The Russian Arctic
Scientific and analytical journal
ISSN (Online): 2658-4255

+7 495 2294144
from 9:00 till 18:00
Request a call
101000, Moscow, Armenian lane., 9 build. 1, off. 319/44
English
  • Русский
About the Journal
  • General information
  • Peer-review
  • Publication Ethics
  • Editorial Board
  • For authors
  • Submit an article
  • Author guidelines
  • Advantages
  • Documents
Articles
Latest issue
Archive
  • Library
  • Special issues
  • 2018
  • 2019
  • 2020
Indexing and archiving
Contacts
    The Russian Arctic
    About the Journal
    • General information
    • Peer-review
    • Publication Ethics
    • Editorial Board
    • For authors
    • Submit an article
    • Author guidelines
    • Advantages
    • Documents
    Articles
    Latest issue
    Archive
    • Library
    • Special issues
    • 2018
    • 2019
    • 2020
    Indexing and archiving
    Contacts
      The Russian Arctic
      English
      • Русский
      • About the Journal
        • Назад
        • About the Journal
        • General information
        • Peer-review
        • Publication Ethics
        • Editorial Board
        • For authors
        • Submit an article
        • Author guidelines
        • Advantages
        • Documents
      • Articles
      • Latest issue
      • Archive
        • Назад
        • Archive
        • Library
        • Special issues
        • 2018
        • 2019
        • 2020
      • Indexing and archiving
      • Contacts
      • +7 495 2294144
      101000, Moscow, Armenian lane., 9 build. 1, off. 319/44
      info@arctic-centre.com
      • Главная
      • Публикации
      • Статьи
      • Long-range forecast of residual ice area in the Arctic ocean in September

      Long-range forecast of residual ice area in the Arctic ocean in September

      13 September 2018 17:21
      // Oceanology
      Yulin A.V., Sharatunova M.V.

      DOI: 10.24411/2658-4255-2018-00014 
       
      html.png    PDF.png    XML.png

      Published : 21.09.2018
      For Citing: Yulin A.V.Long-range forecast of residual ice area in the Arctic ocean in September / A.V. Yulin, M.V. Sharatunova // Russian Arctic. - 2018. - No. 2. - P.4.

      The opportunity of long term forecasting (5-8 months in advance) the area of residual ice which remains in the Arctic ocean in September after the summer melting is discussed in the paper. It is an important indicator which characterizes the expected difficulty of the navigation conditions in the Russian Arctic. The results of the forecast allow planning the marine activity at the North Sea Route as well as assessing the state of the climatic system «atmosphere – ice – ocean» in the next summer.

      Keywords: Arctic Ocean, ice regime, area of residual ice, long-range forecasts

      Введение. Изменчивость площади льдов в Северном Ледовитом океане (СЛО) вызывает большой интерес у исследователей по целому ряду причин.

      Во-первых, площадь льдов в Северном Ледовитом океане является наиболее доступным и информативным показателем состояния климатической системы «атмосфера-лед-океан» и происходящих в этой системе изменений [1]. 

      Во-вторых, очень важным является прикладное значение этого показателя. Чем больше льдов исчезнет в результате летнего таяния, тем более обширные акватории океана и его морей очистятся ото льда, что будет способствовать судоходству. Например, если площадь остаточных льдов в сентябре составляет менее 5 млн км2, то это означает, что ледяной покров интенсивно разрушался в течение летнего периода и акватория российских арктических морей будет полностью свободна ото льда (рис. 1а). Если площадь остаточных льдов в сентябре более 5 млн км2, то на акватории некоторых арктических морей будет сохраняться ледяной покров, что негативно отразится на возможности и безопасности плавания судов (рис. 1б). Если в течение летнего периода разрушение и таяние ледяного покрова происходило с низкой интенсивностью, то площадь остаточного льда в сентябре будет более 7 млн км2и плавание судов по трассе СМП будет происходить в очень сложных ледовых условиях.


