Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Основные океанографические черты экосистемы баренцева моря и рыбный промысел 12
1.1. Физико-географические особенности экосистемы Баренцева моря (литературный обзор) 12
1.2. Океанографические аспекты рыбного промысла в Баренцевом море) 27
1.3. Методы картографирования распределения рыбных скоплений в Баренцевом море 35
ГЛАВА 2. Материалы и методы исследований 39
2.1. Базы многолетних ежемесячных данных по ледовым условиям и температуре воды 39
2.2. База многолетних данных по ежемесячной и межгодовой пространственной изменчивости российского рыбного промысла в Баренцевом море 41
2.3. Методика расчетов, анализ параметров изменчивости абиотических факторов среды и поиск связей флуктуаций океанографических условий с пространственно-временным распределением промысловых концентраций рыбы 42
2.4. Методика картографирования исходных данных по географии российского рыбного промысла и дифференцированная оценка пространственного распределение плотности концентраций рыбы в Баренцевом море в 1977–2012 гг. 46
ГЛАВА 3. Климатические и сезонные флуктуации океанографических характеристик в баренцевом море 58
3.1. Изменчивость теплового состояния вод Баренцева моря 58
3.2. Межгодовые и сезонные флуктуации ледовых условий Баренцева моря 82
ГЛАВА 4. Влияние изменчивости океанографических условий на рыбный промысел в баренцевом море 127
4.1. Влияние флуктуаций теплового состояния вод 127
4.2. Влияние изменчивости ледовых условий 189
4.3. Влияние других природных факторов 204
ГЛАВА 5. Эколого – географические аспекты промышленного рыболовства в баренцевом море
5.1. Основные объекты российского рыбного промысла в Баренцевом море 229
5.2. Количественная и качественная структура отечественного и зарубежного вылова рыбных ресурсов в Баренцевом море (аналитический обзор) 250
5.3. Изменение географии промысла 258
5.4. Колебания промысловых запасов и объемов российского вылова 270
5.5. Воздействие на ихтиофауну и рыбопромысловую деятельность работ по обустройству и эксплуатации нефтегазовых месторождений в Баренцевом море 282
5.6. Эколого-географические основы морского пространственного планирования (зонирования) в Арктике (на примере Баренцева моря) 295
Заключение 308
Список использованных источников
- Океанографические аспекты рыбного промысла в Баренцевом море)
- Методика расчетов, анализ параметров изменчивости абиотических факторов среды и поиск связей флуктуаций океанографических условий с пространственно-временным распределением промысловых концентраций рыбы
- Межгодовые и сезонные флуктуации ледовых условий Баренцева моря
- Влияние изменчивости ледовых условий
Введение к работе
Актуальность исследования. Рыбный промысел является одной из важнейших составляющих функционирования природо-хозяйственной системы Баренцева моря. География и промышленные масштабы рыбодобычи, в которой участвуют сотни промысловых судов, заняты десятки тысяч людей, обеспечивающих вылов, переработку и транспортировку рыбной продукции, закономерно детерминируют не только общее состояние морской экосистемы Баренцева моря, но и создают релевантные социально-экономические условия проживания в прибрежных регионах. Рациональная эксплуатация морских биоресурсов Баренцева моря на устойчивом уровне в значительной мере способствует решению ряда задач продовольственной безопасности государства.
На состояние экосистемы моря оказывают влияние как природные, так
и антропогенные факторы. Резкие колебания климата и неуправляемая
чрезмерная эксплуатация морских биологических ресурсов могут
генерировать каскадные эффекты вверх по трофической цепи – до высших хищников и вниз – к планктону.
Три фактора изменчивости в рыбном сообществе – климатические флуктуации, перелов и загрязнение – действуют взаимосвязано, но в разных морских экосистемах доминируют в разной степени (Матишов, Денисов и др., 2000; Matishov, Denisov, Dzhenyuk, 2003). В Баренцевом море наиболее значимыми являются первые два фактора.
Автором собран обширный материал по динамике океанографических условий и промышленному рыболовству в Баренцевом море за многие десятилетия. Эти данные требуют всестороннего и углубленного анализа для их более широкого и специализированного практического применения.
Создание новых информационных технологий на рубеже ХХ-XXI веков позволило автоматизировать сбор, хранение и обработку больших массивов данных. Систематизация и обобщение промысловой информации с
применением геоинформационных технологий дает возможность выявить
системообразующие особенности ежемесячных, сезонных и межгодовых
изменений распределения скоплений основных объектов лова в Баренцевом
море, обусловленные как океанографическими, так и эколого-
географическими факторами.
