Потепление климата Арктики подтверждается изменениями основных гидрометеорологических величин атмосферы и океана за многолетний период времени, и наиболее ярко оно проявляется в последние десятилетия [Serykh and Kostianoy, 2019; Серых и др., 2022]. Свидетельства этого процесса в высоких широтах: повышение температуры приповерхностного слоя атмосферы [Серых и Толстиков, 2020; Serykh and Tolstikov, 2020], сокращение площади морского льда и уменьшение его толщины, повышение температуры поверхностного слоя воды в морях [Серых и Костяной, 2021], таяние многолетней мерзлоты, увеличение доли жидких осадков в течение года [Толстиков и др., 2022].
Использовались среднемесячные данные температуры воздуха на высоте 2 метра от поверхности, общего количества осадков за сутки, скорости ветра на высоте 50 метров от поверхности, температуры верхних 1,5 метров почвы, толщины и фракционной площади снежного покрова, влагосодержания верхнего слоя почвы толщиной 1 метр и влажности воздуха на высоте 2 метра от поверхности из реанализа спутниковых измерений NASA MERRA-2 на сетке 0.5ºш. х 0.625ºд. за период 1980–2021 гг.
По всем исследуемым среднемесячным данным в каждом узле их сетки рассчитан средний годовой ход за период 1980-2021 гг. Затем этот средний годовой ход в каждом узле сетки вычтен из данных для получения среднемесячных аномалий относительно среднего годового хода (далее – просто аномалии).
По исследуемым данным для региона западной части российской Арктики (60°–75° с.ш., 30°–85° в.д.) рассчитаны и построены следующие поля:
1. Средние значения за периоды 1980-2000 гг. и 2001-2021 гг.
2. Средние изменения между периодами 1980-2000 гг. и 2001-2021 гг. (разность средних значений между этими периодами).
3. Средние значения для зимних (декабрь-февраль) и летних (июнь-август) сезонов и 12 месяцев года за периоды 1980-2000 гг. и 2001-2021 гг.
4. Средние изменения для зимних (декабрь-февраль) и летних (июнь-август) сезонов и 12 месяцев года между периодами 1980-2000 гг. и 2001-2021 гг. (разность средних значений между этими периодами).
5. Скорость (линейный тренд) изменений среднемесячных аномалий относительно годового хода за периоды 1980-2000 гг. и 2001-2021 гг., оцененная с помощью приближения полиномами 1-ой степени методом наименьших квадратов (1-ая производная).
6. Ускорение (квадратичный тренд) изменений среднемесячных аномалий относительно годового хода за периоды 1980-2000 гг. и 2001-2021 гг., оцененное с помощью приближения полиномами 2-ой степени методом наименьших квадратов (2-ая производная).
Подтверждено существенное потепление климата западной части российской Арктики в 1980-2021 гг. Причем, наиболее сильное увеличение температуры отмечается для ноября и апреля, что свидетельствует о произошедшем смещении границ сезонов – более позднем начале зимы и раннем ее завершении [Серых и Толстиков, 2022а]. Обнаружено, что в период 2001-2021 гг. температура быстрее всего росла в акваториях Баренцева, Карского и Белого морей, и этот рост происходил с ускорением. Таким образом, уменьшилась разница температуры между югом и севером западной части российской Арктики. Предположено, что одной из причин этого ускоренного роста температуры могла послужить альбедная обратная положительная связь с площадью морского льда.
Выявлено увеличение количества осадков, особенно явно проявляющееся для летнего сезона и сентября. Вызванное этим увеличение поступления пресных вод в моря способствовало распреснению и усилению стратификации верхнего слоя воды, более раннему образованию морского льда, сокращению потоков тепла из океана в атмосферу и понижению приповерхностной температуры воздуха в зимние периоды в локальных районах впадения крупных рек в Карское и Баренцево моря.
Обнаружено значительное изменение циркуляции атмосферы в исследуемом регионе. В зимние сезоны 2001-2021 гг. в Баренцевом и Карском морях произошло усиление южного ветра по сравнению с 1980-2000 гг. Это могло привести к ветровому нагону морского льда с юга на север Баренцева и Карского морей, сокращению площади льда и усилению перемешивания верхнего слоя воды на юге этих морей. В летний сезон 2001-2021 гг. произошло усиление западного ветра по сравнению с 1980-2000 гг., что способствовало усилению западного переноса тепла и влаги из Северной Атлантики в исследуемый регион.
Обнаружено повышение температуры верхних 1,5 метров почвы (ТП) в 2001-2021 гг. по сравнению с 1980-2000 гг. приблизительно на 0.5°С на западе исследуемого региона [Серых и Толстиков, 2022б]. Это может привести к сокращению и даже полному исчезновению островной многолетней мерзлоты на Кольском полуострове, где средняя ТП в 2001-2021 гг. практически всюду выросла и стала превышать +3 °С. В 2001-2021 гг. начался ускоряющийся рост ТП также и на северо-востоке западной части российской Арктики. Таким образом, в настоящее время на большей части исследуемого региона наблюдается ускоряющийся рост ТП, что может привести к таянию многолетней мерзлоты.
Показано сокращение толщины снежного покрова на западе и востоке исследуемого региона в 2001-2021 гг. по сравнению с 1980-2000 гг., за исключением Приуралья. На западе исследуемого региона также произошло существенное сокращение площади снежного покрова в ноябре и апреле. Из-за чего могла усилиться альбедная обратная положительная связь между температурой и свободной от снега поверхностью, что могло явиться одной из причин сокращения длительности зимнего сезона в западной части российской Арктики.
Рост удельной влажности воздуха на высоте 2 метра от поверхности (ВВ) начался на западе исследуемого региона, и в особенности над акваторией Белого моря, еще в 1980-2000 гг. В 2001-2021 гг. увеличение ВВ распространилось на центр и восток исследуемого региона, с наибольшей скоростью роста над акваториями морей, причем рост ВВ происходил с положительным ускорением. Вероятно, увеличение влажности воздуха над акваториями Белого, Баренцева и Карского морей связано с усилением испарения с их поверхностей вследствие роста температуры поверхности воды и сокращения площади морского льда. Дополнительно к росту ВВ в 2001-2021 гг. на западе и востоке исследуемого региона наблюдался еще и рост влагосодержания почвы.
Исследованная пространственно-временная динамика роста температуры и влажности западной части российской Арктики имеет тенденцию распространения с запада на восток, что можно объяснить усилением влияния Северной Атлантики на исследуемый регион. Данный процесс можно назвать «атлантификацией» климата западной части российской Арктики [Аксенов и Иванов, 2018]. Увеличение температуры и влажности воздуха исследуемого региона привело к росту теплосодержания нижнего слоя атмосферы – увеличению его тепловой энергии. Вследствие этого можно ожидать увеличения количества, силы и продолжительности экстремальных погодных явлений в западной части российской Арктики.
Таким образом, за рассмотренный временной период произошли существенные изменения климата западной части российской Арктики. Усилился западный перенос из Северной Атлантики, возросло количество выпадающих атмосферных осадков и произошел ускоренный рост температуры. Все это способствовало «атлантификации» климата западной части российской Арктики и приближению его к переломной точке, после которой климатическая система может установиться вокруг другого состояния равновесия.
Исследование выполнено в рамках проекта РНФ № 21-77-30010 «Системный анализ динамики геофизических процессов в российской Арктике и их воздействие на развитие и функционирование инфраструктуры железнодорожного транспорта» (2021-2024 гг.).