

16. Fukamachi Y., Mizuta G., Ohshima K.I., Toyota T., Kimura N., Wakatsuchi M. Sea ice thickness in the southwestern Sea of Okhotsk revealed by a moored ice-profiling sonar / Journal of Geophysical research, 2006. Vol. 111, C09018, doi:10.1029/2005JC003327

Статья «Ледовые условия восточного шельфа по данным акустических профилографов» опубликована в журнале «Neftegaz. RU» (№11, Ноябрь 2020)

Спутник зафиксировал увеличение толщи льда в Арктике

• Джонатан Эймос
• Корреспондент Би-би-си по вопросам науки

16 декабря 2013

Обновлено 17 декабря 2013

Подпишитесь на нашу рассылку ”Контекст”: она поможет вам разобраться в событиях.

Зафиксированное этим летом расширение ледового покрова в арктическом регионе проявилось также и в увеличившейся толщине льда.

По данным, полученным с европейского спутника Cryosat, к концу периода таянья льдов в этом году масса ледового покрова составила 9 тысяч кубических км.

Это практически на 50% больше аналогичного показателя 2012 года.

Это очень хорошая новость для региона, где в последнее время происходило активное таянье ледового покрова как по площади, так и по объему.

Но ученые предостерегают от чрезмерных иллюзий, основанных на показателях лишь одного года.

«Хотя восстановление ледового покрова Северного Ледовитого океана является хорошей новостью, его необходимо сопоставлять с другими экологическими изменениями, произошедшими за последние десятилетия», — заявил преподаватель Университетского колледжа Лондона Энди Шеппард.

«В начала 80-х годов XX века масса ледового покрова Арктики к октябрю составляла, предположительно, около 20 тысяч кубических км, поэтому показатель этого года является одним из худших за последние 30 лет», — сказал Шеппард в интервью Би-би-си.

Старый лед

Программа Cryosat является проектом Европейского космического агентства, основная задача которого наблюдение за полярным ледовым покровом.

Спутник оснащен сложной системой радаров, благодаря которой ученые могут отслеживать толщину льда в Северном Ледовитом океане.

С момента запуска в 2010 году спутник каждый год выявлял уменьшение толщины льда. В конце октября 2012 года был зафиксирован рекордно низкий показатель в 6 тысяч кубических километров.

Но после очень холодного лета к осени объем ледового покрова увеличился. Данные, полученные в октябре этого года, показывают, что объем льда приближается к 9 тысячам кубических км.

Частично это объясняется хорошим сохранением старого льда.

Это особенно заметно в районах Канадского Арктического архипелага и Северной Гренландии, где скопилось больше двух- и трехгодичного льда, чем в предыдущие годы.

Причина в ветре

Пропустить Подкаст и продолжить чтение.

Подкаст

Что это было?

Мы быстро, просто и понятно объясняем, что случилось, почему это важно и что будет дальше.

эпизоды

Конец истории Подкаст

«Из полученных данных мы заметили, что объем льда от года к году меняется не так серьезно, как ледовый покров. Так было в 2010, 2011 и 2012 годах», — сказала Рейчел Тиллинг, сотрудница Центра по наблюдению и изучению полярной области.

«Поэтому данные 2013 года нас очень удивили. Мы не ожидали, что увеличение площади ледового покрова отразится и на массе. Но так случилось, и причина тому – количество накопившегося в Арктике за несколько лет льда», — отметила она.

Дон Перович из Дартмутского колледжа в США сказал, что данные, полученные со спутника Cryosat, сходятся с результатами наблюдений других спутников.

«В летние месяцы предыдущих лет какая-то часть многолетнего льда таяла, доплывая до Аляски и Сибири. Но этим летом он не перемещался из-за изменения направления ветра. Скорее всего, в следующем году многолетнего льда будет больше, чем в этом», — сказал он в интервью Би-би-си.

Минимальная площадь ледового покрова этим летом составила 5,1 млн квадратных км. Это на 50% превосходит показатель прошлого года, который был самым низким за всю историю наблюдений. Тогда площадь ледового покрова в сентябре составила лишь 3,41 млн квадратных км.

Измерить площадь намного проще, но объем представляет для ученых больший интерес. По нему они могут судить о состоянии ледового покрова, и поэтому наблюдения спутника Cryosat имеют огромную ценность.

Морской лед | Национальный центр данных по снегу и льду

Что такое морской лед?

Морской лед — это замерзшая морская вода, плавающая на поверхности океана. Охватывая нашу планету, морской лед увеличивается и уменьшается в зависимости от полярных сезонов. Арктической зимой морской лед протягивает свои щупальца в отдаленные моря и береговые линии. Поскольку суша ограничивает Арктику, морскому льду не хватает места. Напротив, антарктический морской лед окаймляет массивный массив суши, увеличиваясь настолько, насколько это позволяют зимние отрицательные температуры. Однако с приходом весны площадь морского льда в Арктике сокращается, при этом сохраняется много льда, в то время как почти весь морской лед Южного океана или Антарктики является «сезонным льдом», то есть ежегодно тает и восстанавливается.