Использование собранного массового регулярного материала позволяет
получить практически полное представление об эволюции рыбопромысловой
деятельности в различные периоды климатических колебаний и
антропогенных нагрузок.
Вопросы рационального использования природных биоресурсов Мирового океана и антропогенного воздействия на его экосистемы входят в число наиболее актуальных в современной океанологии. Поэтому обращение к теме, посвященной океанографическим и эколого-географическим аспектам промышленного рыболовства в Баренцевом море является вполне обоснованным и своевременным.
Объект исследований. Промышленное рыболовство.
Предмет исследований. Пространственно-временная изменчивость рыбного промысла в Баренцевом море под влиянием океанографических и эколого-географическим факторов.
Цель и задачи исследования. Цель работы – выявить закономерности влияния океанографических и эколого-географических факторов на отечественное рыболовство с использованием массовых данных о многолетнем рыбном промысле в Баренцевом море.
Для достижения поставленной цели в работе сформулированы и решались следующие задачи:
– 1. обобщить всю доступную информацию о ледовых и термических условиях, об отечественном промышленном лове в Баренцевом море и динамике запасов основных промысловых рыб;
– 2. с помощью актуализированных баз данных сформировать календари аномалий ледовитости и температуры для годовых биологических циклов основных объектов рыбного промысла;
– 3. на основе составленных календарей установить закономерности
колебаний океанографических условий и выявить связи флуктуаций
абиотических факторов с динамикой промысловых запасов и
пространственно-временной изменчивостью российского рыболовства в Баренцевом море за последние десятилетия (1977–2012 гг.);
– 4. с помощью ГИС технологий создать новый обобщенный атлас российского промысла основных видов рыб и ледовых условий в Баренцевом море;
– 5. на основе материалов атласа установить новые устойчивые локализации и траектории миграций основных промысловых видов рыб в зависимости от океанографических условий с акцентом на экстремальные климатические ситуации;
– 6. выполнить анализ количественного и качественного (видового) состава российского вылова в различные по тепловым условиям и промысловым запасам периоды;
– 7. проанализировать влияние антропогенных факторов на отечественное рыболовство, динамику запасов и выбор оптимальных районов рыбного промысла как главного элемента рационального природопользования в Баренцевом море.
Научная новизна. Предложен новый подход к изучению влияния абиотических факторов на динамику рыбных промысловых запасов, основанный на анализе этого влияния в пределах годовых биологических циклов, а не в рамках календарных лет.
Впервые рассчитаны параметры изменчивости океанографических
факторов для годовых биологических циклов основных промысловых рыб
Баренцева моря (треска и пикша) и на их основе созданы соответствующие
календари аномалий температуры и ледовитости.
Выявлены связи локальной ледовитости различных районов моря с
динамикой формирования промысловых запасов трески и пикши, а также
пространственно-временной изменчивостью российского рыболовства
(распределение и плотность скоплений, объемы вылова и удельный вес участков лова). Установлено, что межгодовая динамика промзапасов, распределение концентраций рыбы и промысловое значение районов лова может оцениваться по показателям ледовитости.
На основе данных обработки и обобщения многолетней массовой промысловой информации и океанографическим условиям среды с применением ГИС технологий создан новый электронный атлас ежемесячного отечественного промысла основных объектов рыболовства (треска, пикша, мойва, сайка) на акватории Баренцева моря и сопредельных вод Норвежского и Гренландского морей в 1977-2012 гг. Впервые на картах Атласа показана плотность скоплений рыбы (в тоннах на кв. милю) для всех промысловых квадратов, в которых велся лов с месячной дискретностью за весь рассмотренный 36-летний период отечественного рыболовства.
Впервые выполнен анализ влияния сейсмичности на распределение и плотность промысловых скоплений рыбы в Баренцевом море.
Практическая значимость. Проведенные автором систематизация и обобщение данных по географии современного (1977-2012 гг.) промысла основных представителей рыбного сообщества в Баренцевом море позволяют проследить изменяющуюся по месяцам картину распределения промысловых скоплений рыбы за рассматриваемый период и дают возможность подбирать годы аналоги для планирования предстоящей рыболовной деятельности.
Выявленные связи между основными абиотическими факторами и
динамикой промысловых запасов главных объектов лова имеют
прогностический потенциал и могут быть использованы как
вспомогательный материал в практике составления рыбопромысловых рекомендаций и прогнозов.
