Пространственное распределение сплоченности ледяного покрова и методы долгосрочных ледовых прогнозов в арктических морях россии
На правах рукописи
Егоров Александр Геннадьевич
ПРОСТРАНСТВЕННОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ СПЛОЧЕННОСТИ ЛЕДЯНОГО ПОКРОВА И МЕТОДЫ ДОЛГОСРОЧНЫХ ЛЕДОВЫХ ПРОГНОЗОВ В АРКТИЧЕСКИХ МОРЯХ РОССИИ
Специальность 25.00.28 - океанология
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
доктора географических наук
Санкт-Петербург – 2010 г.
Работа выполнена в Арктическом и антарктическом научно-исследовательском институте.
Официальные оппоненты:
| доктор географических наук | Нестеров Евгений Самойлович |
| доктор географических наук, старший научный сотрудник | Панов Владимир Васильевич |
| доктор географических наук, профессор | Смирнов Николай Павлович |
Ведущая организация:
Государственная морская академия им. адм. С.О. Макарова.
Защита состоится 27 мая 2010 года в 13 часов на заседании диссертационного совета Д.327.002.01 при Арктическом и антарктическом научно-исследовательском институте по адресу: 199397, Санкт-Петербург, ул. Беринга, д. 38.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Арктического и антарктического научно-исследовательского института.
Автореферат разослан “___”_______________2010 г.
| Ученый секретарь диссертационного совета | В.Ф. Радионов |
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность проблемы
Ледяной покров является основной физико-географической особенностью и наиболее важным природным отличием арктических морей России. Пространственное распределение льдов решающим образом влияет на затратность, эффективность и безопасность экономической деятельности и морских операций в высоких широтах. Толщина и распространение морских льдов выступают как важные индикаторы климатических трансформаций в Арктике. Поэтому закономерности формирования и изменчивости ледовых характеристик в арктических морях, а также алгоритмизация выявленных природных особенностей в виде методов и технологий прогнозов традиционно являются одной из приоритетных целей отечественных полярных исследований. Таким образом, научная актуальность диссертации определяется устойчивыми и разнообразными российскими социально-экономическими и геополитическими интересами в Арктике, освоением арктических морей и эксплуатацией природных ресурсов, а также необходимостью мониторинга, анализа и прогнозирования состояния ледяного покрова.
Систематическое научное исследование арктических акваторий России началось в конце 19-го века; за четверть столетия до Российской революции были заложены основы отечественных арктических исследований (Колчак, 1909 и Лесгафт, 1913). В этот период ледовые прогнозы составлялись эпизодически для проведения конкретных морских экспедиций, а их методическая база находилась в стадии становления. Кардинальное углубление уровня знаний о природе Арктики произошло в результате начала планомерных работ по практическому освоению северных регионов в течение 1930-х гг. Классическими трудами В.Ю. Визе (1944), Н.Н. Зубова (1944), П.А. Гордиенко (1945) был обозначен приоритет отечественной науки как пионера арктических исследований, в частности, в области обеспечения судоходства по трассам Северного морского пути; были заложены основы долгосрочного физико-статистического ледового прогнозирования.
После II Мировой войны началось изучение ледяных массивов как главного препятствия безопасного плавания с целью предвидения состояния ледяного покрова в арктических морях. Итоги многолетних усилий большого количества исследователей были подведены в коллективной монографии (1972 г.), в которой рассмотрены общие физические и методологические принципы долгосрочных ледовых прогнозов; в последние десятилетия наиболее значимыми попытками по совершенствованию и развитию физико-статистического прогнозирования были работы Е.Г.Ковалева (1979) и В.А.Спичкина (1987). С началом эксплуатации мощных атомоходов и обобщения опыта разработки краткосрочных прогнозов (1983 г.) все большее внимание уделялось термодинамическому моделированию и прогнозированию состояния ледяного покрова (Аппель и Гудкович, 1992). Ледовые прогнозы различной заблаговременности, специализации и детализации превратились в одну из узловых частей гидрометеорологического обеспечения перевозок по трассам Северного морского пути.
Геополитические трансформации конца 20-го века привели к тому, что существовавшая стратегия освоения Крайнего Севера, в том числе система морского транспорта, рухнула: резко упали объемы перевозок, началась стагнация наблюдательной сети, присутствие России в Арктике и в арктических морях критически уменьшилось. Основное содержание гидрометеорологического и ледового прогнозирования в этот период заключалось в развитии ранее созданных традиций, а также поддержанию интеллектуальной и организационной базы (Миронов, 2004).
В течение 2000-х гг. выгодная конъюнктура на мировом рынке углеводородов и истощение прежних источников добычи сделали арктический шельф объектом пристального внимания со стороны отечественных и иностранных нефтегазовых компаний. Изменение состояния полярной среды за последние десятилетия и катастрофические сценарии антропогенного потепления в течение 21-го столетия заставляют рассматривать Северный Ледовитый океан как возможный транзитный коридор морских перевозок (ACIA, 2004). В результате проведение Международного полярного года (2007/08) сопровождается не только усилением научной кооперации и взаимовыгодного сотрудничества, но и обострением геополитических отношений между приарктическими государствами в борьбе за перспективный раздел богатого углеводородами полярного шельфа.
Ожидаемый рост деловой активности в Арктике и в арктических морях предъявляет повышенные требования к мониторингу, диагностике и прогнозу состояния ледяного покрова, как основного природного элемента, лимитирующего экологическую безопасность и экономическую эффективность хозяйственной деятельности. При этом пространственные особенности в распределении являются определяющим свойством ледяного покрова, которое, собственно, и осложняет проведение любых морских операции в арктических акваториях, а ледовое прогнозирование (в том числе, долгосрочное) позволяет принимать ответственные и мотивированные управленческие решения. К сожалению, в практике научно-оперативной работы ААНИИ до последнего времени отсутствовали долгосрочные физико-статистические методы прогнозов распределения льдов, как по конкретным трассам СМП, так и по отдельным акваториям арктических морей. С этих позиций, диссертационная работа, направленная на изучение и предвидение пространственных характеристик ледяного покрова, отвечает современным требованиям прикладного и научного характера.
Таким образом, основная цель настоящего исследования заключается в исследовании пространственных особенностей ледяного покрова арктических морей России различного масштаба – от локального (однородный район) до крупномасштабного (сибирский шельф) – и использовании установленных природных закономерностей при диагностике и долгосрочном прогнозировании распределения ледовых характеристик. При этом анализ, диагноз и прогноз природных условий выполняются с единых ледово-географических, методологических позиций как для относительно небольших участков, так и для обобщенной арктической акватории.
Методы исследования основаны на комплексном физико-географическом подходе к изучению природных объектов с применением методов статистического анализа характеристик ледовых и гидрометеорологических условий.
Научная новизна состоит в том, что на основе оригинального варианта районирования сибирского шельфа выполнен целостный, взаимосвязанный анализ формирования локальных, региональных и крупномасштабных пространственных аномалий ледяного покрова, что позволило разработать единую методику диагностики и долгосрочного прогнозирования распределения сплоченности льдов во всех арктических морях России.
На защиту выносятся следующие положения:
1. Районирование арктической акватории России по ледово-географическим признакам.
2. Закономерности формирования локальных, региональных и крупномасштабных аномалий ледовых условий.
3. Методы долгосрочного прогноза распределения сплоченности ледяного покрова для всех арктических морей в летний период.
Практическая значимость определяется углублением и расширением представлений о формировании характеристик ледяного покрова различного пространственного масштаба на акватории сибирского шельфа. На основании полученных результатов разработаны методы прогнозов, которые позволяют предвидеть особенности распределения сплоченности льдов с заблаговременностью 1-3 месяца во всех арктических акваториях (юго-западная и северо-восточная части Карского моря, море Лаптевых, Восточно-Сибирское море, Чукотское море). Долгосрочные прогнозы прошли испытания в Центральной методической комиссии по гидрометеорологическим и гелиогеофизическим прогнозам при Гидрометцентре России и рекомендованы для использования в научно-оперативной работе ААНИИ. В последние годы разработанные автором типизации используются в режимных и прогностических работах, связанных с освоением сибирского шельфа и гидрометеорологическим обеспечением морских операций.
Апробация работы
Результаты исследования докладывались на отечественных и международных семинарах, конференциях и симпозиумах: Всесоюзной конференции “Морские льды и хозяйственная деятельность на шельфе” (1989 г.), I, II, III, IV международных конференциях “Освоение шельфа арктических морей России” (1993, 1995, 1997, 1999 гг.), Российско-норвежском рабочем совещании (1995 г.), международных конференциях POAC’95 (1995 г.), POAC’99 (1999 г.) и РОАС’01 (2001 г.), международной конференции OMAE’99 (1999 г.), IV Российской научно-технической конференции “Современное состояние, проблемы навигации и океанографии” (2001 г.), заключительной конференции международной программы ACSYS (2003 г.), заседании Океанографической комиссии Русского географического общества (2003 г.), XIII гляциологическом симпозиуме “Сокращение гляциосферы: факты и анализ” (2004 г.), научной конференции “Полярные океаны и морская криосфера” (2007 г.), Международной научно-практической конференции “75 лет с начала планомерного изучения и развития Севморпути” (2008 г.), Международной научно-практической конференции “Предупреждение и ликвидация чрезвычайных ситуаций в Арктике” (2009 г.), заседании Центральной методической комиссии по гидрометеорологическим и гелиогеофизическим прогнозам при Гидрометцентре России (1998-2006 гг.).
Кроме того, основные результаты работы докладывались на заседаниях научного совета отдела ледового режима и прогнозов, секции океанологии и ледоведения Ученого совета ААНИИ и итоговых сессиях Ученого совета ААНИИ. В полном объеме диссертация была представлена на заседании секции океанологии и ледоведения Ученого совета ААНИИ (ноябрь 2008 г.).
Публикации
По теме диссертации опубликовано около полусотни работ во всероссийских изданиях (Доклады Академии наук, Метеорология и гидрология, Геомагнетизм и аэрономия и др.), изданиях ААНИИ (Проблемы Арктики и Антарктики, Труды ААНИИ), а также в зарубежных изданиях.
Личный вклад автора заключался в сборе и обработке исходного материала, постановке цели и задачи исследования, их реализации, аналитическом обобщении полученных результатов.
Структура и объем диссертации
Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы, включающего 225 наименований, и приложения. Объем работы составляет 255 страниц, включая 63 рисунка и 133 таблицы.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Введение представляет собой преамбулу последующего исследования, где обосновывается актуальность работы, выполнен краткий обзор предыдущих исследований, сформулированы цель и задачи диссертации, отмечена научная новизна и практическая значимость работы, приведены основные положения, выносимые на защиту.
