Океанография и морской лед

Океанография и морской лед
Коллектив авторов

Вклад России в Международный полярный год 2007/08
В данном томе трудов Международного полярного года (МПГ 2007/2008) отражены результаты исследований, выполненных в рамках научной программы участия Российской Федерации в проведении МПГ по направлению 1 «Гидрометеорологические и гелиогеофизические условия полярных областей» в разделе «Морская среда полярных океанов и морей, морские льды».

Океанография и морской лёд

(Главный редактор тома – И.Е. Фролов)

(Редакционная коллегия – И.М. Ашик, Л.А. Тимохов, А.В. Юлин)

И.Е. Фролов[1 - Арктический и антарктический научно-исследовательский институт Росгидромета, Санкт-Петербург, Россия]

Введение: о работах по направлению «Океанография и морской лед»

В данном томе трудов Международного полярного года (МПГ 2007/2008) отражены результаты исследований, выполненных в рамках научной программы участия Российской Федерации в проведении МПГ по направлению 1 «Гидрометеорологические и гелиогеофизические условия полярных областей» в разделе «Морская среда полярных океанов и морей, морские льды».

Научная программа и план её реализации были утверждены сопредседателями Организационного комитета по участию России в подготовке и проведении МПГ 2007/2008 руководителем Росгидромета А.И. Бедрицким и специальным представителем Президента Российской Федерации по вопросам МПГ А.Н. Чилингаровым. В состав оргкомитета вошли известные ученые из организаций Российской академии наук, Росгидромета и Министерства природных ресурсов.

Одной из главных целей крупномасштабного международного научного эксперимента МПГ 2007/2008 было проведение научных мероприятий по сбору и анализу фактических данных о состоянии окружающей среды в ключевых районах полярных областей Земли. Эта основная задача программы была успешно выполнена. Благодаря скоординированным между странами-участницами в рамках МПГ комплексным морским исследованиям Северного Ледовитого и Южного океанов, получен большой объем океанографической и ледовой информации. В период МПГ было проведено 72 морских экспедиции, из них 40 экспедиций проведено в Арктике и 32 экспедиции – в Антарктике.

В Северном Ледовитом океане (СЛО) проведено 24 экспедиции на российских научно-исследовательских платформах (суда и дрейфующая станция «Северный полюс» (СП), а в 6 иностранных экспедициях приняли участие российские ученые.

В Южном океане проведено 7 экспедиций на российских судах, а в 2 иностранных экспедициях участвовали российские специалисты.

Важно подчеркнуть, что наблюдения выполнялись по единым международным стандартам, с интеркалибрацией приборов и оборудования, а международные процедуры, принятые участниками МПГ, позволили производить свободный обмен полученными данными.

Успех МПГ 2007/2008 оказался ещё более значимым для арктического региона. Начало Программы совпало с развитием экстремальных гидрометеорологических процессов в Арктике, вследствие этого полученные данные о состоянии океана оказались уникальными, поскольку позволили описать структуру аномального состояния океана и оценить изменчивость океанографических условий в период действия экстремальных процессов.

Количество российских данных по Южному океану существенно меньше доступных данных по Северному Ледовитому океану, что отразилось в количестве статей и определило некоторую диспропорцию в пользу северной полярной области.

Несмотря на значительный объем данной книги, в ней приведён в большой степени предварительный анализ полученных данных, окончательный сбор которых, также как и их всесторонний анализ, ещё предстоит сделать.

Книга содержит три основных раздела.

Первый раздел посвящен современным и перспективным средствам и технологиям исследования океана и ледяного покрова. Спутниковое дистанционное зондирование является основой мониторинга окружающей среды в полярных областях. В статье В.Г. Смирнова, И.Е. Фролова и др. обсуждается возможность дистанционного зондирования как источника оперативной объективной информации о состоянии морского ледяного покрова. В статье Е.В. Блошкиной, А.К. Платонова и др. рассмотрены возможности использования спутниковой информации для мониторинга и изучения гидрологического режима полярных областей.

В целом следует отметить, что развитие методов дистанционного зондирования морского льда и свободной ото льда поверхности в нашей стране сдерживается из-за отсутствия собственных природоресурсных космических аппаратов, оснащенных современными радарами, радиометрами высокого разрешения и пр. Остаётся надеяться на скорейшую реализацию мероприятий по вводу в эксплуатацию Многоцелевой Космической Системы (МКС) «Арктика».