Материалы по российскому промыслу трески в Баренцевом море за
1977-2006 гг., были опубликованы в виде Атласа в 2009 г. (Жичкин, 2009),
который в настоящее время используется в практической деятельности ряда
рыболовных компаний Мурманской области, а также в качестве учебного
пособия на кафедре промысловой океанографии РГГМУ (г. Санкт-
Петербург). Материалы нового Атласа могут быть использованы
специалистами рыбодобывающих флотов, научными сотрудниками,
преподавателями и студентами рыбохозяйственных ВУЗов в качестве справочной информации для решения комплекса задач промысловой океанологии и в практике рыбопромысловой деятельности. Значительная часть материалов нового Атласа (за период с 1977 по 2010 гг.) в качестве отдельных разделов по ледовым условиям и рыбному промыслу в Баренцевом море вошла в Атлас климатических изменений больших морских экосистем (БМЭ) Северного полушария, созданный ММБИ и ЮНЦ РАН в 2014 г. (Матишов и др., 2014).
Положения, выносимые на защиту:
-
Период, выбранный для выявления и анализа связей между абиотическими факторами и пространственно-временной изменчивостью рыбного промысла (1977–2012 гг.) охватывает временные отрезки двух фаз климатических колебаний: окончание холодной (биоциклы 1977/78–1988/89 гг.) и современную теплую (начиная с биоцикла 1989/90 гг.), которая длится уже четверть века и, по – видимому, приближается к своему завершению.
-
В современный период потепления (1990–2012 гг.) наиболее заметные изменения в направлениях миграций и распределении концентраций трески и пикши произошли в пределах высокоширотных районов моря.
-
Выявленная обратная связь между промысловым значением высокоширотных районов Баренцева моря во втором полугодии и
аномалиями ледовитости в предшествующем промыслу первом полугодии имеет прогностический потенциал.
4. Эколого-географический анализ многолетней массовой промысловой информации дает возможность оценить изменчивость промышленного рыболовства в Баренцевом море на различных этапах климатических флуктуаций и антропогенных нагрузок.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и
обсуждались на: Международной научной конференции «Большие морские
экосистемы России в эпоху глобальных изменений (климат, ресурсы,
управление)» (Ростов-на-Дону, 2007 г.); VIII Всероссийской конференции
«Природа шельфов и архипелагов европейской Арктики» (Мурманск, 2008
г.); Международной научной конференции «Природа морской Арктики:
современные вызовы и роль науки» (Мурманск, 2010 г.); Международной
научной конференции «Природа шельфа и архипелагов Европейской
Арктики» (Мурманск, 2010 г.); III, IV, V и VI Всероссийских морских
научно-практических конференциях «Арктика 2010, 2012, 2014 и 2015»
(Мурманск, 2010-2015 гг.); Международной научной конференции
«Глобальные климатические процессы и их влияние на экосистемы
арктических и субарктических регионов» (Мурманск, 2011 г.);
Международной научно-практической конференции «Barents 2033»
(Киркенес, Норвегия, 2012); Международных научных конференциях «Arctic
Frontiers 2011», «Arctic Frontiers 2013», «Arctic Frontiers 2015», (Тромсе,
Норвегия, 2011; 2013, 2015 гг.); Международной конференции «Рыболовство
в Арктике: современные вызовы, международные практики, перспективы»
(Мурманск, 2014 г.), Всероссийской конференции «Состояние арктических
морей и территорий в условиях изменения климата» (Архангельск, 2014);
Международной научной конференции «Арктическое морское
природопользование в ХХI веке – современный баланс научных традиций и инноваций» (Мурманск, 2015 г.).
Личный вклад автора. Автор лично принимал участие во многих научно-
исследовательских и научно-промысловых экспедициях управления
«Севрыбпромразведка» (СРПР) в Баренцевом, Норвежском и Гренландском
морях (1978-1988 гг.) в которых, наряду с океанографическими материалами,
проводил сбор и обработку рыбопромысловой информации. На протяжении
1983–2001 гг. принимал непосредственное участие в составлении
ежемесячных Обзоров СРПР о промысловой обстановке в Баренцевом море и
районах Атлантики, материалы которых были использованы автором в
настоящей работе. В Мурманском морском биологическом институте
автором создана электронная база многолетних данных по ежемесячной и
межгодовой пространственной изменчивости российского промысла
основных видов рыб (трески, пикши, мойвы и сайки) в Баренцевом море за
1977–2012 гг. Сформирована электронная база данных по ледовитости
Баренцева моря за период 1899–2014 гг. Создана электронная база данных по
ледовым условиям отдельных (локальных) частей Баренцева моря за 1977–
2014 гг. Создан новый электронный «Атлас российского промысла основных
видов рыб (треска, пикша, мойва, сайка) и ледовых условий в Баренцевом
море за период с 1977 по 2012 гг.»