В первой главе “Ледово-географическое районирование арктических морей России” проанализированы существующие варианты деления сибирского шельфа, сформулированы основные принципы разделения акваторий с ледяным покровом, выполнено районирование сибирского шельфа по ледово-географическим признакам в зависимости от конкретных физико-географических условий, установлены различия между западными и восточными арктическими морями и показана их зависимость от климатических, гидрометеорологических, орографических, циркуляционных и прочих факторов.
Районирование является широко распространенным в географии приемом деления природного объекта на несколько составных частей в зависимости от его свойств и задач исследования. Традиционно деление арктических морей, учитывающее факт наличия ледяного покрова, проводилось по двум основным направлениям: физико-географическому и ледово-навигационному. При физико-географическом районировании Арктика рассматривается как единый территориально-акваториальный комплекс (геосистема) ландшафтной оболочки; используются, в основном, климатические показатели, границы таксонов корректируются обычно учетом азонального распределения суши и моря (Атлас Арктики, 1985). Проблема собственно ледового районирования изначально рассматривалась как подчиненная относительно задачи функционирования трассы Северного морского пути как транспортной магистрали; поэтому основным критерием при ледовом районировании на ранней стадии регулярного плавания по трассе СМП являлся навигационный, т.е. определяющий особенности мореплавания во льдах. На основе деления арктических морей на части (Визе, 1944), а ледяного покрова - на массивы (Гордиенко, 1945) была построена система долгосрочного прогнозирования ледовых условий в морях Северного морского пути.
Однако представляется, что сложившиеся и освященные многолетней традицией результаты районирования ледовитых морей не являются единственно возможными, но классификационные подходы могут быть обоснованы на иных методических принципах. Вообще говоря, может быть создано столько различных вариантов районирования арктических морей, сколько существует конкретных целевых установок (Карелин, 1956). При этом последовательно реализуется следующая исследовательская цепочка: определение задачи районирования подбор соответствующего критерия районирования выбор адекватного метода районирования получение конкретного результата. Понятно, что возможность изменения одного (или нескольких) звеньев исследовательской программы неизбежно определяет многовариантность результатов районирования. Несмотря на конвенционально закрепленные результаты районирования, многие исследователи предлагали свои, оригинальные варианты деления, как отдельных морей, так и всего сибирского шельфа (Купецкий, 1989).
Пространственные особенности в распределении льдов являются важнейшим свойством арктических морей России и могут быть разделены на несколько уровней в зависимости от масштаба рассмотрения географических подробностей: крупномасштабного, регионального, локального, местного и т.д. Районирование арктической акватории является отражением ледовой неоднородности в пространстве и служит эффективным инструментом при исследовании особенностей формирования и распределения ледяного покрова. Неоднородности ледяного покрова арктических морей можно свести в три характерные группы. Во-первых, различаются льды местного образования и льды адвективные; первые, как правило, вытаивают, или выносятся за границы арктических морей, а вторые - обычно не вытаивают за летний сезон. Во-вторых, среди льдов местного образования различаются льды припайные и дрейфующие, граница между которыми часто маркируется полыньями. В-третьих, припайные и дрейфующие льды различаются по толщине: льды меньшей толщины вытаивают раньше, льды большей толщины – позже или вообще не вытаивают в течение одного летнего сезона и с наступлением осени переходят в разряд многолетних льдов. Пространственная неоднородность льдов находится в определенном сопряжении с рельефом подстилающей ледяной покров поверхности. Дрейфующие льды из Арктического бассейна обычно локализованы в северной части шельфа (в том числе приурочены к морским впадинам и желобам). Припайные льды формируются на прибрежном мелководье, вокруг архипелагов и островов и локализованы в срединной части шельфа между меридианами Енисея и Колымы; дрейфующие льды располагаются на акваториях с относительно большими глубинами. Толщина ледяного покрова регулируется атмосферными и морскими течениями, которые являются проводником утепляющего влияния Атлантического и Тихого океанов; траектории переноса тепла и влаги зависят от физико-географических условий арктических морей. Взаимное расположение адвективных и припайных льдов имеет, как правило, зональный характер, припайных и дрейфующих льдов различной толщины - меридиональный. Поэтому классификация арктических морей, учитывающая пространственные неоднородности ледяного покрова отражает и зональный, и меридиональный аспекты районирования. В результате, неоднородность ледяного покрова оказывается связанной к географическими особенностями, как всего сибирского шельфа, так и отдельных морей. С другой стороны, в каждом море наблюдается свое, уникальное сочетание неоднородностей ледяного покрова. Поэтому классификация, основанная на учете совместного и взаимно обусловленного влияния ледовых и географических факторов, может быть названа ледово-географическим районированием. Такое районирование является многослойным; на каждом слое (уровне) реализуется неоднородность ледяного покрова определенного масштаба, которому, в свою очередь, соответствует характерная единица деления: сибирский шельф арктическое море однородный район ледовая зона ледовый участок и т.д.
В результате выполненного районирования арктическая акватория России разделена на три таксономических уровня. Первый (крупномасштабный) уровень имеет преимущественно морфометрический признак выделения: крайняя южная часть Северного Ледовитого океана, прилегающая к побережью Евразии, обособлена от остальной акватории возвышением подводного рельефа. Второй (региональный) уровень районирования имеет преимущественно географический признак выделения: крупные острова и архипелаги естественным образом делят зональную полосу сибирского шельфа на отдельные меридиональные сегменты с различным ледовым режимом - арктические моря (юго-западная часть Карского моря, северо-восточная часть Карского моря, море Лаптевых, Восточно-Сибирское море, Чукотское море). Третий (локальный) уровень районирования имеет преимущественно ледовый признак выделения: ледяной покров каждого из арктических морей характеризуется очевидной неоднородностью, которая определяет свойственную каждому морю упорядоченную во времени пространственную последовательность разрежения льдов и очищения акватории.
Критерием для выделения однородных ледовых районов выбрана общая сплоченность ледяного покрова. Однородность сплоченности льдов является результирующим выражением однородности и других параметров состояния ледяного покрова, а нарушение однородности - показателем нарушения однородности целой совокупности характеристик. Граница резких изменений однородности сплоченности может рассматриваться как надежный показатель при районировании; за существенные различия повторяемости (P) между ближайшими равновеликими клетками принималось значение, превышающее пятипроцентный уровень значимости. Собственно, задача районирования заключается в обнаружении положения границ, которые пространственно совпадают с наибольшими различиями повторяемости наличия льдов в соседних акваториях; эти границы делят изучаемый природный объект на квазиоднородные составные части (рис. 1).
Рис. 1. Однородные ледовые районы арктических морей России
1 - Ямало-Югорский, 2 - Обь-Енисейский, 3 - Новоземельский, 4 - Диксонский, 5 - Норденшельдовский, 6 - Карский, 7 - Североземельский, 8 - Визевский, 9 - Анабаро-Оленекский, 10 - Янский, 11 - Таймырский, 12 - Лаптевский, 13 - Новосибирский, 14 - Айонский, 15 – Врангелевский
Всего на акватории арктических морей выделены 15 естественных однородных районов: 3 в юго-западной части Карского моря, 5 – в северо-восточной части Карского моря, 4 – в море Лаптевых, 3 – в Восточно-Сибирском и Чукотском морях. В каждом районе полностью реализуются присущие ему пространственные особенности сезонного разрежения льдов и очищения акватории, отличные от смежных акваторий (Крутских, 1978). Физико-географическая обоснованность районирования дополняется статистическими различиями ледовых условий районов. При необходимости могут быть рассмотрены и следующие по нисходящей уровни районирования. Так, в зависимости от местной специфики (толщины и возрастного состава льдов) каждый естественный район может быть разделен на 5-10 ледовых зон, а каждая зона - на 5-7 участков. В настоящей работе предметом анализа являются особенности формирования ледовых условий на таксономическом уровне сибирского шельфа, арктических морей и однородных ледовых районов; ледовые условия наиболее мелких единиц районирования не рассматриваются.
Сравнительный анализ показывает, что однородные районы арктических морей имеют характерные природные различия, связанные со своеобразием орографии акватории (извилистость береговой линии, врезанность полуостровов, наличие крупных заливов, островов и т.д.), разнообразием глубин (наличие глубоководной впадины, вклинивание желобов, продолжение океанического склона), расположением припая и заприпайных полыней, утепляющим влиянием Северной Атлантики, открытой границы с Арктическим бассейном и т.д. Отмечены две особенности арктических морей и однородных районов: а) арктические моря достаточно близки по площади, однако б) площади ледовых районов заметно различаются между западными и восточными морями. В морях Карском и Лаптевых площади районов составляют от 61 до 171 тыс. км2 при среднем значении 104 тыс. км2, а в морях Восточно-Сибирском и Чукотском - от 309 до 381 тыс. км2 при среднем значении 344 тыс. км2; т.е. пространственные размеры районов в восточных морях примерно в 3 раза больше, чем в западных. Поэтому моря к западу от Новосибирских островов разделены на 12 однородных районов, а к востоку - только на 3 района. Это свидетельствует о большей ледово-географической сложности западных морей и меньшей - восточных. С востока на запад арктических морей происходит увеличение: средней глубины, количества и площади островной суши, влияния атлантической циклонической циркуляции, выносного ледообмена с Арктическим бассейном, площади заприпайных полыней, объема речного стока, адвекции неарктических океанических вод, а также уменьшение: ширины полосы сибирского шельфа, количества старых льдов, открытой морской границы с Арктическим бассейном.
Используемые в работе данные о состоянии природной среды северной полярной области состоят из двух частей: ледовой и метеорологической. Разделение арктических морей на районы делает возможным количественный анализ показателей ледовых условий в каждой из 15 акваторий в летний период, основой чего являются декадные карты распределения сплоченности льдов в арктических морях в июне-сентябре за 1940-2005 гг. в регулярных квадратах со стороной 50 км (всего на акватории арктических морей 1085 ячеек). Нормальное распределение адекватно описывает подавляющую часть статистических особенностей анализируемой выборки. Генетические условия формирования ледовых аномалий традиционно делятся на две части – тепловые и динамические факторы: первые определяют увеличение толщины льдов зимой и уменьшение - летом, а вторые - перераспределение льдов. Для характеристики тепловых условий для каждого однородного района выбрана репрезентативная полярная станция, а для учета динамических факторов - характерные, связанные с локальной спецификой, створы, направления воздушных переносов и дрейф льдов вдоль которых в наибольшей степени оказывают влияние на ледовые условия; разница атмосферного давления в реперных точках определяет направление и интенсивность адвекции льдов. Сравнительный анализ температурных и динамических предикторов позволяет оценить причину образования ледовых аномалий на уровне количественных оценок четырех показателей: толщины ледяного покрова, сроков начала таяния льдов, степени развития заприпайных полыней, режима воздушных переносов и дрейфа льдов после начала таяния.