В статье С.Б. Кузьмина и А.Ю. Ипатова рассмотрено применение приборов и технологий океанологических измерений, используемых в высокоширотных морских экспедициях с борта научно-исследовательских судов или непосредственно со льда в последнее десятилетие.

Несмотря на достаточное обеспечение современными приборами для океано-графических исследований (зонды, профилографы, обрывные зонды) морских экспедиций, следует отметить, что все они произведены за рубежом и, по-видимому, в ближайшее время не стоит ожидать производства их аналогов в России.

В статье С.А. Кириллова и К.В. Фильчука рассмотрены основные методы получения гидрологической информации с заякоренных и дрейфующих буйковых комплексов.

Одним из перспективных направлений развития наблюдательной сети в Северном Ледовитом океане является создание автономных дрейфующих измерительных комплексов (ITP), позволяющих производить зондирование океана до глубины 800 м и передавать полученную информацию в реальном времени в оперативные центры сбора.

Исторически, начиная с момента организации первой дрейфующей станции «Северный полюс» (СП-1), работы на дрейфующих льдах в Арктическом бассейне играли существенную роль в организации мониторинга СЛО и являлись научными обсерваториями для проведения экспериментальных исследований процессов в океане, морском льду и атмосфере.

С целью повышения эффективности и уменьшения рисков функционирования научно-исследовательских станций «Северный полюс» (СП), базирующихся непосредственно на дрейфующем льду, настало время использования плавучих сооружений в качестве долговременной дрейфующей обсерватории. Особенно остро встал вопрос об организации дрейфующей обсерватории на плавучем сооружении в связи с климатическими изменениями, происходящими в Арктике, сокращением срока действия СП до 9–10 месяцев, увеличением объема работ по обеспечению безопасности дрейфующей станции из-за многочисленных разломов льдины и необходимости передислокации лагеря. Все это привело к увеличению финансовых затрат. Предложение, разработанное в ААНИИ, по использованию в качестве платформы для дрейфующей обсерватории СП плавучее сооружение было одобрено руководством Росгидромета, МПР и положительно рассмотрено на Морской коллегии.

Описанию перспектив использования плавучих инженерных сооружений посвящена статья В.А. Лихоманова и др.

Вопросам развития экспериментальных методов исследований морского льда посвящены две статьи Г.К. Зубакина, Ю.П. Гудошникова и В.Т. Соколова и др. Рассмотренные в этих работах новые экспериментальные методы прошли апробацию в ходе инженерных изысканий для освоения морских углеводородных месторождений на арктическом шельфе и в научно-исследовательских экспедициях на российских судах и дрейфующей станции СП по Программе МПГ 2007/2008.

Второй раздел книги посвящен океанологическим процессам и особенностям распределения основных гидрологических характеристик в период МПГ 2007/2008 в Северном Ледовитом и Южном океанах, а также проведен сравнительный анализ с историческими данными.

Уникальность полученной океанологической информации состоит не только в её объёме, но и в том, что начало МПГ совпало с необычным развитием гидрометеорологических процессов в Арктике (статьи Л.А. Тимохова и др.). Сложившееся к осени 2007 года состояние СЛО не имело аналогов за всю историю инструментальных наблюдений.

Потепление вод атлантического происхождения в Евразийской Арктике оказалось самым значительным за весь исторический ряд наблюдений, а соленость вод Арктического бассейна и прилегающих арктических морей существенно уменьшилась.

В поверхностном слое СЛО была отмечена большая контрастность температуры и солености между Евразийским и Американским суббассейнами.

В Южном океане (статьи А.В. Клепикова и др.) структура вод не претерпела значительных изменений относительно своего среднего состояния, в частности установлено, что за период 2004–2010 гг. субтропический фронт сместился на юг почти на 2° широты, а антарктический полярный фронт сместился на 1° широты.

Во втором разделе также рассмотрены и отдельные механизмы структурообразующих процессов формирования вод СЛО, таких как интрузия в районах океанических фронтов (С.А. Кириллов) и каскадинг на континентальном шельфе (В.В. Иванов).