Количество и характеристика публикаций. Материалы исследований по теме опубликованы в 57 печатных работах, статьях и докладах в отечественных и зарубежных изданиях, включая 16 статей в отечественных изданиях рекомендованных перечнем ВАК, и 2 монографиях. Список литературы включает 501 источник, в том числе 120 – на иностранных языках.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы и приложения. Объем текстовой части (без списка литературы) составляет 310 страниц, 17 таблиц, 187 рисунков. Благодарности. Автор выражает глубокую благодарность за помощь, ценные советы, критические замечания и консультации академику РАН
Г.Г. Матишову, коллегам из Мурманского морского биологического
института профессору, д.г.н. В.В. Денисову, д.г.н. С.Л. Дженюку, профессору, д.б.н. П.Р. Макаревичу, д.б.н. Г.М. Воскобойникову, к.г.н. Г.В. Ильину, к.б.н. А.Д. Чинариной, Ю.И. Ивакиной, а также профессору, д.г.н. С.В. Бердникову (ЮНЦ РАН), д.б.н. А.В. Долгову (ПИНРО), к.г.н. В.К. Ожигину (ПИНРО).
Океанографические аспекты рыбного промысла в Баренцевом море)
К изучению океанографических условий Баренцева моря, его ихтиофауны и, в частности ее промысловой части, обращались многие исследователи, как отечественные, так и зарубежные.
Баренцево море расположено в пределах Западно-Арктического шельфа и в своих номенклатурных границах включает три экосистемы: атлантическую, арктическую и прибрежную (Никифоров, Шпайхер, 1980; Гидрометеорология …, 1990). Определяющее влияние теплых атлантических вод на климат, продуктивность и, соответственно, успешность промысловой деятельности выступали как решающее правило при первоначальном определении внешней границы большой морской экосистемы Баренцева моря вдоль Полярного фронта (Sherman, 1994, 1995; Sherman, Duda, 1999). Действительно, система теплых течений (Норвежское – Нордкапское – Новоземельское) определяет районы нагула и сезонных миграций главных объектов промысла – трески, пикши и мойвы.
Однако, в 2004–2006 гг. в результате работы, проведенной специалистами ММБИ в рамках рабочей группы РАМЕ и проекта GIWA, границы баренцевоморской экосистемы были откорректированы, а ее площадь расширена (Г. Матишов, Денисов, Дженюк, 2006). Теперь акватория экосистемы Баренцева моря распространяется на всю шельфовую область. На севере граница проходит вдоль 82 с.ш., между Карским и Баренцевым морями граница совпадает с официальной (номенклатурной) границей. Что касается западной морской границы, то ввиду несовпадения официальной границы моря (м. Нордкап – о. Медвежий – м. Зюйдкап на Шпицбергене) с кромкой шельфа, было сочтено целесообразным провести экосистемную границу по кромке Западно-Арктического шельфа (вдоль изобат 600-700 м). Расширение площади экосистемы Баренцева моря обосновано функционально, т.к. при этом в область баренцевоморской экосистемы более полно включаются районы жизненных циклов трески, пикши и других представителей промысловой ихтиофауны. В работе автора (Жичкин, 2008) рассмотренные выше границы приняты в качестве основных с расширением в районе архипелага Шпицберген (вдоль западной и северной границ архипелага) (рис. 1.1). Акватория, очерченная указанными границами, в целом соответствует понятию большой морской экосистемы (БМЭ) Баренцева моря (Г. Матишов и др., 2006; Large Marine…, http://lme…). (Жичкин, 2008). Нам представляется, что такой взгляд на область функционирования баренцевоморской экосистемы более полно отражает не только шельфовый критерий местоположения, но и охват всей морской области двумя ветвями атлантических вод системы Гольфстрим: с юга и востока Нордкапское и Новоземельское течения, с запада и севера – Шпицбергенское, а также подповерхностные и глубинные атлантические воды, распространяющиеся вдоль границы шельфа и затекающие в Баренцево море через гляциальные желоба между Шпицбергеном и Землей Франца-Иосифа (ЗФИ) и ЗФИ – Новая Земля (Г. Матишов и др., 1992). Это хорошо видно на рис.1.2.
