Проблемы Арктики и Антарктики
Not a member yet
266 research outputs found
Sort by
Характерные типы ледовых условий к северу от архипелага Шпицберген
Get PDFSea ice is an important part of the Arctic climate system. In the recent decade, rapid changes in the sea ice conditions have been observed: sea ice extent and sea ice thickness are declining; conversely, ice drift speed and deformations are increasing [1–10]. The main aim of this paper was to describe the variability of sea ice conditions north of the Svalbard archipelago and analyze the changes occurring there. For most of the year, a stable polynya is observed north of the archipelago, which is commonly called “Whalers Bay”. The prevailing wind direction (8–9 months out of 12) is north-east, thus, almost throughout the whole year, conditions persist that support the flow of warmer Atlantic waters (AW) to the surface. Stable upwelling, together with the observed increase in AW’s temperature, contributes to the formation of the quasi-stationary polynya “Whalers Bay”. The ice conditions north of the Spitsbergen archipelago are changing extremely dynamically. However, all their diversity can be grouped into four main types. Type 1 — the area to the north of the archipelago is covered with ice; type 2 — the ice edge moves to the north of the archipelago; 3 — “Whalers Bay” polynya; 4 — an intermediate type, when a “passage” is formed to the Barents Sea between the ice edge and the northern coast of the archipelago. This study showed that since the mid-1990s the frequency of type 1 has significantly decreased, conversely, type 3 has become predominant, and the frequency of occurrence of type 2 has also increased. The maximum area of the polynya was observed in February 2012 and 2014, when the ice edge reached 82,5°N and 50°E, and 83°N and 46°E respectively. The lightest ice conditions were observed in 2012, 2013 and 2016. The main periods of 2–3, 5–6 and 14 years were identified in open water area variability. The ice cover to the north of the archipelago is largely presented by the conditions similar to the marginal ice zone with an actively changing ice edge configuration and the combined influence of factors characteristic of open sea areas and ice-covered areas. It is here that intense heat exchange takes place between the ocean and the atmosphere. The heat fluxes directed from the ocean to the atmosphere in the area of the polynya have increased by about 4 TW over the past 40 years. The highest correlation between the heat flux and the area of open water is observed with a lag of 2 months.В данной статье рассматривается изменчивость ледовых условий к северу от архипелага Шпицберген. Большую часть года к северу от архипелага наблюдается устойчивая полынья, которую принято называть «Залив Китобоев». На основании данных о сплоченности льда с 1978 г. по настоящее время все многообразие ледовых условий было объединено в четыре основных типа. Тип 1 — район к северу от арх. Шпицберген покрыт льдом, тип 2 — кромка льда проходит к северу от архипелага, 3 — полынья «Залив Китобоев», 4 — промежуточный тип, когда образуется «проход» в Баренцево море между кромкой льда и северным побережьем архипелага. Была проанализирована повторяемость каждого из типов, выделены основные периодичности и тенденции, дана оценка изменению потока тепла, поступающего из океана в атмосферу в исследуемом регионе
Исследование ледовой обстановки Обской губы по современным спутниковым данным в 2007–2017 гг.