В Чукотском море вскрывается морской лед.

— Кредит:
Алия Хан, NSIDC

Где находится морской лед?

В конце зимы арктический морской лед покрывает в среднем* 15,5 миллионов квадратных километров (6 миллионов квадратных миль), а антарктический морской лед покрывает около 18,5 миллионов квадратных километров (7 миллионов квадратных миль). В среднем сезонное сокращение в Антарктике намного больше: к концу лета остается всего около 2,5 миллиона квадратных километров (1 миллион квадратных миль) по сравнению с 6,5 миллионами квадратных километров (2,5 миллиона квадратных миль) в Арктике в конце лета. . Однако важно отметить, что с 2002 года минимальная площадь арктического морского льда постоянно остается ниже 6,5 миллионов квадратных километров (2,5 миллиона квадратных миль)9.0005

В общей сложности морской лед покрывает около 25 миллионов квадратных километров (9,7 миллиона квадратных миль) Земли, что примерно в два с половиной раза превышает площадь Канады. Это соответствует примерно 15 процентам мировых океанов, покрытых морским льдом в течение по крайней мере части года.

Однако есть признаки того, что это число уменьшается. С 2007 года арктические минимумы, которые обычно достигаются в сентябре, составляют всего от 3,5 до 5 миллионов квадратных километров (от 1,4 до 1,9 миллиона квадратных миль). Это примерно 13-процентное снижение за десятилетие с момента начала спутниковой регистрации, которая началась в 1979.

* на основе базисного периода с 1981 по 2010 год

Арктика и антарктический морской лед

Поскольку Арктика и Антарктика холодные, темные и отдаленные, мы часто думаем, что эти два места почти одинаковы. Однако между ними есть существенные различия. Одно заметное отличие состоит в том, что белые медведи не живут в Антарктиде, а пингвины не живут в Арктике. Но как насчет различий в морском льду между двумя регионами?

Географические различия между полюсами

Морской лед в Арктике и Антарктике различается прежде всего из-за их разного географического положения. Арктика представляет собой полузамкнутый океан, почти полностью окруженный сушей. В результате морской лед, образующийся в Арктике, не так подвижен, как морской лед в Антарктике. Хотя морской лед движется вокруг арктического бассейна, он имеет тенденцию оставаться в холодных арктических водах. Куски морского льда, известные как льдины, более склонны сходиться или натыкаться друг на друга и образовывать толстые гребни. Эти сходящиеся льдины делают арктический лед толще. Поскольку лед, как правило, остается в Арктике, он может сохраняться дольше и продолжать утолщаться в холодных условиях. Наличие торосистого льда и его более длительный жизненный цикл приводит к тому, что лед дольше остается замороженным во время летнего таяния. Таким образом, значительная часть арктического морского льда сохраняется в течение лета и продолжает расти следующей осенью. Из 15 миллионов квадратных километров (5,8 миллиона квадратных миль) морского льда, который существует зимой, в среднем около трети остается в конце летнего сезона таяния.

Антарктика почти географически противоположна Арктике, потому что в Антарктиде океан окружает сушу. Открытый океан позволяет формирующемуся морскому льду двигаться более свободно, что приводит к более высокой скорости дрейфа. Однако антарктический морской лед образует торосы гораздо реже, чем морской лед в Арктике, потому что граница открытого океана менее сдерживающая. Кроме того, поскольку на севере нет сухопутной границы, морской лед может свободно плыть на север в более теплые воды, где он в конечном итоге тает. В результате почти весь морской лед, образующийся зимой в Антарктиде, тает летом. Зимой в среднем около 18,5 миллионов квадратных километров (7,1 миллиона квадратных миль) океана покрыто морским льдом, а к концу лета только около 2,5 миллионов квадратных километров (9).65 000 квадратных миль) морского льда осталось.

На этих изображениях используются данные о концентрации морского льда, полученные со спутников, чтобы показать средний минимум и максимум морского льда в марте и сентябре 2020 года для Арктики и Антарктики по сравнению со средним показателем за период с 1981 по 2010 год. Времена года противоположны между Северным и Южным полушариями: Север достигает своего летнего минимума в сентябре, а Юг достигает своего летнего минимума примерно в марте. Более темные синие цвета показывают более низкую концентрацию морского льда, а белые — более высокую концентрацию морского льда.