Метеорологические данные состоят из двух частей: температурной и барической. Первую представляют стандартные наблюдения на реперных полярных станциях среднемесячного осреднения, вторую - карты о среднемесячном распределении давления за 1932-2005 гг., а также в узлах регулярной сетки (202 точки или 21 обобщенный узел). Эти данные относятся к разряду базовых, используемых в ААНИИ при макроциркуляционной диагностике метеорологических условий, а также в долгосрочном ледовом прогнозировании и при автоматизации поиска оптимальных предсказателей. Ледовые карты представлены в двух видах. Цветные карты в Приложении представляют собой пространственное распределение сплоченности в трех основных градациях (0, 1-6, 7-10 баллов), а также припайных льдов в течение 10 летних декад (июнь-сентябрь). В исследовательской части работы помещены другие ледовые карты; для репрезентативности, экономии места и усиления доказательности выводов, десять летних декад сведены в одну обобщенную карту распределения средней для всего летнего сезона сплоченности ледяного покрова.
Во второй главе ”Локальное распределение ледяного покрова по пространству арктических морей” определены сезонные варианты пространственного очищения акватории каждого арктического моря с учетом местных особенностей однородных районов, рассчитаны характеристики сезонной устойчивости ледовых аномалий для различных градаций сплоченности, проанализированы особенности связи ледовых условий однородных районов, построены ледовые классификации для каждого арктического моря, установлены основные причины формирования экстремальных ледовых классов.
Районирование арктических морей по ледово-географическим признакам служит исходным пунктом последующего анализа. Однородный район и состоящее из нескольких районов арктическое море являются естественными природными объектами, в которых реализуются локальные и региональные пространственные особенности формирования и распределения ледяного покрова. Для каждого моря разработана единая исследовательская программа, включающая анализ очищения ото льдов, устойчивости ледовых аномалий, а также построение ледовой классификации.
Пространственная неоднородность в распределении сплоченности ледяного покрова является естественной особенностью арктических акваторий. В каждом море разнообразие формирования ледовых условий характеризуется локальными и региональными особенностями и определяется местными географическими условиями. Как показывает опыт режимных обобщений (Гудкович, Кириллов, Ковалев и др., 1972), пространственное распределение льдов в море может быть сведено в ограниченное количество типов со следующими характерными особенностями. 1. Внутри типа наблюдаются близкие пространственные особенности разрежения и очищения акватории, отличающиеся от других типов. 2. Эти особенности характеризуют состояние ледяного покрова в течение всего летнего сезона (июнь-сентябрь). 3. Каждому типу свойственно определенное сочетание ледовых аномалий между однородными районами. 4. Тип описывает формирование локальных ледовых особенностей, характерных не только для всего моря, но и для его отдельных районов. 5. Тип пространственного очищения несет информацию не только о распределении, но и о количестве льдов. Сезонный тип определяется на основе набора основных режимных элементов, к числу которых традиционно относятся, во-первых, образование и степень развития заприпайных полыней, и, во-вторых, состояние ледяных массивов.
Для каждого моря получены 2-3 типа пространственного очищения акватории. В юго-западной части Карского моря существуют два варианта очищения – при западной и мористой локализации Новоземельского массива в зависимости от взаимосвязанного режима Новоземельской, Ямальской и Обь-Енисейской полыней; в северо-восточной части Карского моря - два варианта очищения в зависимости от развития Центральной Карской полыньи и соединения или разъединения Североземельского и Северного Карского массивов; в море Лаптевых - три варианта очищения (широтный, меридиональный и смешанный) в зависимости от развития Новосибирской западной, Анабарской и Таймырской заприпайной полыньи и состояния Таймырского массива; в Восточно-Сибирском море - три варианта очищения (заприпайный, прибрежный и мористый) в зависимости от развития Новосибирской северной и восточной полыньи и интенсивности прибрежного очищения; в Чукотском море - два варианта очищения (при наличии и отсутствии языка сплоченных льдов) в зависимости от развития заприпайной прогалины и сохранения льдов вдоль чукотского побережья. Для каждого пространственного варианта очищения рассчитаны средние показатели ледовых условий и построены типовые ледовые карты.
При разделении исходной выборки на несколько частей в зависимости от пространственного варианта очищения увеличивается обеспеченность средних значений количества сплоченных льдов по критерию 0,8 во всех арктических морях (от 60% до 75%). Связь пространственных и количественных показателей открывает широкие перспективы для долгосрочного ледового прогнозирования. Определив типовой вариант очищения можно с известной уверенностью предвидеть основные особенности состояния ледяного покрова в течение всего летнего периода.
Устойчивость количественных показателей аномальности ледовых условий в течение летнего сезона является одной из стержневых режимных особенностей ледяного покрова. Обычно под устойчивостью понимается сохранение в течение некоторого интервала времени основных количественных (например, ледовитость) и качественных (например, пространственное распределение) особенностей исходного состояния льдов; устойчивость является одним из факторов, использующихся при долгосрочном ледовом прогнозировании. Показано, что наиболее устойчивыми в количественном отношении фрагментами сплоченности являются сплоченные льды, а также чистая вода; при увеличении заблаговременности между сравниваемыми показателями устойчивость уменьшается. Выделяются несколько характерных интервалов ледовых изменений. 1. Декадный интервал, когда состояние льдов наиболее стабильно, а по исходному положению можно экстраполировать будущее распределение сплоченности; устойчивость определяется всеми составляющими - сплоченными льдами, чистой водой, редкими и разреженными льдами. 2. Месячный интервал является более сложным: устойчивость сплоченных льдов и чистой воды остается достаточно высокой (85-90% от декадной), а редких и разреженных льдов - быстро уменьшается и сохраняется лишь в течение 1-2 декад; с середины августа инерционность льдов 1-6 баллов увеличивается. 3. Сезонный интервал, когда при заблаговременности изменений 1 месяц и более только сплоченные льды и чистая вода обеспечивают количественную устойчивость ледовых условий, которая к исходу 3-го месяца составляет 60-65% от месячной и лишь 50-55% от декадной; редкие и разреженные льды не имеют самостоятельного значения.
Сохранение ледовых аномалий в течение лета не является пространственно постоянным, но меняется в зависимости от региональной географии и локальных особенностей арктических морей и однородных районов и зависит, прежде всего, от режима заприпайных полыней. Наиболее устойчивы ледовые условия в северо-восточной части Карского моря, наименее устойчивы - в Чукотском море, в остальных морях устойчивость примерно одинакова; максимум различий между морями наблюдается при интервале изменений в 4-6 декад и составляет 15-17%. При пространственном объединении нескольких районов (или морей) наблюдается увеличение ледовой устойчивости, которая зависит от количества укрупняемых акваторий, а наибольший эффект отмечается при интервале заблаговременности свыше одного месяца.
Арктические моря характеризуются не только пространственной неоднородностью ледяного покрова, что делает возможным их деление, но и обладают очевидной ледово-географической целостностью, которая определяется уникальной природой льдов как полярного феномена, обособленностью сибирского мелководья от Северного ледовитого океана, и наличием связей между ледовыми условиями однородных районов и арктических морей. В этом случае удачным приемом анализа является построение ледовой классификации, которая как способ уменьшения естественного разнообразия является исследовательским аналогом районирования. Цель ледовой классификации состоит в сведении всего размаха ледовых условий в море в несколько типовых ситуаций, каждая из которых описывается характерными количественными и пространственными особенностями (Горбунов, Карелин, Кузнецов и др., 1983). В настоящей работе классификации выполнены с учетом связи между однородными районами (совпадение знака аномалий и крупных аномалий, связь количественных и пространственных показателей, корреляция ледовитости и т.д.), которая является важным промежуточным звеном, сводящим воедино региональные и локальные особенности акватории. Все классификации выполнены по одному шаблону: сначала анализируются особенности связи между составными частями классифицируемого объекта, определяются критерии классификации и общее количество классов, затем проводятся расчеты по определению количественных, пространственных и режимных характеристик, устанавливаются генетические и циркуляционные причины формирования ледовых классов.
Между ледовитостью однородных районов внутри моря наблюдается хорошая связанность в формировании аномалий (совпадение знака аномалий в смежных районах, совпадение знака аномалий сразу во всех районах, обычно локальное - в пределах только одного района - формирование крупной аномалии), а также согласованность метеорологических показателей. Особенности режимной связи ледовых показателей позволяют построить классификацию, которая включает классы очень крупных (более 1,2 величины с.к.о.) и умеренных (более величины 0,674 с.к.о.) аномалий, а также средних ледовых условий при различных типах пространственного распределения льдов (рис. 2). Экстремально легкие и тяжелые классы коррелируют, как правило, с наличием или отсутствием заприпайных полыней: в юго-западной части Карского моря – Ямальской и Обь-Енисейской, в северо-восточной части Карского моря – Центральной Карской, в море Лаптевых – Новосибирской западной и Анабарской, в Восточно-Сибирском море – Новосибирской восточной, в Чукотском море – Чукотской прогалины. Количество классов уменьшается с запада на восток (от 8-ми в юго-западной части Карского моря до 6-ти в море Лаптевых и до 5-ти в Чукотском море), что отражает различия в степени ледово-географической сложности морей (большей - западных и меньшей - восточных). В среднем для всех арктических морей обеспеченность декадных значений площади сплоченных льдов по критерию 0,8 составляет 92% (для районов - 85%), а разница между соседними классами составляет около 1,0.
Рис. 2. Среднесезонная сплоченность ледяного покрова (баллы) в различных ледовых классах северо-восточной части Карского моря
Как установлено, ведущей причиной формирования экстремальных ледовых классов в среднем для всех арктических морей являются аномалии сроков начала таяния льдов (вклад 50%) и определяющие пространственный вариант очищения воздушные переносы и дрейф мая-июня (вклад 27%); вклад факторов мая-июня примерно в 2,0-2,5 раза превышает влияние предшествующих факторов (исходной толщины льдов) и примерно в 2,5-3,0 раза - последующих (процессы июля-августа). Каждое море характеризуется региональными особенностями, при этом общей закономерностью является увеличение влияния исходной толщины на западе и синхронных летних переносов – на востоке. Пространственное расположение аномалий приземного давления, дирижирующих распределением сплоченности ледяного покрова, определяется зональной ориентацией сибирского шельфа и региональными особенностями географии морей. Благоприятные ледовые условия формируются, если к западу от моря наблюдается циклон, а к востоку - антициклон. Неблагоприятные - наоборот, если к западу от моря наблюдается антициклон, а к востоку - циклон. Для морей с открытой западной границей (северо-восточная часть Карского и Чукотское моря) неблагоприятные ледовые условия отмечаются также при развитии приполюсной циклоничности, обеспечивающей перемещение льдов с запада на восток.