Get PDFThe Obskay guba Bay is a region of rapidly developing oil and gas exploration. Knowing the current sea ice conditions including dangerous phenomena e. g. ridges and stamukhas is important for the safety of coastal and underwater construction as well as for ecological risk assessment. With this study, we aim to obtain new data on sea ice seasonal cycle in the southern and central part of the Obskay guba Bay for 10 years (from 2007 to 2017) and to demonstrate the capacity of satellite data in obtaining varying sea ice characteristics in the region. Analyzing daily visual MODIS and available Sentinel-1 SAR imagery, we derived dates of sea ice and fast ice formation, fast ice breakup and melt onset and the onset of ice-free period. For this purpose the satellite data were analyzed manually by sea ice expert. In addition, of sea ice ridges were derived and the sea ice drift data wea automatically processed in order to locate motionless sea ice features — stamukhas. The distribution of sea ice floes and field size in the region was derived from MODIS data. The analysis showed that there is a tendency towards a shorter ice covered period based on the data from 2007 to 2017. Overall, the formation of sea ice starts 9 days later and fast ice breakup occurs 16 days earlier compared to the long-term mean (1947–2010). The majority of ridges were located in the central part of the region and directed along the coast. The analysis confirmed absence of large stamuhas visible to be applied method (with a horizontal size of 100 m). The predominant sea ice field size range lies 500–1500 m. The study shows that a combination of images obtained in the optical range of the survey with radar data makes it possible to supplement the classical visual assessments with the results of automatic methods for detecting fast ice, detecting stamukha, as well as ice drift and deformation.Обская губа — район бурно развивающейся добычи нефти и газа. Знание текущих ледовых условий необходимо для безопасности береговой и подводной инфраструктуры. Целью данного исследования является оценка сроков ледовых явлений и отдельных характеристик (скорость дрейфа, локализация стамух и торосов) в южной и центральной части Обской губы с 2007 по 2017 г. Анализируя ежедневные визуальные данные MODIS и имеющиеся снимки Sentinel-1 SAR, мы определили даты начала устойчивого ледообразования, начало формирования и взлома припая, наступление безледного периода. В целом по данным с 2007 по 2017 г. наблюдается тенденция уменьшения существования ледяного покрова. Образование морского льда начинается позже, а взлом припая — раньше по сравнению со средними многолетними наблюдениями (1947–2010 гг.). Также были определены скорость дрейфа морского льда и распространение торосов. Отсутствие в районе крупных стамух было подтверждено результатами алгоритма автоматической обработки РСА-изображений
Анализ трендов климатических показателей по данным наземных метеонаблюдений и реанализа на Земле Эндерби, Восточная Антарктика
Get PDFThe article studies the presence and possible direction of climate change in Enderby Land, East Antarctica, where from 1963 to 1999, the only meteorological station of the WMO network operated at the Molodezhnaya research station (now the summer field base of the RAE), and now an automatic meteorological station has been installed. The trends in surface air temperature, wind speed and direction for the period from the mid-1960s to the present have been analyzed. As initial data, we used the results of ground-based observations at the Molodezhnaya station, as well as reanalysis datasets, which made it possible to complete the instrumental series and evaluate the dynamics of temperature and wind characteristics for the last decades. Monthly values of climatic parameters were used as initial values, but for wind characteristics presented as the V and U components of the speed vector, single values were taken, according to which the average monthly wind speeds and wind distributions in directions were estimated. From different reanalysis systems, by comparison with ground-based observations, series were selected that showed the greatest similarity in the dynamics of the climatic characteristics studied. Good agreement was found between the temperature series of observations at the Molodezhnaya meteorological station and the datasets UDEL_AirT, ERA5, and GISS. The correlation between the wind observation series is less strong; ERA5 reanalysis data shows the wind speed dynamics slightly better. According to the analysis of the long-term dynamics of average annual and monthly temperatures in the region of Enderby Land, the warming trend has not been statistically confirmed, however, a progressive increase in the number of months of the year with positive temperature dynamics has been noted. Based on the analysis of wind characteristics, it is shown that only an increase in average annual wind speeds of 0,1–0,3 m/s/10 years is statistically significant. В работе исследуются наличие и направленность климатических изменений на Земле Эндерби, Восточная Антарктика, где с 1963 по 1999 г. на научной станции Молодежная (сейчас летняя полевая база РАЭ) функционировала единственная метеорологическая станция сети ВМО, а в настоящее время установлена автоматическая метеорологическая станция. Проанализированы тренды температуры приземного слоя