Метеорологические и геофизические исследования

Г. В. Алексеев, 2011

Том «Метеорологические и геофизические исследования» входит в состав серии «Вклад России в Международный полярный год 2007/08». Том включает результаты исследований метеорологических, геофизических и климатических условий в Северной и Южной полярных областях в период МПГ 2007/08 в сравнении с условиями в предшествующий период инструментальных наблюдений.

Г.В. Алексеев

Введение: о работах по направлению «Метеорологические и геофизические исследования»

(Арктический и антарктический научно-исследовательский институт, Санкт-Петербург, Россия)

Том «Метеорологические и геофизические исследования» входит в состав серии «Вклад России в Международный полярный год 2007/08». Том включает результаты исследований метеорологических, геофизических и климатических условий в Северной и Южной полярных областях в период МПГ 2007/08 в сравнении с условиями в предшествующий период инструментальных наблюдений. Международный полярный год дал уникальные возможности для получения новых экспериментальных данных об окружающей среде полярных областей планеты.

Полярные области являются важными частями климатической системы Земли. Они, особенно Арктика, тесно связаны с глобальной системой переносами тепла, влаги, соли и воды циркуляцией атмосферы и океана. Здесь формируются усиленные этими взаимосвязями изменения климата, среди которых особое внимание привлекает деградация морских льдов. Одновременно для полярных областей пока не удается получить хорошего согласия между наблюдениями и глобальными моделями климата, в которых главная роль отводится росту концентрации парниковых газов в атмосфере.

На основе собранных данных анализируются особенности состояния климатической системы в первое десятилетие XXI столетия и в период проведения МПГ 2007/08 в сравнении с ее состоянием в предшествующий период и с оценками по расчетам на глобальных моделях климата. Проведен анализ климатических режимов и их изменений в полярных и субполярных регионах на основе модельных расчетов разной степени детальности в сопоставлении с данными наблюдений, реанализа и реконструкций. Даны оценки роли естественных и антропогенных факторов в изменениях климата высоких широт в последние десятилетия.

Представлен обзор результатов выполнения трех крупных междисциплинарных кластеров Международного полярного года в Южной полярной области. Выполнены оценки трендов климатических параметров Южной полярной области за период инструментальных наблюдений с учетом данных МПГ. Расчеты показали, что, несмотря на заметные проявления потепления в Западной Антарктике, метеорологический режим Антарктиды в целом остается в пределах естественной изменчивости атмосферных процессов.

Палеоклиматические реконструкции, основанные на изучении спорово-пыльцевых спектров рыхлых отложений в циркумполярной Арктике, полученных в период МПГ, показали, что время наступления похолоданий и потеплений в различных частях Арктики различно.

В рамках работ Российской антарктической экспедиции (РАЭ) выполнялись измерения концентрации углекислого газа и метана в приземном воздухе в Антарктиде на станции Новолазаревская (70°46’ ю.ш., 11°50’ в.д.).

Для оценки состояния озонового слоя в атмосфере Арктики и Антарктики проводились наблюдения за общим содержанием озона (ОСО) на российских стационарных станциях и на научно-экспедиционных судах (НЭС) во время их рейсов в Антарктиду и Арктику. Сопоставление вновь полученных данных с результатами наблюдений в предшествующие десятилетия позволяет говорить об уменьшении степени проявления весенней отрицательной аномалии ОСО в Антарктиде.

Выполненные модельные расчеты показали, что к 2050-му году еще не произойдет восстановления общего содержания озона до уровня 1970-го года. Концентрация тропосферного озона возрастет на 10–15 %, а дефицит массы озона для атмосферы Земли в целом по сравнению с 1970 годом при этом составит 2 %.

Для радиационного баланса системы «Земля-атмосфера» важна роль аэрозольных примесей в атмосфере. Они ослабляют потоки прямой солнечной радиации, приходящей к поверхности, активно участвуют в процессах конденсации водяного пара, приводят к изменению характеристик облачного покрова, т. е. к изменению суммарного альбедо облачного покрова Земли. Суммарный прямой эффект влияния аэрозольной составляющей на радиационное выхолаживание атмосферы оценивается величиной от — 0,9 до — 0,1 Вт/м². В среднем это компенсирует 1/3 величины радиационного прогрева атмосферы за счет углекислого газа (IPCC 2007).

Особое значение имеют относительно редкие исследования аэрозольной составляющей в наиболее чистых районах, таких как Антарктида и Южный океан, которые удалены от основных источников генерации природного и антропогенного аэрозоля. Данные, полученные здесь, позволяют оценить свойства и тенденции изменения глобального фонового аэрозоля. В настоящее время величины аэрозольного ослабления солнечной радиации в Антарктиде были и остаются одними из самых низких на Земле. Они стабильны в пределах их естественной изменчивости. Это свидетельствует о том, что атмосфера Антарктиды до сих пор практически не подвержена загрязнению аэрозолем антропогенного происхождения.

В Арктике, в отличие от Антарктики, имеются очаги аэрозоля антропогенного происхождения. «Дыхание» этих источников чувствуется над российскими арктическими морями, в центральной Арктике и над северными территориями американского материка. Современные изменения характера атмосферной циркуляции и режима осадков в Северной полярной области не могли не повлиять на уровень загрязнения воздуха и подстилающей поверхности в Арктике. Поэтому в рамках МПГ 2007/08 были выполнены исследования пространственных и временных закономерностей переноса воздушных масс и антропогенных аэрозольных составляющих.

На протяжении ряда предшествующих МПГ лет проводилось изучение пространственно-временной изменчивости параметров аэрозольных частиц в приводном слое морей Арктики. Эти исследования были продолжены в рамках проекта Международного полярного года 2007/08 «Эоловый и ледовый перенос и потоки вещества (включая экотоксиканты) в Арктике». Они позволили получить количественные характеристики массовой и счетной концентрации аэрозоля, массовой концентрации микрокристаллического углерода и ионного состава приводного аэрозоля.

Исследования в верхней атмосфере включали исследования состояния ионосферы в восточно-азиатском регионе во время геомагнитных возмущений. Для анализа вариаций ионосферных параметров использованы данные ионосферных станций наклонного зондирования на трассах Магадан-Иркутск и Норильск-Иркутск и измерения полного электронного содержания (ПЭС) на сети наземных приемников GPS. Уделено также внимание глобальным колебаниям магнитосферы. При этом важно, что период МПГ 2007/08 был периодом глубочайшего минимума солнечной активности, каких не наблюдалось в течение двух столетий, с начала 19-го века.

Исследовалось и воздействие солнечной активности на климатическую систему Земли. Ключевая концепция при этом — влияние гелиогеофизических возмущений на параметры земной климатической системы, управляющие потоком энергии, уходящей от Земли в космос в высокоширотных областях. Выполнено также исследование взаимосвязи интенсивности весенней депрессии озона в Антарктике с квазидвухлетним циклом зонального ветра в экваториальной стратосфере с учетом сезонных закономерностей его эволюции и зависимости от солнечной активности.

В целом, скоординированные широкомасштабные наблюдения в Арктике и Антарктике, выполненные в 2007/08 годах, позволили собрать уникальную коллекцию данных, освещающих состояние климатической системы полярных областей в период глобального потепления. Сравнение вновь полученных данных с изменениями в предшествующий период, а также с изменениями в других районах планеты и с результатами расчетов с использованием глобальных климатических моделей проливает свет на причины наблюдаемых изменений в полярных атмосфере, океане и ближнем космосе.