В третьей главе ”Крупномасштабное распределение ледяного покрова по пространству арктических морей” проанализированы особенности ледовых корреляций между соседними арктическими морями, построены классификации для всех попарно смежных арктических морей, определены особенности формирования ледовых аномалий на всем сибирском шельфе, и построена классификация, учитывающая крупномасштабные особенности распределения сплоченности льдов, а также рассмотрены причины формирования ледовой оппозиции и однородности.
Выполненный в предыдущей главе анализ, ограниченный пространством однородного района и отдельного арктического моря, соответствует локальным и региональным особенностям ледового режима. Следующей естественной ступенью исследования является рассмотрение более крупных пространственных объектов, каковыми являются попарно расположенные соседние моря и вся суммарная площадь сибирского шельфа. Такое исследование выполнено, с одной стороны, на тех же методических основаниях, что и для более мелких пространственных объектов, а, с другой, - с учетом характерных режимных особенностей, свойственных более крупным, протяженным арктическим акваториям.
По сравнению с предыдущим таксономическим уровнем, для смежных морей наблюдается существенно меньшая согласованность аномальности ледовых условий, а именно: наблюдается примерное равенство совпадения и различия знака ледовой аномалии в составных частях обобщенной акватории, ледовые показатели которых независимы друг от друга. Поэтому классификация учитывает знак и величину ледовой аномалии в составных частях: а) одинаковые по знаку и более 0,674 с.к.о. по величине аномалии в соседних морях, б) аномалия менее 0,674 с.к.о. в обоих морях, в) противоположные по знаку и более 0,674 с.к.о. по величине аномалии в соседних акваториях. По сравнению с ледовыми условиями арктических морей, состоящих из однородных районов, в классификациях для смежных морей появляется дополнительный класс - оппозиционный. В результате, средние ледовые условия формируются в трех случаях. Во-первых, аномалия менее 0,674 с.к.о. в каждом из морей; во-вторых, образование ледовой оппозиции: сочетание статистически значимых, но противоположных по знаку, аномалий в соседних морях, приводит к тому, что на обобщенной акватории также формируются среднемноголетние условия – противоположные аномалии компенсируют друг друга. Таким образом, классификационные особенности для смежных морей оказываются более разнообразными по сравнению с предыдущим таксономическим уровнем, что связано, прежде всего, со своеобразием корреляций между ледовыми условиями смежных морей по сравнению с однородными районами.
Аномально одинаковые и оппозиционные ледовые классы формируются различными генетическими сценариями. Основной причиной однородно тяжелых и легких ледовых условий в смежных морях являются сроки начала таяния льдов и определяющие пространственный вариант очищения моря воздушные переносы мая-июня; вклад тепловых и динамических факторов мая-июня (77%) в несколько раз превышает влияние предшествующих факторов (исходной толщины) и последующих (переносы июля-августа); отмечаются региональные особенности: с запада на восток шельфа происходит уменьшение влияния исходной толщины льдов и увеличение - процессов июля-августа. Напротив, оппозиционные классы больше зависят от динамических предикторов - синхронных воздушных переносов июня-августа (вклад 59%). Поэтому возможность долгосрочного прогнозирования аномально однородных классов выше, чем оппозиционных. Установлены пространственные особенности распределения аномалий приземного давления, определяющих формирование ледовых классов. Одинаково пониженная ледовитость формируется, если к западу от суммарной акватории наблюдается циклон, а к востоку - антициклон; при этом оба моря находятся под влиянием одинакового переноса с юга на север. Одинаково повышенная ледовитость формируются, если к западу от суммарной акватории наблюдается антициклон, а к востоку - циклон; при этом оба моря находятся под влиянием одинакового переноса с севера на юг. Ледовая оппозиция формируется, если на границе соседних морей располагается циклон или антициклон, на западной и восточной периферии которых наблюдаются соответствующие воздушные переносы и аномалии, противоположные по знаку.
Формирование аномалий на суммарной площади сибирского шельфа является наиболее крупномасштабной частью особенностей пространственного распределения ледяного покрова арктических морей (Бородачев, Фролов, 1997). Ведущей режимной особенностью сибирского шельфа является статистическая независимость ледовых показателей арктических морей; коэффициент корреляции между площадью сплоченных льдов в морях, как правило, ниже статистически значимого уровня. Между западными и восточными акваториями наблюдается оппозиционный фон ледовых условий, не превышающий статистически значимых показателей. Формирование одинакового знака ледовой аномалии сразу во всех арктических морях является достаточно редким событием и наблюдается в среднем 1 раз в 10 лет. Крупная аномалия для всего сибирского шельфа происходит преимущественно за счет моря Лаптевых. Независимость формирования ледовых условий делает практически невозможным построение классификации, учитывающей все возможные варианты сочетаний знака аномалии на всем протяжении между Новой Землей и Беринговым проливом. Для решения задачи предлагается сократить количество единиц деления суммарной акватории до трех частей, разделенных естественными разграничителями - Северной Землей и Новосибирскими о-вами: западный фрагмент включает юго-западную и северо-восточную части Карского моря, центральный - море Лаптевых, восточный - Восточно-Сибирское и Чукотское моря.
В зависимости от сочетаний знака сезонной аномалии площади сплоченных льдов в трех фрагментах все многообразие ледовых условий арктических морей сведено в 8 классов с характерными особенностями распределения льдов. Классы можно разделить на три группы: постоянство знака аномалии, чередование знака аномалии, ледовая оппозиция (граница оппозиции вблизи Северной Земли или у Новосибирских о-вов). При постоянстве знака аномалии на всем пространстве акватории наблюдаются или тяжелые или легкие ледовые условия; при этом в море Лаптевых фиксируется наибольший размах колебаний. При чередовании знака аномалии море Лаптевых отличается от остальных морей противоположностью знака ледовой аномалии, а в морях к западу от Северной Земли и к востоку от Новосибирских островов наблюдается аномалия одинакового знака. При ледовой оппозиции в западных и восточных морях наблюдаются аномалии противоположного знака, а море Лаптевых является промежуточной, буферной зоной с равновероятным знаком аномалии; при этом наибольшие аномалии отмечаются в крайних фрагментах шельфа. Каждый класс отличается характерными пространственными особенностями распределения ледовых условий; наибольшие аномалии наблюдаются: при ледовой однородности - в море Лаптевых, при чередовании аномалий - к западу и востоку от Северной Земли, при оппозиции с границей у Новосибирских о-вов – в СВКМ и на границе ВСМ и ЧМ, при оппозиции с границей у Северной Земли – к северу от Новосибирских о-вов (рис. 3).
Рис. 3. Среднесезонная разница сплоченности ледяного покрова между аномально противоположными ледовыми классами
Формирование крупномасштабных ледовых классов имеет причиной пространственные особенности в распределении аномалий приземного давления воздуха в Арктике, которые можно свести в характерные типы. Постоянство знака ледовой аномалии наблюдается при расположении циклона или антициклона на северной границе арктических морей или разнонаправленных барических тенденциях в западных и восточных акваториях, которые вызывают одинаковый перенос с юга на север и с севера на юг на всем протяжении сибирского шельфа. Ледовая оппозиция связана со стационированием на меридиане моря Лаптевых (над морем или сушей) барической аномалии, на западной и восточной периферии которой формируются противоположные по направлению природные тенденции. Миграция границы оппозиции происходит при пространственном смещении оси барических образований.
Крупномасштабная ледовая однородность и оппозиция характеризуются различными сценариями образования. Однородный знак аномалий формируется, прежде всего, на счет термических предикторов, определяющих исходную толщину зимой и сроки начала таяния льдов весной и ранним летом (вклад 68%); оппозиционный знак аномалий формируется за счет увеличения влияния динамических предикторов, определяющих развитие полыней и режим перераспределения льдов в течение летнего периода (вклад 62-73%). Эти различия отражают общие закономерности формирования ледовых классов. Во-первых, каждому классу свойственен свой, индивидуальный генетический сценарий формирования, охватывающий суммарную акваторию арктических морей; следствием является изменение вклада основных природных предикторов. Во-вторых, этот генетический сценарий имеет региональные проявления в каждом отдельном арктическом море. Таким образом, ледовая классификация для суммарной акватории арктических морей учитывает региональные и крупномасштабные пространственные и генетические особенности распределения аномалий и может быть использована при диагностике и прогнозировании природных условий в полярных акваториях.
В четвертой главе “Многолетние изменения распределения льдов по пространству арктических морей” установлены основные особенности формирования многолетних аномалий ледовых условий по суммарной площади сибирского шельфа, а также распределения ледовых аномалий между арктическими морями, чередование длительных периодов преобладания ледовой оппозиции или ледовой однородности, отдельно рассмотрены особенности формирования ледовой оппозиции в зависимости от межгодовой ритмики солнечной активности.
Выполненный в предыдущей главе анализ особенностей формирования сочетаний ледовых аномалий по суммарному пространству арктических морей позволяет перейти к следующему этапу исследования, связанному с реализацией многолетних сценариев распределения льдов. За период современных наблюдений за состоянием ледяного покрова было отмечено несколько крупномасштабных эпох в изменении полярного и ледового климата (потепление Арктики в 1930-40-х гг., похолодание Арктики в 1960-70-х гг., глобальное потепление 1990-2000-х гг.). Причиной природных ритмов различной продолжительности считается изменчивость интенсивности атмосферной циркуляции, вызванная внешними и внутренними факторами (Фролов, Гудкович, Карклин и др., 2007); распространенной гипотезой является критическое увеличение антропогенной нагрузки на окружающую среду (ACIA, 2004). Однако изучение многолетних ледовых изменений обычно ограничивается анализом преимущественно количественных показателей (ледовитость или площадь льдов различной сплоченности), а особенности пространственного распределения ледяного покрова, как правило, остаются за пределами исследовательского внимания. Как представляется, комбинации знака ледовых аномалий между арктическими акваториями могут предоставить новые возможности для расширения и углубления исследования многолетних колебаний.
