По итогам четырех экспедиций по Северному Ледовитому океану и анализа спутниковых данных группа российских климатологов при участии сотрудников МФТИ описала механизм сезонной памяти океана. Он объясняет, как циркуляция воздуха в регионе приводит к тому, что в XXI веке льды в евразийской Арктике тают быстрее, чем в американской. Исследование опубликовано в журнале Atmosphere.

В Арктике глобальное потепление проявляется ярче, чем в других местах на планете. Каждый год лед отступает чуть ближе к Северному полюсу. Сокращение ледяного покрова ведет к еще большему потеплению и, следовательно, дальнейшему таянию льдов. Этот замкнутый круг объясняется тем, что лед отражает солнечный свет, а вода, наоборот, поглощает и накапливает тепло. По прогнозам климатологов, к концу XXI века в Арктике может не остаться льдов, которые держатся круглый год.

Потеря льда в разных районах Арктики идет разными темпами. По словам исследователей, это объясняется сезонностью. Наблюдения показывают, что с 2000-х годов в евразийской Арктике ледяной покров сокращается даже зимой, а в американской — только летом.

«Этот дисбаланс вызван особенностями циркуляции воздушных масс в Арктическом регионе, — объясняет соавтор исследования Михаил Варенцов, климатолог из МГУ, Гидрометцентра РФ и Института физики атмосферы РАН. — Во второй половине сентября обычно меньше всего льда. В это время океан активно накапливает тепло от солнца. Но если с полюса или из Гренландии приходит холодный воздух, он забирает часть тепла. И наоборот: поступление теплого воздуха с материка усиливает нагрев океана».

Ученые назвали этот механизм сезонной памятью: зимний ледяной покров зависит от атмосферных условий предыдущим летом. Начиная с 2000-х годов воздушные потоки замедляли летний прогрев океана в американской и ускоряли — в евразийской Арктике. В итоге осенью лед формировался с опозданием в недели и не достигал такой, как прежде, толщины и площади.

Чтобы описать и объяснить климатические изменения в Арктике, исследователи собрали данные о температуре и составе воды на разной глубине, а также о температуре и влажности воздуха, ветре и других характеристиках погоды и климата в двух приполярных районах (см. рисунок 1). Измерения сотен параметров проводились во время судоходных экспедиций в августе-сентябре 2003, 2005, 2013 и 2015 годов. Работа велась в рамках масштабного международного проекта NABOS, который изучает климат Арктики с 2002 года. Помимо прямых наблюдений, коллектив использовал массивы данных, находящихся в свободном доступе, в том числе результаты спутниковых измерений площади ледяного покрова.

«Помимо того, что площадь льдов сокращается, последние 30 лет падает доля многолетнего льда. Это лед, который пережил как минимум одно лето, не растаяв. Он толще и имеет другую структуру по сравнению с однолетним. Из-за частичного оттаивания летом из льда вытекает вода и уносит растворенные соли. В итоге в многолетних льдах появляются заполненные воздухом поры. Толстый пористый лед лучше изолирует океан от тепла и препятствует нагреву», — отметила соавтор статьи Елена Хавина, аспирантка кафедры термогидромеханики океана МФТИ.

Постепенный переход к сезонному освобождению Арктики от льда, с одной стороны, упрощает хозяйственную деятельность человека. Чем тоньше ледяной покров и чем меньшую площадь он имеет, тем проще судоходство. В XX веке даже летом по Северному морскому пути суда ходили только в сопровождении ледоколов. Если ледоколы окажутся частично или полностью не нужны, то перевозить грузы станет значительно проще и дешевле.

В то же время изменение климата нарушает баланс экосистемы. Например, белым медведям и тюленям лед нужен для отдыха и охоты. А планктон при нагреве верхнего слоя океана может начать бесконтрольно размножаться.

В исследовании участвовали ученые из Московского физико-технического института, Арктического и антарктического научно-исследовательского института в Санкт-Петербурге, МГУ, Института физики атмосферы им. А. М. Обухова РАН, Гидрометцентра России, Института географии РАН. Исследование было бы невозможно без международного научного проекта NABOS, который финансируется Национальным научным фондом и Национальным управлением океанических и атмосферных исследований США, а также без поддержки Российского фонда фундаментальных исследований и Министерства науки и высшего образования РФ.