      Рисунок 1 - Распределение льда в середине сентября в 2012 г (а, площадь остаточных льдов 3,5 млн км 2) и в 2013 г. (б,площадь остаточных льдов 5,2 млн км 2) (www.aari.ru) 

      Сезонная изменчивость ледяного покрова.Начиная с конца 70-х годов прошлого века, спутниковая информация о состоянии ледяного покрова оперативно поступает в распоряжение специалистов, которая оценивается с большой точностью и дискретностью (с частотой не менее 1 суток).

      В сезонном ходе изменения площади льда в СЛО хорошо прослеживаются два противоположных процесса: осенне-зимнее увеличение площади льдов в результате ледообразования и летнее уменьшение площади льдов в результате таяния. На рисунке 2, приведенном ниже, показан среднемноголетний сезонный ход изменения площади льдов в СЛО за ряд наблюдений с 1979 по 2018 гг., а также его минимальные и максимальные значения (данные архива Арктического и антарктического научно-исследовательского института (ААНИИ) http://wdc.aari.ru/datasets/ssmi/data/north/extent/).

       


      Рисунок  2 - Сезонное изменение количества льдов в Северном Ледовитом океане

      Из приведенного рисунка видно, что в осенний период, начиная с сентября, происходит интенсивное нарастание площади льдов. С сентября по ноябрь площадь ледяного покрова увеличивается в среднем на 2,0 млн км2в месяц. С ноября по декабрь интенсивность нарастания площади льдов уменьшается до 1,3 млн км2. Всего же за осенние месяцы до конца года в среднем появляется до 85% вновь образованных льдов. За оставшиеся зимние месяцы до апреля площадь льдов увеличивается только на 15%, несмотря на период самых низких температур. В апреле увеличение площади льдов прекращается. 

      Таким образом, в осенний период года с сентября по декабрь происходит основное увеличение площади льдов в СЛО. Это молодые и однолетние льды осенне-зимнего образования. В оставшиеся зимние месяцы с января по апрель увеличение площади льдов уже незначительно, но именно в этот период продолжается интенсивное нарастание толщины этих льдов.

      В течение апреля-мая начинается уменьшение площади льдов в результате летнего таяния, которое продолжается до середины сентября. Остаточная площадь льдов в СЛО в сентябре характеризует интенсивность летних процессов таяния. В среднем за летний период разрушается и тает около 5,8 млн км2. В середине сентября в СЛО сохраняются остаточные льды, площадь которых в среднем (за весь ряд наблюдений с 1979 по 2017 гг.) составляет около 6,1 млн км2. 

      Межгодовая изменчивость ледяного покрова.Необходимо отметить, что в динамике летнего таяния и разрушения льдов за последние два десятилетия произошли существенные изменения. Сравнение остаточной площади льдов в СЛО в сентябре за последнее десятилетие 2008-2017 гг. с данными за более холодное десятилетие 1978-1986 гг. показывает, что наблюдается уменьшение количества остаточных льдов в сентябре в среднем с 7,2 до 4,7 млнкм 2. То есть в Северном Ледовитом океане в последнее десятилетие после летнего таяния стало оставаться меньше льдов в среднем на 2,5 млнкм2. Гигантские акватории океана и его морей, которые еще три десятка лет назад были покрыты льдом в сентябре, сейчас полностью очищаются ото льда. 

      На рисунке 3 представлен межгодовой ход площадей льдов в СЛО в декабре предшествующего года и в сентябре текущего года (данные архива ААНИИ http://wdc.aari.ru/datasets/ssmi/data/north/extent/). Из данных, приведенных на рисунке, хорошо прослеживается тенденция сокращения остаточной площади льдов, наблюдаемая в последние два десятилетия. 


      Рисунок 3 - Межгодовой ход площади льдов в СЛО в декабре и сентябре (красная точка – прогноз на сентябрь 2018 г)

      Очищение больших акваторий ледовитых морей и увеличение длительности безледного периода существенно снижает зависимость  от ледяного покрова хозяйственной деятельности различных направлений: плавания судов и перевозки грузов, разведки и добычи минерального сырья в шельфовых районах, экспедиционных исследований, операций ВМФ [2]. 

