Морской гидрофизический журнал. 2024; 40: 51-64
Изменчивость десятилетних горизонтальных термохалинных градиентов на поверхности Баренцева моря в летние сезоны 1993–2022 годов
https://doi.org/10.22449/0233-7584-2024-1-51-64Аннотация
Цель. Проведен сравнительный анализ десятилетних горизонтальных градиентов термохалинных полей в Баренцевом море в летние периоды 1993–2022 гг., полученных по результатам реанализа и спутниковых измерений, с целью выбора наиболее предпочтительного массива данных для исследований поверхностных проявлений фронтальных зон.
Методы и результаты. За летние периоды 1993–2022 гг. на основе среднемесячных данных о температуре GHRSST OSTIA, MODIS/Aqua и VIIRS/Suomi NPP и среднемесячных данных о температуре и солености CMEMS GLORYS12V1, MERCATOR PSY4QV3R1 были рассчитаны поля десятилетних и фоновых термохалинных градиентов на поверхности Баренцева моря. Представлены количественные оценки градиентов температуры и солености за отдельные десятилетия для разных массивов данных, выполнен сравнительный анализ этих оценок и описаны физико-географические характеристики фронтальных зон. Максимальные термохалинные градиенты на поверхности регистрируются в июле. По данным из всех источников значение фонового горизонтального термического градиента за три десятилетия увеличивается. В летний период на поверхности Баренцева моря во всех массивах данных прослеживается положение Полярной фронтальной зоны. По данным CMEMS GLORYS12V1 и MERCATOR PSY4QV3R1 в поле солености наблюдаются Прибрежная и Арктическая фронтальные зоны.
Выводы. Разница между рассчитанными оценками горизонтального градиента температуры может составлять более 0,01 °С/км, что сопоставимо с величиной среднего климатического градиента в Баренцевом море. Наиболее близки к этой оценке значения термического градиента, полученные по данным CMEMS GLORYS12V1 и MERCATOR PSY4QV3R1, что позволяет отнести указанные океанологические базы к массиву данных, наиболее предпочтительному для анализа поверхностных проявлений фронтальных зон в Баренцевом море.
Список литературы
1. Ice-Edge Eddies in the Fram Strait Marginal Ice Zone / O. M. Johannessen [et al.] // Science. 1987. Vol. 236, iss. 4800. P. 427–429. doi: 10.1126/science.236.4800.427
2. Air–sea interaction over ocean fronts and eddies / R. J. Small [et al.] // Dynamics of Atmospheres and Oceans. 2008. Vol. 45, iss. 3–4. P. 274–319. doi: 10.1016/j.dynatmoce.2008.01.001
3. Boeckel B., Baumann K.-H. Vertical and lateral variations in coccolithophore community structure across the subtropical frontal zone in the South Atlantic Ocean // Marine Micropaleontology. 2008. Vol. 67, iss. 3–4. P. 255–273. doi: 10.1016/j.marmicro.2008.01.014
4. Physical structure of the Barents Sea Polar Front near Storbanken in August 2007 / S. Våge [et al.] // Journal of Marine Systems. 2014. Vol. 130. P. 256–262. doi: 10.1016/j.jmarsys.2011.11.019
5. Oziel L., Sirven J., Gascard J.-C. The Barents Sea frontal zones and water masses variability (1980–2011) // Ocean Science. 2016. Vol. 12, iss. 1. P. 169–184. doi: 10.5194/os-12-169-2016
6. Субмезомасштабные вихревые структуры и фронтальная динамика в Баренцевом море / О. А. Атаджанова [и др.] // Морской гидрофизический журнал. 2018. № 3. С. 237–246. doi: 10.22449/0233-7584-2018-3-237-246
7. Артамонов Ю. В., Скрипалева Е. А., Федирко А. В. Сезонная изменчивость температурных фронтов на поверхности Баренцева моря // Метеорология и гидрология. 2019. № 1. С. 78–90. EDN MJZHAL.
