Атлантические ворота в Арктику: ученые СПбГУ исследуют причины климатических изменений в Арктическом и Субарктическом регионах

В 2022 году проходит второй этап масштабного междисциплинарного проекта ученых СПбГУ «Атлантические ворота в Арктику: океаническая циркуляция как фактор долгосрочной изменчивости климата Арктики и состояния полярных экосистем». В рамках исследования эксперты Университета изучают причины и последствия климатических изменений в Арктическом и Субарктическом регионах за последние десятилетия.

Аномалии температуры верхнего слоя океана, связанные с изменчивостью интенсивности переносов вод Атлантическим конвейером (АМОЦ)
Аномалии температуры верхнего слоя океана, связанные с изменчивостью интенсивности переносов вод Атлантическим конвейером (АМОЦ)

«Атлантические ворота в Арктику: океаническая циркуляция как фактор долгосрочной изменчивости климата Арктики и состояния полярных экосистем» — комплексное и междисциплинарное исследование системы «океан — атмосфера — морские экосистемы», первый этап которого завершился в 2021 году. Основная его цель — уточнить роль океана в изменении климата Арктики, а также влияния текущих климатических изменений на состояние экосистем этого важного для России региона. Совместная работа специалистов в области океанологии, динамики атмосферы и первичной продуктивности вод океана позволяет охватить широкий спектр фундаментальных и научно-практических проблем, связанных с быстрым потеплением в Арктике. Регион исследования охватывает Северо-Европейский бассейн (Гренландское, Норвежское и Баренцево моря) и соседние области Евразийского сектора Арктики.

Известно, что в настоящее время температура воздуха в Арктике растет примерно в два раза быстрее, чем в умеренных или тропических широтах, уменьшается площадь льдов, растет температура вод океана, меняется пресный баланс региона.

Руководитель проекта, доцент кафедры океанологии кандидат географических наук Игорь Башмачников

«Ускоренное изменение климата Арктики связано с особенностями функционирования механизмов внутренних связей в полярной климатической системе. Здесь обратные связи, стабилизирующие климатическую систему, ослаблены, а прямые связи, выводящие климатическую систему из положения равновесия, наоборот, работают более эффективно, чем в низких широтах. Но для того, чтобы механизм климатических изменений начал работать, необходимы достаточно интенсивные внешние воздействия, которые и запустят эти саморазвивающиеся процессы в Арктике. В текущем проекте основной акцент сделан на одном из возможных триггеров, приводящих к дальнейшему разбалансированию климатической системы этого региона, — изменчивости океанических потоков тепла в Арктику», — отметил руководитель проекта, доцент кафедры океанологии кандидат географических наук Игорь Башмачников.

Он добавил, что в рамках первого этапа проекта было показано, что взаимосвязь океанических и атмосферных потоков тепла в Арктику приводит к автоколебаниям переноса тепла в обеих средах с периодом 10–15 лет. Усиление океанического потока тепла в Арктику ведет к общему ослаблению атмосферного потока тепла в полярные регионы примерно через три года, что в дальнейшем приводит к ослаблению и океанического потока тепла (компенсация Бьеркнеса). Однако с 1980-х годов на фоне растущей глобальной температуры этот механизм разладился. В Арктике наиболее четко это проявляется в Баренцевом море.

В проекте были выявлены особенности механизма, посредством которого усиление океанического потока тепла меняет поле ветра над Баренцевым морем таким образом, что это приводит не к ослаблению, а к дальнейшему усилению как атмосферного, так и океанического притока тепла в регион. В результате в последние десятилетия температура воздуха здесь растет в два раза быстрее, чем в остальной Арктике.

Руководитель проекта, доцент кафедры океанологии кандидат географических наук Игорь Башмачников

По его словам, климатические модели, которые используются для прогноза будущего климата Арктики и различных регионов России, совершенствуются именно на базе достижений фундаментальной науки. В настоящее время результаты моделирования показывают, что из-за происходящих климатических изменений может стать более доступной разработка перспективных месторождений углеводородов и других минеральных ресурсов на арктическом шельфе. С уменьшением площади и толщины ледяного покрова возрастает стратегическое значение Северного морского пути, для чего проводится ускоренная модернизация ряда портов в Арктике.

«Однако существенный разброс в модельных оценках интенсивности таяния льда в Арктике, как и множества других климатических параметров, затрудняет прогноз. Наш проект направлен на оценку потоков океанического тепла в Арктику, как важнейшего компонента климатической системы, а само исследование является ключевым звеном мониторинга физических и гидрологических процессов Арктического региона», — подчеркнул Игорь Башмачников.

Доцент кафедры океанологии заметил, что результаты проекта являются важным шагом на пути понимания влияния одного из ключевых субполярных регионов — Северной Атлантики — на климатическую систему Арктики. Использование полученных в проекте результатов приведет к увеличению надежности прогноза будущих климатических изменений, что внесет вклад в лидерство РФ в научном освоении Арктического региона.

«Основной поток океанического тепла попадает в Арктику из Атлантики. Обобщенный перенос поверхностных атлантических вод из тропиков в субполярные и полярные широты называется верхней ветвью Атлантической меридиональной океанической циркуляции (АМОЦ). В высоких широтах тепло отдается океаном в атмосферу (которая далее переносит существенную часть этого тепла в Арктику), а охлажденные океанические воды погружаются на глубину 1000–3000 м в процессе глубокой конвекции и там формируют возвратный глубинный поток из Арктики в тропики. Являясь связующим звеном между разнонаправленными поверхностным и глубинным потоками вод океана, зоны конвекции являются одним из регуляторов интенсивности АМОЦ. В рамках второго этапа проекта были получены новые индексы конвекции, которые позволили выявить изменчивость интенсивности конвекции в основных районах ее развития (морях Гренландском, Лабрадор и Ирмингера) за последние 70 лет. С использованием этих индексов было показано, что именно конвекция в море Ирмингера является основным регулятором интенсивности АМОЦ. Ранее таким регионом считалось море Лабрадор. Сейчас исследуется механизм обратной связи АМОЦ — море Ирмингера, который может объяснить достаточно высокую стабильность потока АМОЦ в последние десятилетия», — рассказал Игорь Башмачников.

Одновременно в проекте исследуется вопрос о влиянии потоков океанического тепла на развитие экосистем полярных и субполярных морей. В рамках этой части проекта изучается спутниковая информация по динамике фитопланктона, а также обрабатываются натурные наблюдения, включая последний рейс участников проекта в Баренцево море в 2021 году.

Напомним, согласно указу президента Российской Федерации «О Стратегии научно-технологического развития РФ» от 1 декабря 2016 года, научно-технологическое развитие Российской Федерации является одним из приоритетов государственной политики, а укрепление позиций России в области исследования Арктики является ключевым фактором развития России, обеспечивающим способность страны эффективно отвечать на вызовы современности.

В рамках проекта «Атлантические ворота в Арктику: океаническая циркуляция как фактор долгосрочной изменчивости климата Арктики и состояния полярных экосистем» используется облачное хранилище Вычислительного центра СПбГУ. Также в рамках экспедиции в Баренцево море были использованы приборы РЦ «Обсерватория экологической безопасности».