Такая трактовка границ экосистемы Баренцева моря более полно отражает географию рыболовной деятельности на современной фазе потепления и соответствующего расширения ареала обитания и промысла основных объектов промысла. Рассмотрим более подробно основные океанографические черты исследуемого района.
Батиметрическая карта Баренцева моря (по: G. Matishov, 1997) Как было сказано выше, Баренцево море расположено в пределах Западно-Арктического шельфа, средняя глубина которого составляет примерно 250 м, в западной части бассейна происходит резкое увеличение глубин до 500 м и более (Медвежинский желоб) (Г. Матишов, 1977, 1982б; Гидрометеорология …, 1990). Внешний край шельфа на севере и западе расположен на глубинах от 200–350 м вдоль банок и до 400–550 м вдоль желобов. Мелководные пространства шельфа (менее 100 м) распространены, в основном, в юго-восточной части моря, узкой прибрежной полосе архипелагов Новая Земля и Шпицберген, а также на Медвежинско-Надеждинской возвышенности (рис 1.3.).
Для поверхности баренцевоморского шельфа характерно наличие крупных возвышенностей, таких как Мурманская, Центральная, Нордкапская, Медвежинско-Надеждинская. Эти возвышенности служат главными водоразделами всех крупных течений и циркуляций водных масс.
Возвышенности и плато почти на всем протяжении шельфа отделяются друг от друга субпараллельными поперечными желобами. В частности, на юго-востоке Баренцева моря обращает на себя внимание сеть желобов, разделяющих плато Моллера, Гусиное, Северо-Канинское и Южно-Канинское. Они представляют собой крупные долины, расчленяющие равнины шельфа (Г. Матишов, 1984; Г. Матишов и др., 1992).
Глубокие (300–500 м) Медвежинский, Финмаркенский и Зюйдкапский желоба, Центральная впадина вытянуты на несколько сотен километров и достигают ширины в 100–200 км. Подводные желоба очерчивают биогеографические границы и служат ориентирами местоположения продуктивных зон (Г. Матишов, 1987)
Сложный рельеф дна во многом определяет специфику протекания физических процессов в море. В частности, влияет на формирование системы теплых и холодных течений, положение полярного гидрологического фронта и образование локальных фронтальных зон на склонах мелководных банок (Г. Матишов, 1977; Johannessen, Foster, 1978; Gawarkiewicz et al, 1995).
Представления о системе постоянных течений Баренцева моря сложились еще в начале прошлого столетия (Книпович, 1901, 1902, 1904, 1906); Гебель, Брейтфус, 1908; Nansen, 1906 и др.).
Один из первых исследователей гидрологии и гидробиологии Баренцева моря Н. М. Книпович данные своих наблюдений (Книпович, 1901, 1902, 1904), а также наблюдений других отечественных и иностранных экспедиций, работавших в Баренцевом море на рубеже XIX – XX вв., обобщил в труде «Основы гидрологии Европейского Ледовитого океана» (Книпович, 1906). В нем подробно описаны все ответвления Гольфстрима на акватории Баренцева моря: и то, что теперь называется Западно-16 Шпицбергенским и направляется от северной оконечности Европы далее на север к западному побережью Шпицбергена (и далее погружается на глубину под слой холодной и менее соленой, а потому и более легкой полярной воды), и ту широкую струю Нордкапского течения, разделяющуюся на несколько ветвей, которые продолжают движение на восток по более глубоким желобам, разделенным поднятиями дна моря. В своих работах Н. М. Книпович приводит одну из первых схем квазипостоянных течений Баренцева моря, на которой хорошо виден заток атлантических вод между мысом Нордкап и о. Медвежий и их деление на несколько ветвей (рис. 1.4).
Методика расчетов, анализ параметров изменчивости абиотических факторов среды и поиск связей флуктуаций океанографических условий с пространственно-временным распределением промысловых концентраций рыбы
В настоящей работе для исследования особенностей межгодовых колебаний ледовых аномалий Баренцева моря был сформирован временной ряд, содержащий средние значения аномалий ледовитости за апрель – август 1899–2014 гг. Расчеты показали, что использование средних значений за апрель – август позволяет провести анализ и выявить закономерности межгодовых колебаний ледовых аномалий, поскольку между ними и среднегодовыми значениями за все 12 месяцев года существует высокая корреляционная связь (r = 0.95). В качестве нормы были взяты среднемноголетние значения ледовитости рассчитанные за указанный период. При исследовании сезонной динамики ледовых аномалий Баренцева моря в работе использованы ее ежемесячные значения с 1934 по 2014 гг. (поскольку этот ряд содержит месячные значения ледовитости за все 12 месяцев года).