воздуха, скорости и направления ветра за период с середины 1960-х гг. по настоящее время. В качестве исходных данных использованы результаты наземных наблюдений на станции Молодежная, а также ряды реанализа, которые позволили восполнить инструментальные ряды и оценить динамику характеристик температуры и ветра для последних десятилетий. В качестве исходных использовались месячные значения климатических параметров, но для характеристик ветра, представленных в виде V и U компонент вектора скорости, брались срочные значения, по которым оценивались среднемесячные значения скоростей и распределения ветра по направлениям. Из различных систем реанализа путем сопоставления с наземными наблюдениями были выбраны ряды, которые показали наибольшее сходство в динамике исследуемых климатических характеристик. Отмечено хорошее согласование температурных рядов наблюдения на метеостанции Молодежная с рядами реанализа UDel_AirT, ERA5 и GISS. Связь между рядами наблюдений ветра менее тесная, несколько лучше динамику скорости ветра передают ряды реанализа ERA5. По анализу многолетней динамики среднегодовых и среднемесячных температур в районе Земли Эндерби тенденция к потеплению статистически не подтверждена, тем не менее отмечено постепенное увеличение количества месяцев в году с положительной динамикой температуры. Из анализа характеристик ветра статистически значимым признан лишь рост среднегодовой скорости ветра с интенсивностью 0,1–0,3 м/с/10 лет
Районирование Арктической зоны РФ как основа разработки системы наблюдений за пресными водами
Get PDFSolving the problem of developing the Arctic zone of the Russian Federation without causing irreparable damage to the environment requires monitoring its various components. The article discusses the need to create a network of systems for the observation of the state of water resources in the polar regions. It is shown that, along with the existing monitoring system for large water bodies and streams, it is necessary to create a program of facilitated research on small lakes and rivers, which are extremely numerous within the Arctic zone and extremely vulnerable to various types of anthropogenic impact. In developing a network of such observation systems, the main attention should be paid not to the state of specific objects, but to identifying negative trends in various parts of the Russian Arctic zone in order to timely prevent large-scale fresh waters disasters. It is proposed that the creation of the network should be based on the principle of landscape-hydrological zoning, which takes into account both the genesis of water bodies and the specific features of the functioning of aquatic ecosystems. After the zoning of the territory of the Russian Federation Arctic Zone is completed, it is recommended that observations be carried out at reference water bodies located within all the selected regions, taking into account landscapes, both at the regional and, in the case of a significant scale of anthropogenic impact, at the local level. Along with general observations that need to be carried out at all points, which will make it possible to obtain data on the features of hydrological and in-lake processes in various parts of the Arctic zone and compare their course, it is also necessary to develop special observations. The latter, developed within each selected region, must meet the requirements for identifying the features of regional processes and information support for mathematical modeling of emergency situations and the ecological crisis caused by the main types of anthropogenic activity. The information obtained on reference lakes and streams of a hydrological region may reveal negative processes occurring throughout its area and indicate the need for emergency measures. Обосновывается необходимость создания программы облегченных исследований на малых озерах и реках Арктической зоны РФ, крайне многочисленных и чрезвычайно уязвимых к различным видам антропогенного воздействия. При создании сети таких наблюдений основное внимание должно уделяться не состоянию конкретных объектов, а выявлению негативных трендов в различных частях АЗ РФ с целью своевременного предупреждения масштабных катастроф с пресными водами. В основу создания сети предлагается положить принцип ландшафтно-гидрологического районирования, учитывающего как генезис формирования водных объектов, так и особенности функционирования водных экосистем
Применение данных судового телевизионного комплекса в оперативном гидрометеорологическом обеспечении морской деятельности на примере картирования толщины ледяного покрова в Арктике
