СПЛОЧЕННОСТЬ ЛЬДА В КАРСКОМ МОРЕ И ФАКТОРЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ ЕЁ МЕЖГОДОВУЮ ИЗМЕНЧИВОСТЬ
Авторы:
1.
Российский государственный гидрометеорологический университет (г. Санкт-Петербург)
Россия
Россия
2.
Российский государственный гидрометеорологический университет (г. Санкт-Петербург); Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН (г. Москва)
Россия
Россия
Тип:
Статья конференции
Опубликовано:
06.01.2019
Классификаторы:
УДК 551.467 (268.52)
ББК 26 Науки о Земле
BISAC NAT010000 Ecology
BISAC NAT045050 Ecosystems & Habitats / Coastal Regions & Shorelines
BISAC NAT025000 Ecosystems & Habitats / Oceans & Seas
BISAC NAT045030 Ecosystems & Habitats / Polar Regions
BISAC SCI081000 Earth Sciences / Hydrology
BISAC SCI092000 Global Warming & Climate Change
BISAC SCI020000 Life Sciences / Ecology
BISAC SCI039000 Life Sciences / Marine Biology
BISAC SOC053000 Regional Studies
BISAC TEC060000 Marine & Naval
ББК 26 Науки о Земле
BISAC NAT010000 Ecology
BISAC NAT045050 Ecosystems & Habitats / Coastal Regions & Shorelines
BISAC NAT025000 Ecosystems & Habitats / Oceans & Seas
BISAC NAT045030 Ecosystems & Habitats / Polar Regions
BISAC SCI081000 Earth Sciences / Hydrology
BISAC SCI092000 Global Warming & Climate Change
BISAC SCI020000 Life Sciences / Ecology
BISAC SCI039000 Life Sciences / Marine Biology
BISAC SOC053000 Regional Studies
BISAC TEC060000 Marine & Naval
Язык материала:
русский
Ключевые слова:
Карское море, ледовитость, сплоченность льда, деревья решений, статистические модели
Аннотация (русский):
Работа посвящена исследованию закономерностей пространственно-временной межгодовой изменчивости сплоченности льда в Карском море, а также поиску факторов, определяющих этот процесс. В качестве факторов выбраны температура воздуха, меридиональная и зональная компоненты скорости ветра и поверхностного течения, а также поверхностная соленость воды. На основе кластерного анализа сплоченности льда за период 1982- 2015 гг. акватория Карского моря по характеру межгодовой изменчивости сплоченности льда разделяется на 4: юго-западный, центральный, северо-западный и северо-восточный. Метод деревьев решений позволяет выявить в этих районах разное влияние гидрометеорологических факторов, физически хорошо обуславливающих изменения сплоченности льда.
Работа посвящена исследованию закономерностей пространственно-временной межгодовой изменчивости сплоченности льда в Карском море, а также поиску факторов, определяющих этот процесс. В качестве факторов выбраны температура воздуха, меридиональная и зональная компоненты скорости ветра и поверхностного течения, а также поверхностная соленость воды. На основе кластерного анализа сплоченности льда за период 1982- 2015 гг. акватория Карского моря по характеру межгодовой изменчивости сплоченности льда разделяется на 4: юго-западный, центральный, северо-западный и северо-восточный. Метод деревьев решений позволяет выявить в этих районах разное влияние гидрометеорологических факторов, физически хорошо обуславливающих изменения сплоченности льда.