— Кредит:
Национальный центр данных по снегу и льду

Различия в толщине морского льда 

Поскольку морской лед не остается в Антарктике так долго, как в Арктике, он не имеет возможности стать таким же толстым, как морской лед в Арктике. Хотя толщина значительно различается в обоих регионах, толщина антарктического морского льда обычно составляет от 1 до 2 метров (от 3 до 6 футов), а толщина арктического морского льда – от 2 до 3 метров (от 6 до 9 футов). В некоторых регионах Арктики лед утолщается до 5 метров (15 футов). Однако арктический морской лед истончается, и все больше и больше льда имеет толщину всего от 1 до 2 метров (от 3 до 6 футов).

Различия в структуре морского льда

Максимальный размер морского льда в Антарктике примерно симметричен вокруг полюса, образуя круг вокруг Антарктиды. Напротив, Арктика асимметрична: лед на некоторых долготах простирается до гораздо более низких широт, чем на других долготах. Океанские течения и ветры объясняют эти различия.

В Антарктике течения и ветры имеют тенденцию непрерывно обтекать континент с запада на восток, действуя как баррикада для более теплого воздуха и воды на севере. Напротив, арктический регион к северу от Атлантического океана открыт для более теплых вод с юга из-за того, как текут океанские течения. Эти более теплые воды могут течь в Арктику и препятствовать образованию морского льда в Северной Атлантике. На воды у восточных берегов Канады и России влияет холодный воздух, идущий с суши с запада. Восточное побережье Канады также питается холодными течениями, текущими на юг, которые облегчают рост морского льда. Так, на восточном побережье Канады зимой лед распространяется южнее 50° северной широты, а на норвежском побережье выше 70° северной широты море остается свободным ото льда в течение всей зимы.

Различия в снежном покрове

Поскольку лед покрывает большую часть Северного Ледовитого океана, а суша окружает большую часть Северного Ледовитого океана, количество осадков относительно невелико. Снегопад, как правило, небольшой, за исключением у кромки льда. Однако Антарктида полностью окружена океаном, поэтому влага более доступна. Антарктический морской лед, как правило, покрыт более толстым слоем снега, который может накапливаться до такой степени, что вес снега толкает лед ниже уровня моря, в результате чего соленая океанская вода заливает снег.

Другие отличия в морском льду

Антарктический морской лед не достигает Южного полюса, простираясь лишь примерно до 75 градусов южной широты (в морях Росса и Уэдделла) из-за антарктического континента. Однако арктический морской лед простирается вплоть до Северного полюса. Здесь арктический морской лед получает меньше солнечной энергии на поверхности, потому что солнечные лучи падают под более косым углом по сравнению с более низкими широтами.

Вода из Тихого океана и нескольких рек в России и Канаде поставляет более пресную и менее плотную воду в Северный Ледовитый океан. Итак, в Северном Ледовитом океане у поверхности есть слой холодной пресной воды, а внизу — более теплая и соленая вода. Напротив, в Антарктиде нет рек, а открытая связь с океаном приводит к тому, что океан более соленый, чем Арктика. Холодный слой пресной воды в Арктике обычно способствует большему нарастанию льда в Арктике, чем в Антарктике.

Различия в площади морского льда

Площадь арктического и антарктического морского льда меняется от года к году. Среднемесячная протяженность может варьироваться на целых 1 миллион квадратных километров (386 000 квадратных миль) от среднего месячного значения из года в год.

Согласно научным измерениям, как толщина, так и протяженность летнего морского льда в Арктике резко сократились за последние 30 лет. Это согласуется с наблюдениями за потеплением в Арктике. Эта тенденция является основным признаком изменения климата в полярных регионах и может быть индикатором последствий глобального потепления. Узнайте, как изменение климата влияет на морской лед. В отдельные месяцы тренды площади антарктических льдов статистически значимы на уровне 95-процентный уровень, хотя и небольшой.

Для получения дополнительной информации о текущем состоянии морского льда читайте Новости и анализ арктического морского льда

Многолетний лед тоньше, чем предполагалось, поскольку арктический морской лед достигает зимнего максимума: исследования

• Арктический морской лед достиг своего годового максимума в 14,88 млн кв. км., 10-е место среди самых низких за всю историю наблюдений. История увеличения и уменьшения площади морского льда в прошлом году подчеркивает, насколько непредсказуемой она может быть от сезона к сезону, даже если общее сокращение продолжается.
• Исследование с использованием новых спутниковых данных показало, что арктический многолетний морской лед — лед, переживающий летнее таяние — истончается даже быстрее, чем считалось ранее, и всего за два десятилетия потерял треть своего объема.
• Это связано с тем, что протяженность антарктического морского льда достигла рекордно низкого уровня за лето, что вызывает вопросы о том, начинается ли его долгосрочное сокращение, хотя эксперты пока опасаются делать выводы.
• В то время как летний арктический морской лед, по прогнозам, в основном исчезнет к 2050 году, новое исследование предполагает, что мы, вероятно, сможем сохранить его до 2100 года, резко сократив выбросы метана к 2030 году, а также достигнув нулевого уровня выбросов CO2 к 2050 году9.0017

Морской лед в Арктике достиг своего годового максимума в 14,88 млн кв. км. (5,75 миллиона квадратных миль), 10-е место по величине зимней протяженности с момента начала спутникового мониторинга в 1979 году.