Get PDFSea ice charts produced by the ice services of the world are among the most widely used sources of information about sea ice conditions in the Arctic. The absolute majority of sea ice charts are based on visual expert analysis of satellite imagery accompanied by auxiliary data including ground information from coastal stations and ships navigating the Northern Sea Route (NSR). Ground measurements of sea ice thickness are necessary for validating the results of satellite imagery interpretation. Shipboard observations are highly valuable because, unlike coastal stations, the ships provide information about sea ice cover straight on the navigational routes, not in the coastal areas of land-fast ice, where the thickness values are not fully representative of the ice in the open sea. However, the current system of shipboard observations used by commercial fleets often does not meet the reliability requirements due to the human factor involved in the process of data collection. In the early 2000s, the Arctic and Antarctic Research Institute (AARI) suggested a new methodology for shipboard ice thickness measurement. A ship-based television complex (STC) was developed in order to exclude the human factor and standardize observations. The inaccuracy value was estimated as 3.8 % of the real thickness. By 2018, STC had been upgraded to a new ship-based television meteorological complex (STMC) allowing continuous automatic measurement of ice thickness and many other related hydrometeorological parameters during the entire voyage. The automatic and autonomous operation of the new equipment allows placing it on board the ship without the need for an ice specialist to be permanently present. It means that STMC can be used by commercial fleets, which constantly increase the number of Arc7 ice class vessels they use. For economic reasons, reinforced ice class vessels, whose number is growing, represent the only available infrastructure suitable for the deployment of distributed network providing operational hydrometeorological monitoring on the NSR. A comparison of STC data with AARI ice charts has revealed that real-time transmission of STC data from ships to the ice service office could increase the accuracy of ice charts and, as a consequence, the quality of the entire system of hydrometeorological informational support of maritime activities in the Arctic.В работе поднят вопрос о необходимости получения достоверных натурных данных о толщине ледяного покрова для обеспечения более высокой точности информационной продукции, выпускаемой национальными ледовыми службами, в частности ледовых карт, которые являются базовым элементом оперативного гидрометеорологического обеспечения морской деятельности в пределах Северного морского пути (СМП) и примыкающих к нему акваториях. Предложено решение проблемы путем размещения на современных атомных ледоколах и судах усиленного ледового класса Arc7 автоматизированных судовых телевизионных метеорологических комплексов (СТМК), позволяющих получать достоверные данные о толщине льда и других сопутствующих гидрометеорологических параметрах непосредственно во время движения судна во льдах. В настоящее время растущее число судов усиленного ледового класса является единственной доступной по экономическим причинам инфраструктурой, пригодной для развертывания наземной распределенной сети оперативного мониторинга гидрометеорологических условий на трассах СМП
Возрастной состав ледяного покрова Баренцева моря
Get PDFThe paper presents the key results of investigating Barents Sea ice age composition during the winter season, from the beginning of ice formation in October to its termination in May. To analyze the seasonal and interannual changes in the amount of ice of different age categories, we used ice charts for the Barents Sea for the period 1997–2021, produced by the Arctic and Antarctic Research Institute. The age composition of the ice cover in the Barents Sea is represented by seven standard ice categories (thickness ranges). The areas of ice of different age categories were calculated for a ten-day time interval (in percentage of the total ice area). The results are provided for three parts of the Barents Sea: western, northeastern and southeastern.The interannual changes in the amount of ice in relative fractions of ice of different age categories in the ice cover of the Barents Sea do not show significant trends for the period 1997–2021. Thus, with the observed reduction in the Barents Sea total ice area, the amount of ice of different age categories ranges within the limits of its own natural variability. Therefore, it is impossible to draw a definite conclusion about a decrease in ice cover thickness in the Barents Sea based only on data on the ice age composition over a 24-year period of observations analyzed in this study. On comparing the estimates obtained in this study of the age structure of the ice cover in the Barents Sea with those of the previous studies on this subject, we can argue that its average thickness at the beginning of the 21st century decreased, compared to the period 1971–1976. Taking into account the statistical insignificance of the trends in interannual variations in the amount of ice of different age gradations, one can maintain that quantitative changes in the age structure of the Barents Sea ice cover began earlier than 1997.В настоящей работе для периода 1997–2021 гг. была произведена оценка сезонных и межгодовых изменений возрастной структуры ледяного покрова Баренцева моря в зимний период в семи основных градациях. Представлено описание ледовых условий акватории от начала формирования ледяного покрова в октябре до его завершения в мае. Результаты получены для однородных районов Баренцева моря: западного, северо-восточного и юго-восточного. Выявлены различия в количестве льдов различного возраста, а также основные периоды их преобладания для каждого из районов моря. Получена уникальная информация, дополняющая особенности ледового режима Баренцева моря за последние 25 лет
Fractions of trace metals in the sediments of permafrost-affected lakes in Northern Siberia, Lena delta