Как показывает анализ, многолетние ледовые изменения в арктических морях сводятся к суперпозиции нескольких природных ритмов различной продолжительности: перемещение крупномасштабной области наибольшей природной изменчивости с запада на восток арктических морей (два периода продолжительностью около 40 лет каждый), чередование длительных периодов пониженной и повышенной суммарной ледовитости арктических морей (три периода продолжительностью 20-30 лет каждый), многолетнее преобладание характерных комбинаций в распределении ледовых аномалий в виде двух типовых сочетаний - ледовой оппозиции и ледовой однородности (четыре периода продолжительностью около двух десятилетий каждый).
Наиболее важная пространственная тенденция многолетних вариаций заключается в смещении региона наибольшей ледовой изменчивости с западных арктических морей в 1930-60-е гг. (западное колебание) на восточные арктические моря в 1970-00-е гг. (восточное колебание). Каждое из ледовых колебаний состоит из двух стадий, чередующихся по знаку ледовых аномалий. Сначала легкие условия (1930-50-е гг.) сменились тяжелыми (1960-е гг.) при западном колебании, а затем тяжелые условия (1970-80-е гг.) смелись легкими (1990-2000-е гг.) при восточном колебании. Переход западного колебания в восточное состоялся на границе 1960/70 гг. при повышенной ледовитости. При этом наибольшие отклонения наблюдались вблизи границы припайных и дрейфующих льдов: во время западного колебания в северо-восточной части Карского моря, а во время восточного колебания – в Восточно-Сибирском море. Основная причина западного колебания заключается в повышенной изменчивости приземного давления к западу от Северной Земли зимой; при этом конфигурация барических изолиний летом определяет локализацию зоны наибольших градиентов в районе северо-восточной части Карского моря. Основная причина восточного колебания заключается в повышенной изменчивости приземного давления к востоку от Северной Земли зимой; при этом конфигурация изолиний летом определяет локализацию наибольших барических градиентов к востоку от Новосибирских о-вов.
Анализ особенностей ледовых комбинаций в течение более или менее длительных временных периодов (Захаров, 1976) показал, что имеющийся ряд наблюдений может быть разделен на несколько временных интервалов, так, чтобы в течение каждого из них отмечалась бы одна, преобладающая комбинация знаков ледовых аномалий между арктическими морями. Наблюдаются длительные периоды преобладания оппозиционного и однородного сочетания ледовых аномалий между западными и восточными морями, а также многолетние оппозиционно-однородные ледовые преобразования, которые заключаются в том, что длительный период преобладания ледовой оппозиции сменяется во времени длительным периодом преобладания ледовой однородности, и наоборот. За последние три четверти века наблюдается следующая преемственная цепочка ледовых преобразований: ледовая оппозиция (1930-40-е гг.) ледовая однородность (1950-60-е гг.) ледовая оппозиция (1970-80-е гг.) ледовая однородность (1990-2000-е гг.). Длительный период, как оппозиции, так и однородности также показывает существование характерного преобразования внутри периода, которое заключается: а) для оппозиции - в смещении границы оппозиции с запада на восток арктических морей, и б) для однородности - в чередовании легких и тяжелых ледовых условий. То есть уточненная цепочка ледовых преобразований выглядит так: оппозиция на западе (1932-39 гг.) оппозиция на востоке (1940-47 гг.) однородно легкие ледовые условия (1948-61 гг.) однородно тяжелые ледовые условия (1962-72 гг.) оппозиция на западе (1973-80 гг.) оппозиция на востоке (1981-94 гг.) однородно легкие ледовые условия (1995-08 гг.) (однородно тяжелые ледовые условия (?)). Продолжительность квазиоднородных подпериодов меняется от 8-ми до 14-ти лет (среднее около 11 лет); повторяемость преобладающей однородности или оппозиции составляет в среднем около 79% (табл. 1).
Как западное, так и восточное ледовые колебания состоят из одного и того же многолетнего преобразования, при котором период преобладания оппозиции (с учетом миграции ее границы) трансформируется в период преобладания однородности (с учетом смены знака аномалии). Переход же от западного колебания к восточному колебанию сопровождался обратным преобразованием, т.е. от однородности к оппозиции. Существование длительных периодов крупномасштабного распределения льдов по пространству арктических морей и особенности их преобразований во времени позволяют сделать самые общие выводы о возможном состоянии ледяного покрова в ближайшем будущем. При сохранении обнаруженных природных закономерностей текущий период легких условий должен трансформироваться в период тяжелых условий при ледовой однородности и восточном колебании; наиболее вероятная реализация этого преобразования ожидается в течение 2010-20-х гг.
Таблица 1 – Схема пространственных изменений состояния ледяного покрова арктических морей в течение 1930-2000-х гг.
| Пространственные изменения состояния ледяного покрова | ||||||||
| Западное ледовое колебание | Восточное ледовое колебание | |||||||
| Пониженная ледовитость | Повышенная ледовитость | Пониженная ледовитость | ||||||
| Ледовая оппозиция | Ледовая однородность | Ледовая оппозиция | Ледовая однородность | |||||
| Граница на западе | Граница на востоке | Легкие условия | Тяжелые условия | Граница на западе | Граница на востоке | Легкие условия | Тяжелые условия | |
| 1932-39 гг. | 1940-47 гг. | 1948-61 гг. | 1962-72 гг. | 1973-80 гг. | 1981-94 гг. | 1995-08 гг. | ? | |
Характерная продолжительность ледовых интервалов делает естественным исследовательское предположение, что одной из возможных причин многолетних изменений в пространственном распределении ледовых аномалий может быть регулирующее воздействие со стороны солнечной активности (Кондратьев, 2004). Традиция рассматривать солнечную активность как одну из возможных причин трансформаций, вызванных внешними факторами, имеет богатую историю. Природный механизм воздействия солнечной активности на приземную атмосферу Земли пока неизвестен (Herman, Goldberg, 1978). Ни одна из предложенных гипотез, идей или соображений не может объяснить разнообразных и порой противоречивых результатов корреляций солнечных и земных характеристик. В связи с этим в настоящем исследовании солнечная обусловленность изменений метеорологических и ледовых показателей понимается как совпадение во времени солнечных и земных явлений, т.е. имеется в виду анализ коррелирующих событий, минуя стадию выяснения причин установленных связей.
Показано, что существует характерная корреляция между повторяемостью ледовой оппозиции (или ледовой однородности) и структурой солнечного цикла. Ледовая оппозиция наблюдается преимущественно при усилении солнечной активности в цикле; напротив, ледовая однородность наблюдается преимущественно при ослаблении солнечной активности. Солнечная ритмика сопряжена с пространственным положением области наибольших барических изменений в Арктике. При усилении солнечной активности эта область смещается к востоку от Северной Земли, а при ослаблении солнечной активности - к западу от Северной Земли. Следствием является акцентация воздушных переносов противоположных или одинаковых по направлению и соответствующая 10-летняя ритмичность в реализации ледовой оппозиции. Связь между годовыми значениями числа Вольфа и сезонной сплоченностью льдов показывает (рис. 4), что в арктических морях – наряду с обширными акваториями отсутствия корреляции – существуют статистически значимые и противоположно направленные солнечно-ледовые корреляции. Повышение солнечной активности сопровождается увеличением ледовитости в Карском море и уменьшением – в Восточно-Сибирском и Чукотском. Понятно, что имеются в виду фоновые изменения с характерной низкочастотной составляющей.
Рис. 4. Пространственное положение изокоррелят между среднегодовыми значениями числа Вольфа и среднесезонной сплоченностью льдов в арктических морях
Эта пространственная неоднозначность находит подтверждение в глобальных особенностях солнечно-земных связей в северном полушарии. В среднем за 8 последних циклов усиление солнечной активности приводит к уменьшению давления с максимумом отклонений в приполюсном районе и ориентацией большой оси эллипса изменений на п-ов Таймыр, так что к западу и к востоку от Северной Земли формируются разнонаправленные природные тенденции.
В пятой главе ”Долгосрочный прогноз распределения ледяного покрова по пространству арктических морей” установленные и уточненные природные закономерности алгоритмизированы в метод долгосрочного прогноза распределения льдов по пространству однородных районов арктических морей, выполнено исследование формирования ледовых условий в зависимости от аномалий природных предикторов и предложен метод локально-генетической типизации, построена сезонная ледовая типизация в однородных районах, проанализирован опыт составления долгосрочных прогнозов в рамках работ Центральной методической комиссии при Росгидромете России и показана их эффективность для использования во всех арктических акваториях.
Выполненный в предыдущих главах анализ особенностей пространственного распределения сплоченности ледяного покрова делает возможным переход к разработке соответствующего долгосрочного прогноза, методика которого соответствует существу природных закономерностей, а именно: устойчивое существование сезонных типов ледовых условий и локальное своеобразие формирования ледяного покрова на акватории однородных ледовых районов. Такой подход является традиционным в ледоведении. Заблаговременное предвидение ледовых условий в арктических морях традиционно подразделяется на численное и физико-статистическое (Морской лед, 1997); физико-статистический подход основан на совместном статистическом анализе многолетних рядов ледового предиктанта и физических предикторов, которые определяют изменчивость ледовых условий. Частным методом физико-статистических прогнозов является типизация, которая позволяет обойти наиболее слабую сторону физико-статистического подхода и добиться представления прогностической продукции в виде географической карты или упрощенной схемы (Спичкин, 1987).
Для настоящего исследования разработана специальная локально-генетическая типизация, с помощью которой возможен долгосрочный прогноз количественных и пространственных особенностей состояния ледяного покрова в однородных районах арктических морей. Обобщенный прогноз для более крупных акваторий (арктическое море, весь сибирский шельф) есть результат соединения прогностических полей более мелких акваторий. Как следствие, типизация учитывает естественную пространственную неоднородность ледяного покрова и достаточна для воспроизведения ледово-географических подробностей локального масштаба.
Пространственное распределение ледовых аномалий по акватории арктических морей реализуется в зависимости от физико-географической и ледовой специфики однородных районов. Влияние исходной к концу зимы толщины льдов уменьшается с запада на восток до Северной Земли, а далее почти не изменяется; внутри каждого моря также наблюдается уменьшение влияния на востоке акватории; оно минимально в ареале полыней и в областях затока многолетних льдов арктического бассейна. Влияние сроков начала таяния льдов мало меняется по пространству сибирского шельфа, а наибольшее влияние наблюдается в зонах однолетних припайных и дрейфующих льдов осеннего образования, удаленных от участков адвекции из арктического бассейна или из смежных морей. Влияние воздушных переносов мая-июня вдоль эффективных направлений в момент начала таяния незначительно меняется от моря к морю; наибольшее влияние динамики наблюдается на замкнутых участках, отстоящих от прибрежной суши, крупных архипелагов и южной границы многолетних льдов; при этом участки наибольших корреляций смещены в западную часть морей. Влияние воздушных переносов июля-августа (по сравнению с маем-июнем) снижается примерно в 1,5-2,0 раза и определяется своеобразием конкретной географии: ориентации береговой линии, наличия островов, замкнутости акватории, соотношения суши и моря, положения заприпайных полыней и т.д.