Годовой максимум был объявлен после того, как на прошлой неделе температура на Северном полюсе подскочила выше нормы на 28 ° по Цельсию (50 ° по Фаренгейту) почти до точки плавления из-за теплого воздуха, доставляемого быстро развивающимся «бомбовым циклоном», на восточном побережье США.

Несмотря на то, что площадь льда далеко не самая худшая из когда-либо виденных учеными, она все же составляет 770 000 кв. км. меньше, чем 19Средний зимний максимум 81-2010 г. пришелся на 25 февраля, вторую самую раннюю дату за всю историю наблюдений. Новые исследования показывают, что не только количество, но и качество льда ухудшается удивительно быстро.

«Мы теряем старый, многолетний лед, — сказал Марк Серрез, директор Национального центра данных по снегу и льду. «Раньше были вещи, которым было от 10 до 12 лет. Этого больше нет. Так что тут секрета нет, вы теряете многолетний лед, вы переходите на режим однолетнего льда».

Из-за меньшего количества морского льда, отражающего солнечный свет летом, Северный Ледовитый океан поглощает больше солнечного света, что ускоряет глобальное потепление.

Но, как и в прошлом, состояние морского льда за последний год сильно изменилось. В июле площадь арктического морского льда должна была установить рекордную минимальную протяженность за лето, но в итоге после периода прохладной и облачной погоды в августе он оказался лишь на 10 ^th наименьшем за всю историю наблюдений.

Этой зимой большая часть залива Святого Лаврентия в Канаде и Охотского моря у восточного побережья России оставались свободными ото льда, как и язык открытой воды к северу от Новой Земли в Баренцевом море. В остальном кромка льда находилась относительно близко к 1981-2010 г. и фактически превышала ее в Баффиновой бухте и у побережья юго-восточной Гренландии. Несмотря на то, что в последние годы в Берингово море поступает все больше и больше теплой воды из Тихого океана, протяженность льда здесь была близка к средней после того, как низкое атмосферное давление к югу от Алеутских островов на Аляске принесло в январе холодные ветры с Арктики, которые способствовали формированию лед и толкнуть его на юг.

Изменчивость арктического морского льда является одной из причин, по которой Национальный центр данных по снегу и льду ждал почти месяц, чтобы объявить годовой максимум. Тем не менее, общая тенденция заключается в уменьшении количества льда в каждом сезоне, отметил Серрез.

— Мы обсуждали проблему предсказуемости морского льда, — сказал он. «Вы не знаете, какие погодные условия будут более чем через неделю или две. Это может изменить все. Мы все еще работаем над этим, но мы знаем тенденцию, мы знаем, что это будет небольшая протяженность морского льда».

После месяцев зимней тьмы солнце снова начинает появляться над Арктикой каждый март. Изображение Иво Бека/NSIDC через Flickr.

Многолетний лед может быть тоньше, чем мы думали

Предыдущие исследования предупреждали, что летом Арктика может полностью освободиться ото льда уже в 2035 году, поскольку «резервуар» толстого многолетнего льда, пережившего хотя бы один летний цикл таяния, постепенно исчезает. Но многолетнего льда может остаться даже меньше, чем считалось ранее, предполагает исследование, опубликованное в этом месяце.

Ключом к расчету толщины льда из космоса является оценка количества снега, который утяжеляет морской лед, заставляя его двигаться ниже в воде. Традиционно это рассчитывалось с использованием записей о высоте снежного покрова с середины 20-х гг.0089-й век. Новое исследование вместо этого оценило глубину снежного покрова с помощью спутника NASA ICESat-2, который измеряет высоту снега и льда над водой, и CryoSat-2 Европейского космического агентства, который измеряет только высоту льда.

Исследователи подсчитали, что объем арктического морского льда уменьшился на 12,5% всего за три года с момента запуска ICESat-2, в основном из-за истончения многолетнего льда. Это большая потеря, чем то, что рассчитывали в прошлом, используя только данные о высоте снежного покрова. Исследователи обнаружили, что менее чем за два десятилетия арктический морской лед потерял 6000 кубических километров (1400 кубических миль), или треть своего зимнего объема.

«Новые наблюдения за глубиной снежного покрова показывают, что предыдущие оценки толщины льда могли быть завышены», — сказала ведущий автор Сахра Касими, полярный ученый из Лаборатории реактивного движения НАСА.