Get PDFSummary The aim of the study is to estimate the role of sediment components in the accumulation of microelements in lakes of the permafrost-affected area (the Lena Delta, northern Siberia). A fractional analysis of several trace elements (V, Cr, Co, Ni, Cu, Zn, Sn, and Pb) was conducted. Samples were collected from 10 lakes during the summer period of the “LENA 2019” expedition. The content of the chemical elements in the sediments was measured with the ICP-MS instrument. The results of the work show a relatively homogeneous distribution of the acid-soluble forms of the metals in sediments from different lakes. The content of trace elements in all the lakes studied is determined by natural (lithogenic) sources. Stable minerals inherited from the rocks play a crucial role in the sediment formation. Most of the elements are predominantly fixed in stable mineral and organometallic fractions. However, for V, Co, and Cr a high level of geochemical mobility was identified in some of the lakes. The metals of soluble complexes are capable of migrating from the sediments to the water due to physical and chemical changes in the aquatic environment. Furthermore, the organic substances and the Fe/Mn hydroxides of the sediments have a low potential ability to bind the metals into stable compounds.Цель исследования — оценка роли компонентов донных отложений в накоплении микроэлементов в озерах криолитозоны (дельта Лены, северная Сибирь). Проведен фракционный анализ некоторых микроэлементов (V, Cr, Co, Ni, Cu, Zn, Sn, Pb). Пробы были отобраны из 10 озер в летний период экспедиции «ЛЕНА 2019». Содержание химических элементов в осадках измеряли прибором ICP-MS. Результаты работы показали относительно однородное распределение кислоторастворимых форм металлов в донных отложениях разных озер. Большинство элементов преимущественно закреплено в устойчивых минеральных и металлоорганических соединениях. Однако для V, Co и Cr в некоторых озерах отмечен высокий уровень подвижности. Металлы растворимых комплексов способны мигрировать из донных отложений в воду за счет изменений физико-химических параметров водной среды. Кроме того, органические и минеральные вещества осадков обладают низкой потенциальной способностью связывать металлы в устойчивые соединения.
Взаимосвязь между площадью и скоростью ветра по границе антарктического полярного вихря
Get PDFThe Antarctic polar vortex forms in autumn, intensifies in the winter-spring period and decays in late spring. Inside the vortex in the lower stratosphere, favorable conditions are created for the annual spring ozone depletion. One of the conditions for the formation of the Antarctic ozone hole is the presence of a dynamic barrier along the vortex edge in the winter-spring period, which contributes to a decrease in temperature inside the vortex (necessary for the existence of polar stratospheric clouds) and prevents the penetration of air masses into the vortex. The dynamic barrier exists when the wind speed along the vortex edge in the lower stratosphere is at least 20 m/s. When the vortex area decreases below 10 million km2 , the dynamic barrier usually weakens, preceded by the vortex breakdown. The purpose of this work is to consider the relationship between the vortex area and the wind speed along the vortex edge using the Antarctic polar vortex as an example. To analyze the dynamics of the Antarctic polar vortex, we used a method based on vortex delineation, which makes it possible to calculate the vortex area and wind speed along the vortex edge using geopotential values determined from the maximum values of temperature gradient and wind speed and, thus, characterizing the polar vortex edges. Seasonal variations in the vortex area are mainly determined by the time of the beginning, peak and end of the polar night. In turn, seasonal changes in wind speed along the edge of the Antarctic vortex are additionally determined by the influence of the temperature of the lower subtropical stratosphere. To eliminate the influence of the seasonal variation, polynomial trends were removed from the time series of the parameters considered. We have shown that the relationship between the vortex area and the wind speed along the vortex edge can be traced for area values of less than 25 million km2 and more than 50 million km2 . At small values of the vortex area (< 25 million km2), during its formation and destruction, a positive correlation appears between the vortex area and the wind speed along the vortex edge. At high values of the vortex area (> 50 million km2), a negative correlation can be traced between the parameters studied.Одним из условий формирования полярной озоновой аномалии является наличие динамического барьера по границе полярного вихря в зимне-весенний период, существующего при скорости ветра по границе вихря в нижней стратосфере не менее 20 м/с и площади вихря более 10 млн км2 . Целью данной работы является исследование взаимосвязи между площадью вихря и скоростью ветра по границе вихря на примере антарктического полярного вихря. В работе использовался метод оконтуривания вихрей на основе значений геопотенциала, определенных по максимальным значениям градиента температуры и скорости ветра. Показано, что взаимосвязь между площадью вихря и скоростью ветра по границе вихря прослеживается при значениях площади менее 25 млн км2 (положительная корреляция) и более 50 млн км2 (отрицательная корреляция).