Ключевые слова:
Карское море, ледовитость, сплоченность льда, деревья решений, статистические модели
Карское море, ледовитость, сплоченность льда, деревья решений, статистические модели
Карское море (КМ) является одним из шельфовых морей Российской Арктики. Одной из его самых важных гидрометеорологических характеристик, как любого замерзающего моря, является сплоченность льда, которая показывает отношение занятой льдом площади к общей площади выбранного квадрата. Изменения в ледовитости моря могут происходить по разным причинам, поэтому интересно выявить эти закономерности для акватории Карского моря, что и послужило целью данной работы. В качестве исходных данных о сплоченности льда использовались данные NOAA NCDC из архива OISST v.2 AVHRR (http://iridl.ldeo .columbia.edu/SOURCES/.NOAA/.NCDC/.OISST/.version2/.AVHRR/. ice/). Данные представляют собой среднемесячные значения сплоченности льда в сетке 0.25˚х0.25˚. Для определения атмосферных предикторов использовались данные атмосферного реанализа ECMWF ERA interim (https://www.ecmwf.int/en/forecasts/datasets/reanalysisdatasets/era-interim): среднемесячные значения меридиональной и зональной компонент скорости ветра на высоте 10 метров, а также температуры воздуха на высоте двух метров в сетке 0.75˚х0. 75˚. Данные о поверхностной солености и меридиональной и зональной составляющих скорости течения брались из океанского реанализа ECMWF ORAS4 (https://www.ecmwf.int/en/research/ climate-reanalysis/ ocean-reanalysis). Они имеют пространственное разрешение 1˚х1˚. Все предикторы выбирались с 1982 по 2015 гг. и были усреднены за гидрологический год (с октября по сентябрь), чтобы учитывать характеристики льда только одной зимы. В качестве методов исследования использовался кластерный анализ, а также метод деревьев решений (decision trees). Так как Карское море имеет достаточно большую зональную и меридиональную протяженность, то становится очевидным, что факторы, влияющие на межгодовую изменчивость сплоченности льда, могут быть различны, также сама изменчивость может быть различна в зависимости от района моря. Для выявления регионов моря с различной межгодовой изменчивостью сплоченности льда использовался иерархический кластерный анализ, метод Уорда с метрикой 1-r, где r - коэффициент корреляции Пирсона. Выбор данной метрики позволяет получить классы, средние характеристики которых не коррелируют между собой. В результате было выделено 4 района моря с различной межгодовой изменчивостью сплоченности льда (рис. 1). Первый район можно назвать центральным районом Карского моря, он располагается в зоне эстуариев Оби и Енисея и области распространения их стока. Второй район можно назвать северо-восточным, он занимает всю северо-восточную часть моря до архипелага Северная Земля. Третий район может быть назван северо-западным. Можно предположить, что на межгодовую изменчивость сплоченности льда в северо-западном районе Карского моря влияет водообмен с Баренцевым морем. Наконец, последний, четвертый район моря, который можно назвать юго-западным, располагается около пролива Карские ворота, через который также осуществляется водообмен с Баренцевым морем. Следует отметить, что корреляция между среднегодовыми значениями сплоченности льда во всех районах не превышает 0.75, следовательно, их можно считать достаточно отличающимися друг от друга. Для определения факторов, вносящих наибольший вклад в межгодовую изменчивость сплоченности льда в выявленных районах Карского моря, использовался статистический метод деревьев решений (CART), который хорошо себя зарекомендовал в прогнозировании гидрометеорологических характеристик. Большой плюс данного метода заключается в том, что он является непараметрическим. Применение метода позволяет получить иерархическую структуру предикторов, определяющих отклонение функции отклика от её среднего значения. Деревья решений для 4 районов Карского моря показаны на рисунке 2. Из рисунка 2 видно, что, за исключением северо-восточного района, основными факторами, определяющими первое ветвление, т.е. разделение сплоченности льда в Карском море на положительные и отрицательные аномалии, являются температура воздуха и соленость воды. Во всех районах более холодное состояние атмосферы естественно проводит к увеличению количества льда. Однако этот фактор является определяющим только в центральном и северо-западном районах (рис.2а, г). В юго-западном районе (рис. 2б) определяющим предиктором является соленость воды, увеличение которой сопровождается уменьшением количества льда, и чем более соленая вода, тем сильнее (второе ветвление). В центральном районе (рис. 2а), наоборот, при положительных аномалиях ледовитости распреснение приводит к усугублению ситуации. Очевидно, это связано с особенностями влияния солености на образование льда. В юго-западном районе повышенная соленость связана с адвекцией Северо-Атлантической воды через пролив Карские ворота и уменьшением ледовитости в прилегающей акватории, а в центральном - соленость отражает распреснение на поверхности, формируемое стоком северных рек и вызывающее усиление ледообразования. В свою очередь, межгодовая динамика сплоченности льда в северо-восточном районе КМ (рис. 2в) полностью определяется динамическими факторами, а именно, меридиональной составляющей скорости течения и зональной составляющей скорости ветра. Видно, что наиболее низкая сплоченность льда наблюдается при усилении течения, направленного на север, видимо, этот дрейф «сгоняет» лед, образуя пространства чистой воды. Наоборот, фактором, увеличивающим ледовитость в районе, является западный ветер, который приносит лед в северо-восточный район КМ. Таким образом, применение метода деревьев решений позволило адекватно выявить физическую картину формирования ледовитости в Карском море.