8. Ivshin V. A., Trofimov A. G., Titov O. V. Barents Sea thermal frontal zones in 1960–2017: variability, weakening, shifting // ICES Journal of Marine Science. 2019. Vol. 76, suppl. 1. P. 13–19. doi: 10.1093/icesjms/fsz159
9. Идентификация положения фронтальных зон на поверхности Баренцева моря по данным контактного и дистанционного мониторинга / Д. В. Моисеев [и др.] // Арктика: экология и экономика. 2019. № 2. С. 48–63. doi: 10.25283/2223-4594-2019-2-48-63
10. Коник А. А., Зимин А. В., Козлов И. Е. Пространственно-временная изменчивость характеристик полярной фронтальной зоны в Баренцевом море в первые два десятилетия XXI века // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2021. Т. 14, № 4. С. 39–51. doi: 10.7868/S2073667321040043
11. Коник А. А., Зимин А. В. Пространственно-временная изменчивость характеристик Арктической фронтальной зоны в Баренцевом и Карском морях в летний период в первые два десятилетия XXI века // Морской гидрофизический журнал. 2022. Т. 38, № 6. С. 679–693. EDN BSJBNO. URL: https://mhiras.elpub.ru/jour/article/view/801
12. A new climate era in the sub-Arctic: Accelerating climate changes and multiple impacts / T. V. Callaghan [et al.] // Geophysical Research Letters. 2010. Vol. 37, iss. 14. L14705. doi: 10.1029/2009gl042064
13. Future Arctic climate changes: Adaptation and mitigation time scales / J. E. Overland [et al.] // Earth’s Future. 2014. Vol. 2, iss. 2. P. 68–74. doi: 10.1002/2013ef000162
14. Yamanouchi T., Takata K. Rapid change of the Arctic Climate system and its global influences – Overview of GRENE Arctic Climate change research project (2011–2016) // Polar Science. 2020. Vol. 25. 100548. doi: 10.1016/j.polar.2020.100548
15. Liu Y., Minnett P. J. Sampling errors in satellite-derived infrared sea-surface temperatures. Part I: Global and regional MODIS fields // Remote Sensing of Environment. 2016. Vol. 177. P. 48–64. doi: 10.1016/j.rse.2016.02.026
16. OSTIA: An operational, high resolution, real time, global sea surface temperature analysis system / J. D. Stark [et al.] // OCEANS 2007 – Europe. Aberdeen, UK : IEEE, 2007. P. 1–4. doi: 10.1109/oceanse.2007.4302251
17. Poli P., Healy S. B., Dee D. P. Assimilation of Global Positioning System radio occultation data in the ECMWF ERA-Interim reanalysis // Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society. 2010. Vol. 136, iss. 653. P. 1972–1990. doi: 10.1002/qj.722
18. Explicit representation and parametrised impacts of under ice shelf seas in the z∗ coordinate ocean model NEMO 3.6 / P. Mathiot [et al.] // Geoscientific Model Development. 2017. Vol. 10, iss. 7. P. 2849–2874. doi: 10.5194/gmd-10-2849-2017
19. Чвилев С. В. Фронтальные зоны Баренцева моря // Метеорология и гидрология. 1991. № 11. С. 103–110.
20. Трофимов А. Г., Карсаков А. Л., Ившин В. А. Изменения климата в Баренцевом море на протяжении последнего полувека // Труды ВНИРО. 2018. Т. 173. С. 79–91. EDN YXTARF.
21. Пнюшков А. В. Исследование изменчивости структуры циркуляции вод Баренцева моря // Проблемы Арктики и Антарктики. 2008. № 1(78). С. 27–37. URL: http://old.aari.ru/misc/publicat/paa/PAA-78/PAA78-03%20(27-37).pdf (дата обращения: 02. 08. 2023).
22. Жичкин А. П. Климатические колебания ледовых условий в разных районах Баренцева моря // Метеорология и гидрология. 2012. № 9. С. 69–78. EDN PDTVID.
23. Изменение гидрологических условий в Баренцевом море как индикатор климатических трендов в евразийской Арктике в XXI веке / В. В. Иванов [и др.] // Вестник Московского университета. Серия 5. География. 2022. № 1. С. 13–25. EDN TKYDXO.