Для расчетов аномалий температуры воды по всей акватории Баренцева моря были использованы базы океанографических данных «Климатического атласа морей Арктики 2004» (Climatic Atlas…, 2004) и «Атласа климатических изменений больших морских экосистем (БМЭ) Северного полушария» (Г. Матишов и др., 2014б) содержащие более 230 тыс. станций более чем за 100 лет.
Исходные данные для расчета аномалий температуры воды по слоям на различных участках разреза «Кольский меридиан» заимствованы с сайта ПИНРО (Разрез…, http://www.pinro.ru). Аномалии температуры воды были рассчитаны автором для слоев 0–50, 0–200, 50–200, 150–200 м за период 1951–2014 гг. на участках разреза Прибрежная ветвь Мурманского течения (ПвМт), Основная ветвь Мурманского течения (ОвМт) и Центральная ветвь Нордкапского течения (ЦвНт). Для слоя 0–200 м на участке ОвМт аномалии температуры были рассчитаны за период 1900–2014 гг. К настоящему времени в ММБИ на основе данных, полученных путем обобщения многолетних материалов из различных источников, автором сформирована электронная база данных по географии ежемесячного отечественного лова (промысла) основных ее видов за 1977–2012 гг. (Матишов, Жичкин, 2008; Zhichkin, 2013).
Объемы вылова, видовой состав уловов (ежемесячные, годовые) и данные по географии ежемесячного отечественного промысла с 1977 по 2001 гг. взяты из ежемесячных Обзоров СРПР о промысловой обстановке в Баренцевом море и районах Атлантики.
Для построения карт и анализа промыслового значения различных участков лова за период с 2002 по 2012 гг. были использованы первичные данные мониторинга российского рыбного промысла в Баренцевом море, любезно предоставленные НПК «Морская информатика»
Материалы по годовым выловам различных стран, промысловым запасам и общим допустимым уловам (ОДУ) наиболее массовых промысловых рыб взяты из материалов сайта Международного Совета по исследованию моря (ИКЕС) (http://www.ices.dk/marine-data/), заимствованы из литературных источников (Экология…, 2001) и ежегодных Обзоров ПИНРО (Состояние…, с 2000 по 2014).
Методика расчетов, анализ параметров изменчивости абиотических факторов среды и поиск связей флуктуаций океанографических условий с пространственно-временным распределением промысловых концентраций рыбы. Анализ межгодовых и сезонных колебаний общей ледовитости Баренцева моря выполнен на основе временного ряда за период 1899–2014 гг., а для анализа локальной ледовитости в пределах отдельных (локальных) районов моря использовался ряд с 1977 по 2014 гг.
Для анализа межгодовой и сезонной изменчивости температурных условий на акватории распространения вод атлантического происхождения были использованы аномалии температуры воды, рассчитанных для слоев и участков разреза «Кольский меридиан», указанных выше в разделе 2.1. Для анализа межгодовой изменчивости в слое 0–200 м на участке ОвМт использовались аномалии температуры воды за 1900–2014 гг., рассчитанные автором на основе исходных данных по температуре воды из работы Бочкова Ю.А. (2005) и выше указанного сайта ПИНРО. Построение полей горизонтального распределения аномалий температуры воды на акватории Баренцева моря осуществлялось с помощью прикладных программ, разработанных сотрудниками ММБИ (Голубев, Зуев, 2005).
Для характеристики ежемесячной и годовой аномальности ледовых и тепловых условий была использована методика количественной классификации (Бочков, Терещенко, 1992; Бровин, Юлин, 1990; Климатические…, 2000;). В качестве объективного критерия использовалась величина среднеквадратического отклонения ледовитости и температуры воды от нормы (). Среднемесячные и годовые аномалии ледовитости и температуры воды сравнивались с определенными величинами среднеквадратического отклонения, и уровень аномальности оценивался по пяти градациям (табл. 2.1–2.4).
Межгодовые и сезонные флуктуации ледовых условий Баренцева моря
Баренцево море в течение XX-го - начала XXI-го века является одним из важнейших районов мониторинга климатических изменений. Этот крайний северо-восточный участок системы Гольфстрим отличатся огромной пространственно-временной изменчивостью термохалинных и ледовых характеристик. Глобальные изменения климата последних десятилетий характеризуются существенной пространственно-временной неоднородностью. Различные районы Арктики демонстрируют не только различную динамику гидрометеорологических и экосистемных процессов, но и различные по знаку климатические тренды (Г. Матишов, Денисов, Дженюк, 2001; Бышев, Галеркин, Галеркина и др., 2001; Титов, 2001;Титов и др., 2006; Г. Матишов, Денисов, Жичкин, 2010; Polyakov et al., 2004; Frolov et al., 2009).