Как известно, ледовые условия летнего периода формируются в течение всего предшествующего годового цикла. Летом проявляются все неоднородности ледяного покрова, постепенно накапливающиеся с момента его образования предыдущей осенью. В зависимости от природной сущности процессов и прогностического алгоритма их воспроизведения можно выделить три естественных периода - зима, весна, лето. 1. Зимой (октябрь - апрель) происходит нарастание толщины ледяного покрова, формируется его возрастной состав. Чем толще ровный лед, чем больше в возрастной структуре доля льдов толстых и меньше доля льдов тонких, тем тяжелее ледовые условия последующим летом и наоборот. К маю формируется исходное состояние ледяного покрова, которое претерпевает изменения весной и летом. 2. Весной (май - июнь) начинается таяние, в результате которого в полыньях исчезают наиболее тонкие льды и появляются участки чистой воды. Чем раньше наблюдается таяние, чем больше площадь полыней, тем легче ледовые условия последующим летом и наоборот. При максимальном за год притоке солнечной радиации и начале таяния ледяного покрова формируется количественный и пространственный фон ледовых условий. 3. Летом (июль-сентябрь) воздушные переносы ускоряют или замедляют таяние ледяного покрова, а также перераспределяют льды по акватории районов и морей. В целом синхронные воздействия обычно уточняют подробности ледовых условий, однако при определенных обстоятельствах и для отдельных акваторий длительная и однонаправленная адвекция вод и льдов может заметно корректировать или даже существенно изменять фон ледовых условий. Таким образом, распределение сплоченности льдов в летний период есть интегральный показатель, отражающий формирование количественных и пространственных неоднородностей ледяного покрова в течение всего годового цикла.
В соответствии с природой ледовой изменчивости и задачей прогностического предвидения, формирование сезонного типа ледовых условий можно представить как двухэтапный процесс. На первом этапе исходное (за октябрь-апрель) состояние ледяного покрова, а также сроки начала таяния и интенсивность образования полыней (за май-июнь) формируют фон ледовых условий; фон характеризуется обобщенной аномалией ледовых показателей и генеральным вариантом очищения моря и однородных районов. На втором этапе синхронные атмосферные процессы (июль-сентябрь), уточняя и корректируя интенсивность таяния, формируют тип ледовых условий; тип характеризуется количественной аномалией ледовых показателей и локальными, географическими подробностями разрежения льдов однородных районов и очищения их акватории. Все природные факторы можно разделить на две части: универсальные, влияние которых более или менее постоянно во всех арктических морях и региональные, влияние которых зависит от местной ледово-географической специфики. Поэтому возможно создание прогностического алгоритма, единого и универсального для любого арктического моря, который в конкретных природных условиях адаптируется в зависимости от регионального и локального ледового режима конкретной акватории.
При локально-генетической типизации предметом классификации являются упорядоченные за июнь-сентябрь декадные количественные и пространственные особенности режима сплоченности льдов в естественных однородных районах арктических морей. Каждый тип характеризуется средними значениями площади сплоченных, редких и разреженных льдов и чистой воды, а также преобладающим для класса распределением сплоченности льдов по акватории однородного района. Формирование сезонного ледового типа определяется воздействием (Гудкович, Кириллов, Ковалев и др., 1972), в основном, четырех основных факторов: а) исходной толщиной льдов и особенностями возрастного состава ледяного покрова к концу апреля, б) сроками начала таяния льдов в мае-июне, в) образованием полыней в июне и связанного с ними сезонного варианта пространственного очищения акватории, г) синхронными атмосферными переносами и дрейфом льдов июля-августа. Количественные аномалии природных предикторов образуют характерные устойчивые сочетания, которым соответствуют определенные типовые показатели состояния ледяного покрова. Сезонный тип имеет генетическую природу, то есть определенные алгоритмические правила формирования, поэтому может использоваться при прогнозировании ледовых условий с максимальной заблаговременностью до 3 месяцев (июнь-сентябрь).
Наиболее сложной при типизации проблемой является разделение исходной выборки на несколько совокупностей в зависимости от сочетания аномалий предикторов, регулирующих формирование ледовых условий. Для определения генетических границ фона ледовых условий используется прогностическое поле, входящими параметрами в которое являются аномалии предикторов. Характерные для фона аномалии предикторов образуют компактную в генетическом пространстве замкнутую целостность, отделенную от смежного класса некоторой переходной зоной. Эта переходная зона принимается в качестве границы между классами. Несмотря на то, что генетические критерии выделения фона являются статистически формализованной процедурой, идентификация границ между ними невозможна без привлечения профессионального опыта научно-оперативной и прогностической работы. При определенных условиях количественные и пространственные показатели ледового фона, сформировавшегося в июне, корректируются и уточняются синхронными процессами июля-сентября (неблагоприятный дрейф льдов ухудшает ледовые условия, благоприятный – улучшает). В зависимости от особенностей приземного давления (нажимное или отжимное) конкретный фон ледовых условий расщепляется на ледовые типы. Описанная методика генетической типизации ледовых условий является универсальной для всех арктических морей; в каждом однородном районе учитывались также местные особенности формирования ледовых условий.
Оптимальным моментом составления прогноза является период максимального поступления солнечной радиации и начала таяния, когда формируется фон ледовых условий, - июнь (при определенных обстоятельствах этот период может смещаться или к маю, или к июлю). Таким образом, закономерно обусловленная максимальная заблаговременность прогноза составляет около трех месяцев. В случае необходимости прогноз может быть уточнен; наиболее удобный период уточнения - начало августа, когда за счет существенного уменьшения интенсивности летнего таяния заметно увеличивается естественная устойчивость ледовых условий (при этом заблаговременность прогноза составляет не более двух месяцев). При уточнении ледового прогноза особое внимание уделяется особенностям развития атмосферных процессов. Понятно, что при прогнозировании в режиме реального времени оправдываемость, как правило, меньше методической.
Обычно в каждом однородном районе наблюдается формирование 5-7 ледовых типов. Методическая обеспеченность прогноза количества сплоченных льдов составляет 94%, а прогноза их распределения - 89%. Все используемые при прогнозировании предикторы делятся на две части – уже известные к моменту составления прогноза и еще неизвестные, т.е. характеризующие исходное состояние ледяного покрова и синхронные летние процессы. Метод прогноза позволяет оценить вклад начальных и последующих процессов в общую изменчивость ледовых условий арктических морей, который в среднем для всех морей составляет примерно 2 к 1; в западных морях увеличивается вклад исходного состояния, а в восточных – синхронных процессов. Метод прогноза прошел испытания в Центральной методической комиссии по гидрометеорологическим и гелиогеофизическим прогнозам при Гидрометцентре России. Для юго-западной и северо-восточной части Карского моря прогноз количества и распределения сплоченных льдов заблаговременностью 1-3 месяца (рис. 5) показал эффективность прогностических показателей, как по количеству, так и по распределению.
Рис. 5. Пример прогностического (а) и фактического (б) положения границы сплоченных льдов в юго-западной и северо-восточной части Карского моря
Для моря Лаптевых в связи с большим влиянием синхронных процессов, эффективная заблаговременность успешного прогноза уменьшается до 1-2 месяцев. То же и для Восточно-Сибирского и Чукотского морей, где разработанный прогноз наиболее эффективен при предвидении на вторую половину летней навигации. Средняя оправдываемость всех прогнозов за период испытаний составила: для количества сплоченных льдов 84% при эффективности 20%, а для распределения сплоченных льдов 86% при эффективности 10% (табл. 2). По результатам успешных испытаний методы прогноза рекомендованы для использования в научно-оперативной практике ААНИИ для всех арктических морей. Подготовлено специальное программное обеспечение, позволяющие представлять прогнозы распределения сплоченности льдов в удобном для потребителя картированном виде.
Таблица 2 – Оправдываемость (%) и эффективность (%) долгосрочных ледовых прогнозов в арктических морях России
| Море | Площадь сплоченных льдов | Распределение сплоченных льдов | ||
| оправдываемость | эффективность | оправдываемость | эффективность | |
| ЮЗКМ | 88 | +22 | 84 | +7 |
| СВКМ | 84 | +27 | 84 | +13 |
| МЛ | 80 | +16 | 91 | +10 |
| ВСМ+ ЧМ | 84 | +17 | 87 | +9 |
| Всего | 84 | +20 | 86 | +10 |
Заключение
Итогом диссертационной работы является обобщение особенностей и закономерностей формирования и распределения льдов по пространству арктических морей России, а также дальнейшее развитие методов долгосрочного ледового прогнозирования. Основные результаты сформулированы в виде нескольких выводов.
1. Пространственные особенности в распределении льдов являются важнейшим свойством арктических морей России и могут быть разделены на несколько рангов в зависимости от масштаба рассмотрения географических подробностей: крупномасштабного, регионального, локального, местного и т.д. Районирование арктической акватории по ледово-географическим признакам является отражением пространственной неоднородности ледяного покрова и служит эффективным инструментом при исследовании особенностей формирования и распределения ледовых характеристик.
2. В результате выполненного районирования арктическая акватория России разделена на три таксономических уровня. Первый (крупномасштабный) уровень имеет преимущественно морфометрический признак выделения: крайняя южная часть Северного Ледовитого океана, прилегающая к побережью Евразии, обособлена от остальной акватории возвышением подводного рельефа. Второй (региональный) уровень районирования имеет преимущественно географический признак выделения: крупные острова и архипелаги делят зональную полосу шельфа на отдельные меридиональные сегменты - арктические моря. Третий (локальный) уровень районирования имеет преимущественно ледовый признак выделения: ледяной покров каждого из морей характеризуется очевидной неоднородностью (льды адвективные и местные, льды припайные и дрейфующие, льды разной толщины), которая определяет свойственную каждому морю пространственную последовательность разрежения льдов и очищения акватории. В зависимости от режима повторяемости сплоченных льдов и чистой воды, арктические моря России разделены на 15 естественных однородных ледовых районов: юго-западная часть Карского моря на 3 района, северо-восточная часть Карского моря на 5 районов, море Лаптевых на 4 района, Восточно-Сибирское и Чукотское моря на 3 района.