Expedition diary — insights into the history of organizing and conducting Russian Arctic expeditions in the early XXth century
Get PDFThe collections belonging to the Museum-Archive of the history of study and development of the European North of the Barents Center of the Humanities — Branch of the Federal Research Center «Kola Science Centre of the Russian Academy of Sciences» (BCH KSC RAS), contain several handwritten diaries by members of Arctic expeditions organized in the first half of the XXth century. The article discusses the value of the expedition diary of a member of a Russian Arctic expedition to Dikson Island (1916), the hydrometeorologist Innokenty Tikhomirov (1890–1955), as a possible source of data on the history of organizing and conducting scientific research in the Arctic. Based on the data presented in the diary, the paper reconstructs the progress of work on the organization of the northernmost meteorological station on Dikson Island in 1916.В фондах, принадлежащих Музею-архиву истории изучения и освоения Европейского Севера Центра гуманитарных проблем Баренц региона — филиала ФИЦ КНЦ РАН, хранятся несколько рукописных дневников, авторы которых в первой половине ХХ в. были участниками арктических экспедиций. В статье рассмотрен потенциал экспедиционного дневника участника российской экспедиции на о. Диксон (1916) гидрометеоролога и климатолога Иннокентия Константиновича Тихомирова (1890–1955) как возможного исторического источника по истории организации и проведения научных исследований в Арктике. Благодаря дневнику И. К. Тихомирова реконструирован ход работ по организации в 1916 г. самой северной на тот момент метеорологической станции на о. Диксон
Изменения климата западной части Российской Арктики в 1980–2021 гг. Часть 2. Температура почвы, снег, влажность
Get PDFBased on average monthly data from the re-analysis of NASA MERRA-2 satellite measurements, the paper explores climatic changes in the temperature of the upper 1.5 meters of soil (TS), the thickness and area of the snow cover (SC), the moisture content of the top layer of soil 1 meter thick (SM) and air humidity at a height of 2 meters from the surface (AH) in the western part of the Russian Arctic (60°–75° N, 30°–85° E) for 1980–2021. The time interval considered is divided into two periods: 1980–2000 and 2001–2021. The differences between the average values of the parameters studied for these periods are calculated. The climatic changes that have occurred for the winter and summer seasons, as well as for each month of the year, are considered separately. Calculation of linear and quadratic trends has revealed an accelerating growth in the TS of the region studied in the period 2001–2021. A decrease in the thickness of the SC and a significant reduction in the area of the SC in November and April are shown. An increase in SM was found in the southwest and east of the region studied in the period 2001–2021, and a significant increase in AH in the western part of the Russian Arctic over the time interval studied is shown. Moreover, the growth of AH over the waters of the Barents, Kara and White Seas significantly accelerated in 2001–2021 compared to 1980–2000.По среднемесячным данным реанализа спутниковых измерений NASA MERRA-2 исследованы климатические изменения температуры верхних 1,5 метров почвы (ТП), толщины и площади снежного покрова (СП), влагосодержания верхнего слоя почвы толщиной 1 метр (ВП) и влажности воздуха на высоте 2 метра от поверхности (ВВ) в регионе западной части Российской Арктики (60°–75° с. ш., 30°–85° в. д.) за 1980–2021 гг. Рассматриваемый временной интервал разбит на 2 периода: 1980–2000 гг. и 2001–2021 гг. Вычислены разности между средними значениями исследуемых параметров за эти периоды. Отдельно рассмотрены климатические изменения, произошедшие для зимнего и летнего сезонов, а также для каждого месяца года. С помощью вычисления линейных и квадратичных трендов обнаружен ускоряющийся рост ТП исследуемого региона в 2001–2021 гг. Показано уменьшение толщины СП и существенное сокращение площади СП в ноябре и апреле. Обнаружен рост ВП на юго-западе и востоке исследуемого региона в период 2001–2021 гг., и показано значительное увеличение ВВ западной части Российской Арктики за исследуемый временной интервал. Причем рост ВВ существенно ускорился в 2001–2021 гг. по сравнению с 1980–2000 гг. над акваториями Баренцева, Карского и Белого морей