Наглядное представление о межгодовых колебаниях теплового состояния вод по всей акватории Баренцева моря и сопредельных вод Норвежского и Гренландского морей дают поля аномалий температуры воды, полученные с помощью прикладных программ, разработанных сотрудниками ММБИ (Голубев, Зуев, 2005). При этом для вычисления аномалий была использована база океанографических данных «Климатического атласа морей Арктики 2004» содержащая более 220 тыс. станций (Climatic Atlas …, 2004).
На рисунках 3.1 и 3.2 приведены карты распределения аномалий температуры воды на горизонтах 0 и 100 м в холодном (январь 1978 – февраль 1982 гг.) и теплом (февраль 1989 – май 1993 гг.) периодах. Выбор указанных периодов обусловлен хорошей обеспеченностью данными.
Аномалии температуры воды (С) на горизонтах 0 и 100 м в Баренцевом море в холодный период (январь 1978 – февраль 1982 гг.). Рис. 3.2. Аномалии температуры воды (С) на горизонтах 0 и 100 м в Баренцевом море в теплый период (февраль 1989 – май 1993 гг.). Приведенные рисунки демонстрирует значительную изменчивость термических условий на акватории Баренцева моря в указанные периоды. Анализ полученных результатов показал, что как в холодный, так и теплый периоды наибольший размах аномалий наблюдался в поверхностном слое. Вместе с тем в холодный период наибольшие отрицательные аномалии воды в поверхностном горизонте наблюдались на севере моря, а на горизонте 100 м – в его южной половине. В то же время на горизонте 100 м на севере Баренцева моря отмечались положительные аномалии.
В теплый период наибольшие отклонения температуры воды от средних многолетних значений наблюдались в районах распространения атлантических и прибрежных вод (размах значений аномалий температуры от 1 до 2С). Повышенные положительные аномалии температуры воды в теплый период отмечались также на севере моря, на горизонте 100 м в районе желоба Франц – Виктория, что очевидно вызвано влиянием вод атлантического происхождения, распространяющихся здесь в глубинных слоях (Г. Матишов и др., 1998, 2010а).
В районе Центральной впадины, занятой холодными баренцевоморскими водами, аномалии температуры были не так значительны (менее 1С). Это объясняется тем, что баренцевоморские воды обладают наименьшей изменчивостью по сравнению с другими водными массами Баренцева моря (Гидрометеорология…, 1990; Ожигин, Ившин, 1999; Midttun, 1985; Loeng, 1991).
В целом в теплый период в западной и юго-западной частях рассматриваемой акватории аномалии по абсолютной величине выше, чем в северо-восточной. Это свидетельствует о том, что основным фактором, формирующим как положительную, так и отрицательную аномалии, в теплый период являются Норвежское и Нордкапское течения (внешние факторы). В холодный период на формирование аномалий основное влияние оказывают внутренние факторы. Представление о тепловом состоянии водных масс в южной части Баренцева моря в одном из наиболее теплых лет последнего десятилетия дает поле аномалий температуры воды на акватории от разреза «Кольский меридиан» до Новой Земли и от прибрежья Мурмана до 74 с.ш., где в июле аномально теплого 2005 года в рамках комплексной экспедиции ММБИ на НИС «Дальние Зеленцы» кроме разреза «Кольский меридиан» были выполнены несколько нестандартных разрезов.
Анализ полученных материалов показал, что в июле 2005 г. аномалии температуры воды на всей исследованной акватории в слоях 0–50 и 0–200 м имели положительные значения. При этом в слое 0–50 м наиболее высокие аномалии (до 1–1.8С) наблюдались на западных и центральных, а наименьшие (менее 0.5С) – на восточных и юго-восточных участках (рис. 3.3).
Влияние изменчивости ледовых условий
Главной отличительной особенностью сезонных изменений ледовитости Баренцева моря является с одной стороны то, что акватория моря никогда полностью не замерзает, чему препятствует постоянное наличие теплых атлантических вода, а с другой – при среднемноголетних условиях ледяной покров полностью не вытаивает (Миронов, 2004). Лишь в отдельные годы (как например, в 1984, 2000, 2005–2006 и 2012–2013 гг.) акватория моря в августе-сентябре была полностью свободной ото льдов.