      Таким образом, становится очевидным важность мониторинга изменения площади ледяного покрова и его прогноза. 

      Прогноз площади остаточных льдов. В отделе ледового режима и прогнозов ААНИИ в результате изучения взаимосвязи накопления льда в зимний период года с последующим его сокращением в летний период было установлено, что существует хорошая зависимость между интенсивностью осенне-зимнего накопления льда в СЛО и его последующего таяния. Величина коэффициента корреляции (КК) площади льда в декабре предшествующего года с площадью льда в сентябре текущего года для ряда наблюдений в 39 лет составила 0,84. Величина Rплощади ледяного покрова в марте (период максимального накопления льда) составила 0,81. Это значимые и очень большие значения коэффициентов корреляции, доказывающие неслучайный характер связи.

      Прогнозирование природных процессов с большой временной заблаговременностью, составляющей от 1 до 6 месяцев, является сложной исследовательской задачей. Научно обоснованный прогноз с большой заблаговременностью возможен только в том случае, если есть правильное понимание природы формирования прогнозируемого явления и определены формирующие его факторы, установлены надежные и информативные предикторы.

      Физический механизм связи сроков начала осеннего ледообразования, интенсивности накопления льда в зимний период и последующего летнего разрушения, в принципе, понятен. Раннее и интенсивное накопление льда в СЛО, нарастание его толщины и торосистости приводит к формированию большого количества мощных льдов. Позднее начало ледообразования и низкая интенсивность нарастания льда приводит к формированию ледяного покрова гораздо меньшей мощности. В свою очередь, чем больше мощных льдов (по количеству и толщине) появляется на акватории морей океана к концу периода нарастания, тем больше их остается после летнего таяния.

      Выявленные зависимости между площадями льдов в различные сезоны года и установленные ранее взаимосвязи изменчивости площади льдов с крупномасштабными показателями температуры воздуха и воздушных переносов позволяют использовать их для построения прогностической модели. 

      На основе автоматизированной прогностической системы «Пегас» (АПС «Пегас»), разработанной в ААНИИи успешно использующейся в оперативной практике, была построена прогностическая модель, позволяющая оценивать площадь остаточного льда в СЛО в сентябре [2]. 

      Основным назначением АПС "Пегас" является исследование информативности различных гидрометеорологических полей, построение расчетных и прогностических моделей. Она позволяет оценивать статистическую связь между показателями метеорологического и ледового режима, по заданному критерию выбирать наиболее информативные данные, проводить обобщение всей информации и строить линейную прогностическую модель.

      В качестве исходных данных в модели прогноза площади остаточных льдов в сентябре используются основные показатели состояния ледяного покрова, воздушных переносов и крупномасштабные показатели температуры воздуха, приведенные в таблице 1. По приведенным в таблице частным коэффициентам корреляции видно, что наиболее информативными для прогноза являются площади льдов в предшествующие периоды формирования ледяного покрова и температура воздуха в осенне-зимний период.

      Таблица 1 – Даты разработки и исходные данные для прогноза остаточной ледовитости СЛО в сентябре

      Дата составления прогноза

      Вид прогноза

      Заблаговременность прогноза

      Исходные данные

      R

      1 декада января

      Предварительный прогноз

      8 месяцев

      сверхдолгосрочный

      Ледовитость СЛО в декабре 

      0,83

      Среднегодовая температура воздуха

      -0.82

      Поля давления IX-XII

      0,32-0,51

      1 декада апреля

      Уточнение предварительного прогноза

      5 месяцев

      долгосрочный

      Ледовитость  СЛО в марте

      0,81

      Средняя температура воздуха за осенне-зимний период

      -0,80

      Поля давления IX-III

      0,32-0,55

       

      Технология прогноза площади остаточного льда в СЛО в сентябре основана на двух этапах – предварительном прогнозе и основном прогнозе. В предварительном прогнозе, составляемом в первой декаде января, заблаговременностью 8 месяцев, учитываются осенние процессы накопления льда предшествующего года по декабрь включительно. В основном прогнозе, составляемом в первой декаде апреля, заблаговременностью 5 месяцев, учитываются осенне-зимние процессы накопления льда в СЛО на период максимального накопления ледяного покрова, которое наблюдается в конце марта - начале апреля.