Morskoy Gidrofizicheskiy Zhurnal. 2024; 40: 51-64
Variability of Decadal Horizontal Thermohaline Gradients on the Surface of the Barents Sea during Summer Season in 1993–2022
https://doi.org/10.22449/0233-7584-2024-1-51-64Abstract
Purpose. The paper is purposed at comparative analysis of the decadal horizontal gradients of thermohaline fields in the Barents Sea during the summer periods in 1993–2022 derived from the reanalysis and the satellite measurements with the aim to select the most suitable data array for studying the surface manifestations of frontal zones.
Methods and Results. The fields of decadal and background thermohaline gradients on the Barents Sea surface were calculated for the summer periods in 1993–2022 based on the monthly mean temperature data from GHRSST OSTIA, MODIS/Aqua, and VIIRS/Suomi NPP, as well as on the monthly mean temperature and salinity data from CMEMS GLORYS12V1 and MERCATOR PSY4QV3R1. The quantitative estimates of temperature and salinity gradients were obtained for certain decades using different datasets, and a comparative analysis of these estimates was performed along with a description of the physical and geographical characteristics of frontal zones. Maximum thermohaline gradients on the surface were observed in July. Based on the data from all the sources, the background horizontal thermal gradient has been increasing over three decades. During a summer period, the Polar Frontal Zone was identified on the surface of the Barents Sea in all the data arrays, whereas the Coastal and Arctic Frontal Zones were observed in the salinity field based on the CMEMS GLORYS12V1 and MERCATOR PSY4QV3R1 data.
Conclusions. The difference between the calculated estimates of horizontal temperature gradient can exceed 0.01 °C/km that is comparable to the magnitude of the average climate gradient in the Barents Sea. The thermal gradient values obtained from the CMEMS GLORYS12V1 and MERCATOR PSY4QV3R1 reanalysis data are the closest to this estimate that permits to classify these data arrays as the most preferable ones for analyzing the surface manifestations of frontal zones in the Barents Sea.
References
1. Ice-Edge Eddies in the Fram Strait Marginal Ice Zone / O. M. Johannessen [et al.] // Science. 1987. Vol. 236, iss. 4800. P. 427–429. doi: 10.1126/science.236.4800.427
2. Air–sea interaction over ocean fronts and eddies / R. J. Small [et al.] // Dynamics of Atmospheres and Oceans. 2008. Vol. 45, iss. 3–4. P. 274–319. doi: 10.1016/j.dynatmoce.2008.01.001
3. Boeckel B., Baumann K.-H. Vertical and lateral variations in coccolithophore community structure across the subtropical frontal zone in the South Atlantic Ocean // Marine Micropaleontology. 2008. Vol. 67, iss. 3–4. P. 255–273. doi: 10.1016/j.marmicro.2008.01.014
4. Physical structure of the Barents Sea Polar Front near Storbanken in August 2007 / S. Våge [et al.] // Journal of Marine Systems. 2014. Vol. 130. P. 256–262. doi: 10.1016/j.jmarsys.2011.11.019
5. Oziel L., Sirven J., Gascard J.-C. The Barents Sea frontal zones and water masses variability (1980–2011) // Ocean Science. 2016. Vol. 12, iss. 1. P. 169–184. doi: 10.5194/os-12-169-2016
6. Submezomasshtabnye vikhrevye struktury i frontal'naya dinamika v Barentsevom more / O. A. Atadzhanova [i dr.] // Morskoi gidrofizicheskii zhurnal. 2018. № 3. S. 237–246. doi: 10.22449/0233-7584-2018-3-237-246
7. Artamonov Yu. V., Skripaleva E. A., Fedirko A. V. Sezonnaya izmenchivost' temperaturnykh frontov na poverkhnosti Barentseva morya // Meteorologiya i gidrologiya. 2019. № 1. S. 78–90. EDN MJZHAL.