Ледяной покров моря складывается вод влиянием климатообразующих факторов, формирующих сезонную тенденцию и взаимодействие процессов системы океан – атмосфера, порождающих флуктуации в развитии ледовых процессов (Гидрометеорология…, 1990; Климатические…, 2000; Зубакин, 2010; Ingvaldsen et al., 2004а).
По многолетним данным (1934–2014 гг.) лед в Баренцевом море формируется в течение 7 месяцев (октябрь – апрель), а его разрушение происходит в течение 5 месяцев (май – сентябрь) (Санцевич, Хромцова, Москаль, 1960; Бойцов, 2010; Жичкин, 2012б). Максимальная ледовитость чаще всего бывает в апреле, а минимальная в сентябре. Ее внутригодовая изменчивость имеет хорошо выраженный сезонный ход, который в значительной степени определяется сезонной динамикой температуры воздуха и воды (Бойцов, 2006а, 2010; Миронов, 2004).
Основные статистические характеристики общей ледовитости Баренцева моря для каждого месяца года, рассчитанные на основе нашей базы данных, приведены в табл. 3.3.
Анализ изменчивости ледовых аномалий Баренцева моря в периоды максимальной (февраль – апрель) и минимальной (август – сентябрь) ледовитости показал, что размах аномалий в зимний период значительно превосходит таковые в летний период. В феврале – апреле на протяжении рассматриваемого периода (1934–2014 гг.) размах аномалий ледовитости составил 49–59 %. В то время как в августе-сентябре лишь в одном из десятилетий (1962–1972 гг.) размах аномалий достигал 31–36 %, а в остальные годы не выходил за пределы 16–19 %. Однако, наибольший размах аномалий наблюдался в мае – июне (73 и 68 %), когда начинается разрушение ледяного покрова и быстрое сокращение ледовитости. Результаты расчетов показали, что в мае – июне стандартное отклонение ледовитости от нормы в Баренцевом море достигает наибольших значений (13.2 и 13.0%), а в августе – сентябре (минимум годового хода ледовитости) стандартные отклонения ледовитости уменьшаются до минимальных значений (7.0 и 6.4 %). Вновь стандартное отклонение увеличивается в ноябре – декабре, когда происходит процесс льдообразования.
Самостоятельней интерес представляют сезоны отдельных лет с экстремальными значениями аномалий ледовитости в Баренцевом море. Как уже отмечалось ранее, большинство экстремальных ситуаций с положительной (повышенной относительно нормы) ледовитостью отмечались в начале рассматриваемого периода (1899–1903 и 1909–1919 гг.). Так, в апреле 1917 г. наблюдалась самая высокая ледовитость (92 %) за весь период наблюдений. Величина аномалии ледовитости в этом случае составляла 27 % выше нормы. Ледовые аномалии со значениями 30% и более наблюдались в мае – июне 1902, 1909, 1916 и 1917 гг. Но экстремальные аномалии ледовитости приходятся на июнь 1902 г. (40 %) и июль 1916 и 1917 гг. (40 и 39 %).
Похожие ледовые условия были отмечены в 1960-е годы. В частности, в апреле 1966 г. наблюдалась самая высокая ледовитость (86 %). Величина аномалии ледовитости в этом случае составляла 26 % выше нормы. Аналогичный случай наблюдался в марте 1963 г. (83 % ледовитость и 25 % аномалия). Но экстремальная аномалия ледовитости приходится на ноябрь 1968 г. Величина аномалии в этом случае составляла 38 % выше нормы.
Наибольшее количество экстремальных ситуаций с пониженной относительно нормы ледовитостью отмечались в 2006, 2007, 2012 и 2013 гг. Так, в августе – сентябре и в июле – октябре указанных лет акватория Баренцева моря была полностью свободна ото льда. Отрицательные ледовые аномалий в этих случаях наблюдались в июле указанных лет и составляли 19–21 % ниже нормы. Однако, экстремальные величины отрицательных аномалий ледовитости в эти годы были отмечены в мае 2006 и 2012 гг. Величины аномалий в этих случаях составили 42 % (наибольшая за все время наблюдений) и 32 % соответственно. Межгодовая изменчивость положения кромки льда в Баренцевом море.
Наглядное представление о межгодовом размахе изменчивости ледовых условий Баренцева моря дают карты положения кромки льда в апреле различных по тепловому состоянию вод лет, построенные на основе электронной базы данных по ледовитости за период 1977–2014 гг. (рис. 3.27).