      Оправдываемость  ретроспективных расчетов   для предварительного прогноза составляет 88% (при допустимой ошибке для сверхдолгосрочных прогнозов равной ±1,0 σ) и для основного прогноза 92 % (при допустимой ошибке для долгосрочных прогнозов равной ±0,8 σ).

      На сентябрь 2018 г. был составлен предварительный прогноз в начале января и основной прогноз в начале апреля. Результаты прогноза приведены в таблице 2. По результатам мониторинга ледяного покрова в конце сентября 2018 г. прогноз будет проверен на успешность.

       Таблица 2 – Основные результаты прогноза площади остаточного льда в СЛО в сентябре 2018 г.

      Вид прогноза и дата составления

      Сверхдолгосрочный, заблаговременность 

      8 месяцев

      Долгосрочный, заблаговременность 

      5 месяцев

      Климатический (по норме)

      Дата разработки

      10 января

      10 апреля

      10 января, 10 апреля

      КК  результирующего уравнения

      0,88

      0,92

       

      Прогноз площади остаточного льда в сентябре 2018 г.

      4680 тыс. км 2

      4850 тыс. км 2

      6150 тыс. км 2

      Норма полного ряда с 1979-2017 гг. (39 лет)

      6150 тыс. км 2

      6150 тыс. км 2

      6150 тыс. км 2

      Аномалия по длинному ряду

      - 1470 тыс. км 2

      - 1300 тыс. км 2

      0

      Норма короткого ряда с 2008-2017 гг. (10 лет)

      4670 тыс. км 2

      4670 тыс. км 2

      4670 тыс. км 2

      Аномалия по короткому ряду

      +10 тыс. км 2

      + 120  тыс. км 2

      +1480 тыс. км 2


       Выводы. По разработанному прогнозу ожидается, что площадь остаточных льдов в СЛО в сентябре 2018 г. составит 4850 тыс. км2. Это меньше среднемноголетнего значения за полный ряд наблюдений с 1979-2017 гг. (39 лет) на 1300 тыс. км2или на величину -1,18σ, которая показывает, что аномалия площади остаточных льдов относится к крупной отрицательной аномалии. Однако, если рассмотреть изменения площади остаточных льдов в сентябре за последнее теплое десятилетие (с 2008-2017 гг.), то выявляется интересная особенность. Становится очевидным, что после аномального сокращения площади остаточных льдов, которое наблюдалось в сентябре 2012 г. и составило 3346 тыс. км2, площадь остаточных льдов начинает медленно повышаться (см. рис. 3 нижняя кривая).

      По разработанному прогнозу ожидается, что площадь остаточных льдов в сентябре 2018 г. превысит на 230 тыс. км2  величину площади льдов предыдущего 2017 г., а также на 120 тыс. км2  превысит норму ряда наблюдений за последнее десятилетие с 2008-2017 гг.

      Таким образом, прогноз на сентябрь 2018 г. продолжает «климатическую паузу» в изменении площади льдов в СЛО, которая наблюдается в последние пять лет. 

      Значительных изменений в площади остаточных льдов в сентябре, которые смогли бы объективно и однозначно подтвердить одну из двух существующих ключевых гипотез ожидаемого изменения климата – необратимость и нарастание потепления или циклический характер изменений в 2018 г., не ожидается.