3. В каждом из районов полностью реализуются присущие ему особенности сезонного разрежения льдов и очищения акватории, отличные от смежных акваторий. Однородные районы арктических морей имеют характерные природные различия, связанные со своеобразием орографии акватории (извилистость береговой линии, врезанность полуостровов, наличие крупных заливов, островов и т.д.), разнообразием глубин (наличие глубоководной впадины, вклинивание желобов, продолжение океанического склона), расположением припая и заприпайных полыней, открытой границы с Арктическим бассейном и т.д. Физико-географическая обоснованность проведенного районирования сибирского шельфа дополняется статистическими различиями ледовых условий однородных районов в пределах географически целостной единицы арктического моря. При необходимости могут быть рассмотрены и следующие по нисходящей уровни районирования (зоны, участки и т.д.).
4. Формирование локальных ледовых аномалий зависит от физико-географического своеобразия однородных районов. В каждом море вся совокупность особенностей пространственного разрежения льдов и очищения акватории сведена в несколько типовых вариантов, которые устойчиво сохраняются в течение всего летнего сезона. Устойчивость является фундаментальным свойством арктических морей и выражается в сохранении пространственных и количественных ледовых аномалий; она не является постоянной, но меняется в соответствии с региональной географией и спецификой ледовых условий.
5. Анализ локальных особенностей пространственного распределения сплоченности льдов в арктических морях, состоящих из нескольких однородных районов, проведен с использованием ледовой классификации. Все сезонное разнообразие ледовых условий в море сведено в несколько характерных классов; классификация способна воспроизводить практически весь наблюдаемый диапазон природной изменчивости. Ведущей причиной формирования экстремально тяжелых и легких классов являются аномалии сроков начала таяния льдов (вклад 50%) и определяющие пространственный вариант очищения воздушные переносы и дрейф льдов в мае-июне (вклад 27%). Каждое море характеризуется региональными особенностями, при этом общей закономерностью является увеличение влияния исходной толщины на западе и синхронных летних переносов – на востоке.
6. Региональные и крупномасштабные особенности ледовых аномалий в смежных арктических морях и на суммарной акватории арктического мелководья соответствуют природной специфике сибирского шельфа. Для пространственной изменчивости попарно смежных морей характерной является формирование ледовой оппозиции, когда по разные стороны общей границы наблюдаются ледовые аномалии противоположного знака. Возможность долгосрочного предвидения формирования аномально однородных классов выше, чем аномально оппозиционных классов. Это связано с различиями во влиянии начальных и синхронных условий: однородные классы больше зависят от тепловых предикторов - исходной толщины льдов и сроков начала таяния (66% изменчивости), а оппозиционные классы больше зависят от динамических - синхронных воздушных переносов июня-августа (59% изменчивости).
7. Ведущей режимной особенностью сибирского шельфа является статистическая независимость формирования ледовитости в арктических морях. Для учета наиболее важных пространственных особенностей можно сократить количество единиц деления суммарной акватории до трех частей, разделенных Северной Землей и Новосибирскими о-вами. В зависимости от сочетаний знака ледовой аномалии в трех фрагментах все многообразие ледовых условий можно свести в 8 классов с характерными особенностями распределения льдов. Каждому классу свойственен свой, индивидуальный генетический сценарий формирования, охватывающий всю суммарную акваторию, который имеет региональные проявления в каждом море.
8. Формирование крупномасштабных и региональных ледовых аномалий имеет причиной особенности в распределении приземного давления воздуха в Арктике. Пространственное постоянство знака ледовой аномалии наблюдается при расположении циклона или антициклона на северной границе арктических морей или разнонаправленных барических тенденциях в западных и восточных акваториях, которые вызывают крупномасштабный перенос с юга на север и с севера на юг на всем протяжении сибирского шельфа. Ледовая оппозиция связана со стационированием на меридиане моря Лаптевых (над морем или над сушей) атмосферного образования, на западной и восточной периферии которого формируются противоположные по направлению природные тенденции.
9. Крупномасштабные особенности распределения ледовых аномалий арктических морей позволяют расширить и углубить представления о многолетних природных изменениях. Наиболее важная пространственная многолетняя тенденция заключается в смещении региона наибольшей изменчивости с западных арктических морей в 1930-60-е гг. (западное колебание) на восточные арктические моря в 1970-00-е гг. (восточное колебание). Каждое из ледовых колебаний состоит из двух стадий, чередующихся по знаку ледовых аномалий: сначала легкие условия (1930-50-е гг.) сменились тяжелыми (1960-е гг.) при западном колебании, а затем тяжелые условия (1970-80-е гг.) смелись легкими (1990-2000-е гг.) при восточном колебании.
10. Имеющийся ряд наблюдений с начала 1930-х гг. может быть разделен на несколько временных интервалов, так, чтобы в каждом из них отмечалась одна, преобладающая комбинация знаков ледовых аномалий между арктическими морями. Как показывает анализ, существует многолетнее преобразование, в соответствии с которым длительный период преобладания ледовой оппозиции (1932-47 гг. и 1973-94 гг.) сменяется периодом преобладания ледовой однородности (1948-72 гг. и 1995-08 гг.), и наоборот. Внутри указанных периодов также существуют характерные преобразования: а) для оппозиции - смещение границы оппозиции с запада на восток, и б) для однородности - чередование легких и тяжелых ледовых условий. Средняя продолжительность элементарных подпериодов составляет около 11 лет.
11. Одной из возможных причин многолетних изменений в пространственном распределении ледовых аномалий может быть регулирующее воздействие со стороны солнечной активности. Существует характерная 10-летняя ритмичность повторяемости ледовой оппозиции в солнечном цикле. При усилении солнечной активности наблюдается смещение области наибольших барических изменений к востоку от Северной Земли, что сопровождается увеличением повторяемости оппозиции. При ослаблении солнечной активности область наибольших барических изменений смещается к западу от Северной Земли, что уменьшает повторяемости оппозиции. Связь между годовыми значениями числа Вольфа и сезонной сплоченностью льдов показывает, что в арктических морях – наряду с обширными акваториями отсутствия корреляции – существуют статистически значимые и противоположно направленные солнечно-ледовые корреляции: усиление солнечной активности сопровождается фоновым увеличением ледовитости в Карском море и уменьшением – в Восточно-Сибирском море.
12. Установленные и уточненные пространственные особенности распределения сплоченности льдов алгоритмизированы в виде метода долгосрочного прогноза, который соответствует существу природных закономерностей: устойчивое существование сезонных типов ледовых условий и локальное своеобразие формирования ледяного покрова на акватории однородных районов. Все природные факторы, влияющие на ледовую изменчивость, можно разделить на две части: универсальные, влияние которых более или менее постоянно во всех арктических морях и региональные, влияние которых зависит от местной ледово-географической специфики. Как следствие, возможно создание универсального прогностического алгоритма, который в конкретных природных условиях адаптируется в зависимости от регионального и локального ледового режима акватории.
13. Разработан метод локально-генетической типизации, который позволяет в каждом однородном районе арктических морей прогнозировать сезонный тип ледовых условий с характерным количеством и распределением льдов на основе сочетаний аномалий типообразующих предикторов (толщина и возрастной состав ледяного покрова, сроки начала таяния льдов, пространственный вариант очищения акватории, синхронные воздушные переносы и дрейф льдов). Прогноз для однородных районов является основой обобщенного прогноза любой сложносоставной акватории, состоящей из нескольких однородных районов или морей; методическая обеспеченность прогноза количества сплоченных льдов по критерию 0,8 составляет 94%, а прогноза распределения сплоченных льдов - 89%.
14. Метод долгосрочного ледового прогноза в арктических морях подвергнут экспертной проверке в рамках работ Центральной методической комиссии по гидрометеорологическим и гелиогеофизическим прогнозам при Гидрометцентре России. По результатам успешных испытаний рекомендованы для использования в научно-оперативной практике ААНИИ следующие методы долгосрочных ледовых прогнозов: прогноз количества и распределения сплоченных льдов в юго-западной и северо-восточной части Карского моря заблаговременностью 1-3 месяца, прогноз количества и распределения сплоченных льдов в море Лаптевых заблаговременностью 1-2 месяца, прогноз количества и распределения сплоченных льдов в Восточно-Сибирском и Чукотском морях заблаговременностью 1-2 месяца. Для наглядного отображения ледовых условий подготовлено специальное программное обеспечение, позволяющее представлять в картированном виде среднетиповые и среднекласовые поля распределения сплоченности ледяного покрова по пространству арктических морей, которые можно использовать как иллюстративный материал в прогностических и диагностических целях.
Основное содержание диссертации отражено в следующих работах:
1. Прогноз сезонного хода площади сплоченных льдов в Карском море // Тезисы докладов Всесоюзной конференции “Морские льды и хозяйственная деятельность на шельфе”. – Мурманск. – 1989. – C. 55–56. (соавторы В.А. Спичкин, А.Б. Тюряков).
2. Гидрометеорологические условия, соответствующие разъединению и соединению Североземельского и Карского ледяных массивов в летнее время // Труды ААНИИ. – 1990. – т. 423. – С. 50–58.
3. Однородные районы северо-восточной части Карского моря // Труды АНИИ. – 1990. – т. 423. – С. 6–16. (соавтор В.А.Спичкин).
4. Анализ особенности летнего уменьшения площади ледяных массивов в Новосибирском районе // Труды ААНИИ. – 1990. – т. 423. – С. 36–49. (соавторы В.А.Спичкин, А.В.Юлин).
5. Закономерности формирования и долгосрочный прогноз ледовых условий в северо-восточной части Карского моря в летний период: Дисс. на соис. уч. степ. канд. геогр. наук. – Спб. – 1991. – 179 с.
6. Иерархическое районирование морей сибирского шельфа по ледово-географическим признакам // Тезисы докладов I Международной конференции "Освоение шельфа арктических морей России". – Спб.: СПГТИ. – 1993. – С. 60–61. (соавтор В.А.Спичкин).
7. Season variability and their variations in the region of mastering of the Barents and Kara seas // Proc. of the First International Conference on Development of the Russian Arctic Offshore (RAO-93). – St. Petersburg, STU. – 1994. – Р. 110–121. (co-authors Ye.U. Mironov, V.A. Spichkin.).
8. Долгосрочный прогноз распределения сплоченных льдов в северо-восточной части Карского моря // Труды ААНИИ. – 1994. – т. 432. – С. 107–118.