8. Ivshin V. A., Trofimov A. G., Titov O. V. Barents Sea thermal frontal zones in 1960–2017: variability, weakening, shifting // ICES Journal of Marine Science. 2019. Vol. 76, suppl. 1. P. 13–19. doi: 10.1093/icesjms/fsz159
9. Identifikatsiya polozheniya frontal'nykh zon na poverkhnosti Barentseva morya po dannym kontaktnogo i distantsionnogo monitoringa / D. V. Moiseev [i dr.] // Arktika: ekologiya i ekonomika. 2019. № 2. S. 48–63. doi: 10.25283/2223-4594-2019-2-48-63
10. Konik A. A., Zimin A. V., Kozlov I. E. Prostranstvenno-vremennaya izmenchivost' kharakteristik polyarnoi frontal'noi zony v Barentsevom more v pervye dva desyatiletiya XXI veka // Fundamental'naya i prikladnaya gidrofizika. 2021. T. 14, № 4. S. 39–51. doi: 10.7868/S2073667321040043
11. Konik A. A., Zimin A. V. Prostranstvenno-vremennaya izmenchivost' kharakteristik Arkticheskoi frontal'noi zony v Barentsevom i Karskom moryakh v letnii period v pervye dva desyatiletiya XXI veka // Morskoi gidrofizicheskii zhurnal. 2022. T. 38, № 6. S. 679–693. EDN BSJBNO. URL: https://mhiras.elpub.ru/jour/article/view/801
12. A new climate era in the sub-Arctic: Accelerating climate changes and multiple impacts / T. V. Callaghan [et al.] // Geophysical Research Letters. 2010. Vol. 37, iss. 14. L14705. doi: 10.1029/2009gl042064
13. Future Arctic climate changes: Adaptation and mitigation time scales / J. E. Overland [et al.] // Earth’s Future. 2014. Vol. 2, iss. 2. P. 68–74. doi: 10.1002/2013ef000162
14. Yamanouchi T., Takata K. Rapid change of the Arctic Climate system and its global influences – Overview of GRENE Arctic Climate change research project (2011–2016) // Polar Science. 2020. Vol. 25. 100548. doi: 10.1016/j.polar.2020.100548
15. Liu Y., Minnett P. J. Sampling errors in satellite-derived infrared sea-surface temperatures. Part I: Global and regional MODIS fields // Remote Sensing of Environment. 2016. Vol. 177. P. 48–64. doi: 10.1016/j.rse.2016.02.026
16. OSTIA: An operational, high resolution, real time, global sea surface temperature analysis system / J. D. Stark [et al.] // OCEANS 2007 – Europe. Aberdeen, UK : IEEE, 2007. P. 1–4. doi: 10.1109/oceanse.2007.4302251
17. Poli P., Healy S. B., Dee D. P. Assimilation of Global Positioning System radio occultation data in the ECMWF ERA-Interim reanalysis // Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society. 2010. Vol. 136, iss. 653. P. 1972–1990. doi: 10.1002/qj.722
18. Explicit representation and parametrised impacts of under ice shelf seas in the z∗ coordinate ocean model NEMO 3.6 / P. Mathiot [et al.] // Geoscientific Model Development. 2017. Vol. 10, iss. 7. P. 2849–2874. doi: 10.5194/gmd-10-2849-2017
19. Chvilev S. V. Frontal'nye zony Barentseva morya // Meteorologiya i gidrologiya. 1991. № 11. S. 103–110.
20. Trofimov A. G., Karsakov A. L., Ivshin V. A. Izmeneniya klimata v Barentsevom more na protyazhenii poslednego poluveka // Trudy VNIRO. 2018. T. 173. S. 79–91. EDN YXTARF.
21. Pnyushkov A. V. Issledovanie izmenchivosti struktury tsirkulyatsii vod Barentseva morya // Problemy Arktiki i Antarktiki. 2008. № 1(78). S. 27–37. URL: http://old.aari.ru/misc/publicat/paa/PAA-78/PAA78-03%20(27-37).pdf (data obrashcheniya: 02. 08. 2023).
22. Zhichkin A. P. Klimaticheskie kolebaniya ledovykh uslovii v raznykh raionakh Barentseva morya // Meteorologiya i gidrologiya. 2012. № 9. S. 69–78. EDN PDTVID.
23. Izmenenie gidrologicheskikh uslovii v Barentsevom more kak indikator klimaticheskikh trendov v evraziiskoi Arktike v XXI veke / V. V. Ivanov [i dr.] // Vestnik Moskovskogo universiteta. Seriya 5. Geografiya. 2022. № 1. S. 13–25. EDN TKYDXO.