      References:

      1. Frolov I.E., Gudkovich Z.M., Karklin V.P., Kovalev E.G. Smolyanitsky V. M. Climate Change in Eurasian Arctic Shelf Seas. Centennial Ice Cover Observations. V. 2, Climate Change of ice cover extent in Eurasian Arctic Shelf Seas. Saint-Petersburg: Nauka, 2007: 136 p.  
      2. Karklin V.P., Yulin A.V., Karelin I.D., Ivanov V.V. Climatic fluctuations of ice cover extent in the Siberian shelf Arctic seas. Proc. AARI, 2001, vol. 443, p. 05-11.
      3. Yulin A.V. Automated program complex for the information processing and generalization used in the PEGAS system. Proc. AARI, 1990, vol. 418, p. 25-36.

      • Comments
      Loading comments...

      Back to list Next article
      Headings
      • Anthropology1
      • Biology1
      • Ecology8
      • Economical Geography4
      • Electrical Energy7
      • Geophysics0
      • Glaciology0
      • Health Care13
      • Нydrology1
      • Meteorology4
      • News2
      • Arctic Notes0
      • Oceanology16
      • Transport7
      Learn more
      • Comparison of independent navigation of LNG carriers of type Yamalmax and their transition with an icebreaker escort
        Comparison of independent navigation of LNG carriers of type Yamalmax and their transition with an icebreaker escort
        30 December 2020
      • Prospects for using neural networks to solve the problems of IUU-fishing and piracy in the Arctic zone of Russia
        Prospects for using neural networks to solve the problems of IUU-fishing and piracy in the Arctic zone of Russia
        30 December 2020
      • The PyHum library
        The PyHum library
        21 December 2020
      • Research of Methods and Technical Means of Obtaining Information about Wind Parameters in Sea Conditions.
        Research of Methods and Technical Means of Obtaining Information about Wind Parameters in Sea Conditions.
        30 November 2020
      • Current state and perspectives of ice cover studies in the Russian Arctic seas
        Current state and perspectives of ice cover studies in the Russian Arctic seas
        28 October 2020
      • Specific Features of Iceberg Distribution According to Shipborne Observations in the Kara Sea in 2004-2019
        Specific Features of Iceberg Distribution According to Shipborne Observations in the Kara Sea in 2004-2019
        15 September 2020
      • Variability of the spring old ice and fall residual ice boundary in the Arctic Ocean over the  current period of climate changes
        Variability of the spring old ice and fall residual ice boundary in the Arctic Ocean over the current period of climate changes
        9 July 2020
      • Interannual and seasonal variability of Arctic sea ice extent according to satellite observations
        Interannual and seasonal variability of Arctic sea ice extent according to satellite observations
        30 December 2019
      • The use of sonar system for surveying the ice-bottom surface
        The use of sonar system for surveying the ice-bottom surface
        30 December 2019
      • AARI methodology for sea ice charts composition (en)
        AARI methodology for sea ice charts composition (en)
        17 December 2019
      • Change of heat advection to the Barents sea
        Change of heat advection to the Barents sea
        21 March 2019
      • Ship-based television complex – the program for automatic sea ice thickness monitoring
        Ship-based television complex – the program for automatic sea ice thickness monitoring
        13 December 2018
      • Ice islands in the Arctic (en)
        Ice islands in the Arctic (en)
        20 September 2018
      • Ice conditions of navigation in the Arctic basin in summer 2018 (en)
        Ice conditions of navigation in the Arctic basin in summer 2018 (en)
        20 September 2018
      • Melt pond on the sea ice surface during summer and its connection with Arctic climate change
        Melt pond on the sea ice surface during summer and its connection with Arctic climate change
        13 September 2018
      Subscribe
      © The Russian Arctic 2021. All rights reserved. Лицензия Creative Commons
      Except where otherwise noted, content on this site is licensed under a Creative Commons «Attribution» 4.0 International license.
      Contacts

      +7 495 2294144
      info@arctic-centre.com
      101000, Moscow, Armenian lane., 9 build. 1, off. 319/44
      Stay connected