Целый ряд статей посвящен гидрологическому состоянию арктических морей. В статье Р.Е. Власенкова, А.П. Макштаса обсуждаются новые данные о распределении взвесей и гидрооптических характеристик. Впервые, в рамках морских экспедиций МПГ были получены и проанализированы параметры, характеризующие концентрацию желтого вещества, важные как при оценке воздействия солнечной радиации на морскую биоту, так и при интерпретации спутниковых изображений.

Ряд статей посвящен исследованию Баренцева моря. Показана изменчивость термохалинного состояния моря за последние полвека (В.В. Денисов и др.), исследованы особенности водообмена с Арктическим бассейном и взаимодействие атлантических вод с арктическими (А.Г. Трофимов и др.), а также рассмотрено влияние придонных вод Баренцева моря на гидрохимический режим Арктического бассейна (А.П. Недашковский и др.).

Изменчивость гидрохимического режима моря Лаптевых рассмотрена в статье А.Е. Новихина и др.

В статьях И.М. Ашика и В.И. Дымова и др. рассмотрены особенности колебания уровня и ветрового волнения в арктических морях в период МПГ.

И, наконец, в третьем разделе книги рассмотрены особенности развития ледовых условий Северного Ледовитого и Южного океанов в период МПГ и их сравнение с историческими данными.

В статьях показано, что ледовитость СЛО летом 2007 года достигла своего минимума (В.М. Смоляницкий, А.В. Юлин), а дрейф льда стал более интенсивным (Ю.А. Горбунов и др.). Существенно уменьшились количество и толщина многолетних льдов в СЛО, что отмечено в статьях Л.П. Бобылева, О.М. Йоханнесена и др., С.В. Фролова и др.

На основе анализа полученных в период МПГ данных приведены отдельные параметры морского льда и характеристики ледового режима: распространение айсбергов (Ю.П. Гудошников, Г.К. Зубакин и др.), интенсивность процессов нарастания льда и накопления снежного покрова в Центральной Арктике (В.Т. Соколов, А.А. Висневский и др.), морфометрические характеристики и внутреннее строение торосистых образований (В.В. Харитонов), химический состав арктического морского льда (А.П. Недашковский), а также физико-механические процессы в морских дрейфующих льдах (В.Н. Смирнов).

Завершается книга (раздел 3) статьей И.Е. Фролова, А.И. Короткова, В.М. Смоляницкого, в которой авторами проанализирована за весь период наблюдений изменчивость распространения морского льда в Южном океане и приведено сравнение с изменениями площадей льда в СЛО. Сделан вывод, что в последние десятилетия среднегодовые площади морского льда в Южной и Северной полярных областях имеют противоположные тренды, а площадь антарктического морского льда в период МПГ достигла своего исторического максимума.

К основным достижениям МПГ 2007/2008 в области океанографии и морских льдов можно отнести следующее:

1. Получен опыт проведения и координации широкомасштабных исследований океана и морских льдов с применением современных контактных и бесконтактных средств измерений, что позволит уже в ближайшие годы создать международные системы оперативного и климатического мониторинга полярных районов.

2. Получена достаточно полная картина состояния вод и морских льдов полярных областей, которая при сравнении с историческими данными приведет нас к более полному пониманию причин и следствий происходящих в гидросфере изменений.

3. Приведенные экспериментальные гидрологические и ледовые исследования направлены на совершенствование процедур дешифрования данных ИСЗ и развитие численных моделей океана и морских льдов.

Полученные в период МПГ 2007/2008 результаты океанографических исследований вполне однозначно свидетельствуют о необходимости продолжения мониторинга природной среды и морских экспедиций в полярных районах Земли и следует приветствовать идею проведения Международного Полярного десятилетия как логического продолжения Международного Полярного года, высказанную на 60-й сессии Исполнительного Совета Всемирной Метеорологической Организации.

1. Современные средства исследования океана и ледяного покрова

1.1 Современные средства зондирования и исследования океана

С.Б. Кузьмин[2 - Арктический и антарктический научно-исследовательский институт, г. Санкт-Петербург, Россия], А.Ю. Ипатов[3 - Арктический и антарктический научно-исследовательский институт, г. Санкт-Петербург, Россия]