9. Типовые изменения площади сплоченного ледяного покрова как неравновесный процесс // Труды ААНИИ. – 1994. – т. 432. – С. 164–194.
10. Метод локально-генетической типизации ледовых условий // Труды ААНИИ. – 1994. – т. 432. – С. 146–163. (соавтор В.А.Спичкин).
11. Ледовый режим арктических морей России – В кн. “Руководство для сквозного плавания судов по Северному морскому пути”. – Спб.: Изд-во ГУНиО МО. – 1995. – С. 51–68. (соавторы А.Я. Бузуев, В.Ф. Захаров, Е.И. Макаров, В.А. Спичкин, А.Б. Тюряков, С.В. Фролов).
12. Особенности изменений летних ледовых условий Карского моря в последние годы // Тезисы докладов Российско-норвежского рабочего совещания-95. – Спб.: ротпр. ААНИИ. – 1995. – С. 80–81. (соавтор В.А. Спичкин).
13. Обзор опасных ледовых явлений на шельфе Карского и Баренцева морей // Тезисы докладов II Международной конференции "Освоение шельфа арктических морей России". – Спб.: СПГТИ. – 1995. – С. 134–135. (соавтор В.А. Спичкин).
14. Оценка средней и максимальной толщины ровного ледяного покрова на шельфе Баренцева и Карского морей // Тезисы докладов II международной конференции "Освоение шельфа арктических морей России". – Спб.: СПГТИ. – 1995. – С. 163–165. (соавторы В.А. Спичкин, Е.У. Миронов, А.Б. Тюряков).
15. The use of local-genetic methods for ice distribution forecasting in summer for providing support to shipping and engineering activities in the Kara sea // Proc. POAC'95. – St. Petersburg. – 1995. – vol. 3. – Р. 131–140. (co-author V.A. Spichkin).
16. Особенности изучения морских льдов для обеспечения работ на арктическом шельфе // Проблемы Арктики и Антарктики. – 1995. – вып. 69. – С. 53–63. (соавторы В.А. Спичкин, Е.У. Миронов).
17. Структурно-статистическая классификация ледовых условий северо-восточной части Карского моря // Труды ААНИИ. – 1997. – т. 437. – С. 72–82. (соавтор В.А. Спичкин).
18. Однородные ледовые районы Восточно-Сибирского и Чукотского морей // Труды ААНИИ. – 1997. – т. 437. – С. 61–71.
19. Долгосрочные ледовые прогнозы для обеспечения строительства в Байдарацкой губе // Рефераты докладов III международной конференции "Освоение шельфа арктических морей России". – Спб. – 1997. – С. 122–123 (соавтор В.А. Спичкин).
20. Ледовые условия Байдарацкой губы. – Природные условия Байдарацкой губы. Основные результаты исследований для строительства подводного перехода системы магистральных газопроводов Ямал - Центр. – М.: ГЕОС. – 1997. – C. (2.3)1-12. (соавтор В.А. Спичкин).
21. Морские льды и их воздействие на дно в районе подводного трубопровода через Байдарацкую губу // Рефераты докладов III международной конференции "Освоение шельфа арктических морей России". – Спб. – 1997. – С. 192–193. (соавторы А.В. Клепиков, В.Н. Малек, И.В. Степанов, О.Я. Тимофеев, В.А. Спичкин).
22. Снижение размерности при анализе и прогнозе ледовых условий в юго-западной части Карского моря // Труды ААНИИ. – 1999. – т. 438. – С. 83–99. (соавтор В.А.Спичкин).
23. Устойчивость ледяного покрова различной сплоченности и долгосрочное прогнозирование // Труды ААНИИ. – 1999. – т. 438. – С. 99–116. (соавтор В.А.Спичкин).
24. Ice geographical>
25. Структурная классификация распределения льдов юго-западной части Карского моря для обеспечения эксплуатации инженерных сооружений в летний период // Рефераты докладов IV международной конференции "Освоение шельфа арктических морей России". – Спб. – 1999. – С. 152–153 (соавтор В.А. Спичкин).
26. Магнитная ритмичность Солнца и ожидаемое ухудшение ледовых условий арктических морей России в начале XXI века // Сборник докладов 4-ой Российской научно-технической конференции “Современное состояние, проблемы навигации и океанографии” (‘НО-2001’). – Спб. – 2001. – т. 2. – С. 328–331.
27. Ice anomaly formation in the Siberian shelf seas and the 11-year cycle of the solar activity // POAC’01. – Ottawa, Canada. – 2001. - Р. 121–126.
28. Гелиомодулированная барическая волна в приземной атмосфере Арктики и изменения полярного климата в 20-м веке // Тезисы докладов научной конференции по результатам исследований в области гидрометеорологии и мониторинга загрязнения природной среды в государствах-участниках СНГ, посвященная 10-летию образования Межгосударственного совета по гидрометеорологии. Секция 2. Гидрологические и океанографические наблюдения, оценка и прогноз гидрологических и океанографических условий. – Спб. – 2002. – С. 190–193. (соавторы Е.У. Миронов, Ю.А.Горбунов, С.В. Клячкин, С.М.Лосев, А.В. Юлин).
29. Новые методы ледовых прогнозов различной заблаговременности в арктических морях // Тезисы докладов научной конференции по результатам исследований в области гидрометеорологии и мониторинга загрязнения природной среды в государствах-участниках СНГ, посвященная 10-летию образования Межгосударственного совета по гидрометеорологии. Секция 2. Гидрологические и океанографические наблюдения, оценка и прогноз гидрологических и океанографических условий. – Спб. – 2002. – С. 229–232.
30. Диагностическая и прогностическая информационная продукция о состоянии ледяного покрова в российских арктических морях // Тезисы докладов конференции “Информационные ресурсы об океане - актуальные проблемы формирования, распространения и использования в научных исследованиях и в морской деятельности”. – М. – 2002. – С. 169–171. (соавтор А.В.Юлин).
31. Солнечная активность и формирование ледовой оппозиции в арктических морях России // Тезисы докладов итоговой сессии Ученого совета ААНИИ по результатам работ 2002 г. – Спб. – 2003. – С. 35–36.
32. Долгосрочный прогноз количества и распределения сплоченных льдов в море Лаптевых в летний период // Информационный сборник ГМЦ РФ “Результаты испытания новых и усовершенствованных методов гидрометеорологических прогнозов”. – № 29. – 2002. – С. 120–136.
33. Солнечный цикл и многолетняя барическая волна в приземной атмосфере Арктики // Доклады Академии наук. – 2003. – т. 393. – № 3. – С. 402–406.
34. Гелиомодулированная барическая волна и арктическая осцилляция // Тезисы докладов итоговой сессии Ученого совета ААНИИ по результатам работ 2002 г. – Спб. – 2003. – С. 53–54.
35. Специализированная информационная система для обеспечения морских операций на акватории арктических морей России // Рефераты докладов VI международной конференции "Освоение шельфа арктических морей России". – Спб. – 2003. – C. 258–259. (соавторы В.Т.Соколов, И.М.Ашик, И.В.Лавренов, О.С.Девятаев, А.В.Юлин, В.Г.Смирнов).
36. Солнечная активность, барическая волна в приземной атмосфере Арктики и многолетние изменения арктической осцилляции // Метеорология и гидрология. – 2004. – № 2. – С. 27–37.
37. Солнечная активность как возможная причина многолетней изменчивости площади морских льдов в Арктике // XIII Гляциологический симпозиум. Сокращение гляциосферы: факты и анализ. – Тезисы докладов. – Спб. – 2004. – С. 67.
38. Об одной возможности вероятностной интерпретации ледовых прогнозов (на примере прогноза дат достижения морским льдом толщины 20-25 см в арктических морях) – // Труды ААНИИ. – 2004. – т. 449. – С. 331–355. (соавтор В.Г. Дмитриев).
39. Rhythm of solar-modulated baric wave within the surface layer of Arctic atmosphere and variability of the Arctic Oscillation // Arctic Climate System Study (ACSYS). Progress in Understanding the Arctic Climate System: The ACSYS Decade and Beyond. Proceedings of the ACSYS Final Science Conference. – St. Petersburg, Russia. – 11-14 Nov. 2003. – WCRP-118 (CD); WMO/TD № 1232. – September 2004.
40. Солнечная активность и многолетние изменения приземного давления воздуха в северной полярной области // Геомагнетизм и аэрономия. – 2004. – т. 44. – № 5. – С. 683–689.
41. Солнечно обусловленные барические колебания в Арктике и многолетняя повторяемость ледовой оппозиции в арктических морях России // Доклады Академии наук. – 2005. – т. 401. – № 2. – С. 242–247.
42. Долгосрочный прогноз сроков ледообразования в юго-западной части Карского моря // Информационный сборник ГМЦ РФ. – № 31. – 2005 г. – С. 120–136.
43. Солнечно обусловленные изменения приземного давления воздуха в Арктике и многолетние особенности распределения льдов в арктических морях России в летний период // Метеорология и гидрология. – 2005. – № 8. – С. 14–24.
44. Особенности сезонных и межгодовых изменений состояния ледяного покрова Карского моря / В книге: Ледяные образования морей Западной Арктики. – Спб.: ААНИИ, 2006. – с. 26–46.
45. Пространственное распределение ледовых условий в арктических морях России // Тезисы докладов Научной конференции ”Моря высоких широт и морская криосфера”. – 25-27 октября 2007 г., Санкт-Петербург, ААНИИ. – С. 43–44.
46. Солнечный цикл и два режима многолетнего изменения приземного давления в высоких и умеренных широтах северного полушария Земли в зимний период // Доклады Академии Наук. – 2007. – т. 414. – № 3. – С. 402-407.
47. Пространственно-временная изменчивость распределения морских льдов на трассах СМП: прошлое, настоящее, будущее // Тезисы докладов Международной научно-практической конференции ”75 лет с начала планомерного изучения и развития Севморпути” в рамках мероприятий МПГ 2007/08. – 21-22 февраля 2008 г., Санкт-Петербург, Россия. – С. 53–55.
48. Многолетние особенности пространственного распределения ледовых аномалий по акватории арктических морей России в течение 1930-2000 гг. // Проблемы Арктики и Антарктики. – № 1 (78). – 2008. – 143–150.
49. Два варианта колебаний приземного давления во внетропической зоне Северного полушария в зависимости от многолетних изменений солнечной активности // Метеорология и гидрология. – 2008. – № 10. – С. 9–23.
Ротапринт ААНИИ. Заказ №. Тираж 100 экз.
28.01.2010 г.
