ОЦЕНКА КЛИМАТИЧЕСКИХ ИЗМЕНЕНИЙ В АРКТИКЕ В XXI СТОЛЕТИИ НА ОСНОВЕ КОМБИНИРОВАННОГО ПРОГНОСТИЧЕСКОГО СЦЕНАРИЯ

Проведено исследование взаимосвязей между климатическими процессами Северной Атлантики и Арктики. Показано, что таяние льда в Арктике в 70—90-х годах ХХ столетия связано с изменчивостью климата в Северной Атлантике, хорошо отражаемой в индексах Атлантической мультидекадной осцилляции и интенсивности Атлантической меридиональной циркуляции. Последний отражает также климатические изменения в потоках тепла и пресной воды с поверхности Северной Атлантики в атмосферу в средних широтах. Предложен физико-статистический прогностический сценарий климатических изменений (комбинированный сценарий) на основе композиции «парникового» (внешнее воздействие) и «циклических» (внутренняя изменчивость климатической системы) эффектов. Проведены численные эксперименты с моделью общей циркуляции океана INMOM по ретроспективному и прогностическому воспроизведению термохалинной циркуляции и морского льда в Атлантическом и Северном Ледовитом океанах. Анализ результатов расчетов и исследование их циклических свойств позволили по-новому подойти к описанию климатической изменчивости Арктики и Северного морского пути. Этот подход позволяет описывать рост температуры, вызванный не только эмиссией парниковых газов, но и изменчивостью климата (в частности похолодание, наблюдавшееся в 1950—1970-х годах). Предложенный комбинированный сценарий климатических изменений показывает возможное похолодание в Арктике и соответствующее снижение продолжительности навигационного периода Северного морского пути в ближайшие 10—20 лет. В целом исследование направлено на оценку того, в какой степени изменчивость Северной Атлантики влияет на вариации климата Евразии, чтобы учесть их при последующем прогнозировании.

1. Алексеев Г. В. Проявление и усиление глобального потепления в Арктике // Фундам. и прикладная климатология. — 2015. — № 1. — С. 11—26.
2. Бышев В. И., Нейман В. Г., Романов Ю. А., Серых И. В. О глобальном характере явления Эль-Ниньо в климатической системе земли // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. — 2011. — Т. 8, № 4. — С. 200—208.
3. Володин Е. М., Галин В. Я., Грицун А. С. и др. Математическое моделирование Земной системы / Под ред. Н. Г. Яковлева. — М.: МАКС Пресс, 2016. — 328 с.
4. Володин Е. М., Дианский Н. А., Гусев А. В. Воспроизведение современного климата с помощью совместной модели общей циркуляции атмосферы и океана INMCM 4.0 // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. — 2010. — Т. 46, № 4. — С. 448—466.
5. Володин Е. М., Дианский Н. А., Гусев А. В. Воспроизведение и прогноз климатических изменений в XIX—XXI веках с помощью модели земной климатической системы ИВМ РАН // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. — 2013. — Т. 49, № 4. — С. 379—400.
6. Выручалкина Т. Ю., Филатов Н. Н., Дианский Н. А., Гусев А. В. О прогнозе многолетних изменений уровня крупных озер // Тр. Карел. науч. центра РАН. — 2016. — № 9. — С. 3—16.
7. Груза Г. В., Ранькова Э. Я., Рочева Э. В. Изменения климата на территории России: температура воздуха и атмосферные осадки // Изменение окружающей среды и климата, природные и связанные с ними техногенные катастрофы. — Т. 6. — М., 2008. — С. 11—23.
8. Гусев А. В., Дианский Н. А. Воспроизведение циркуляции Мирового океана и ее климатической изменчивости в 1948—2007 гг. с помощью модели INMOM // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. — 2014. — Т. 50, № 1. — С. 3—15.
9. Дианский Н. А. Моделирование циркуляции океана и исследование его реакции на короткопериодные и долгопериодные атмосферные воздействия. — М.: Физматлит, 2013. — 272 с.
10. Дианский Н. А., Гусев А. В. Моделирование процесса изменения климата и современного замедления глобального потепления с помощью модели INMOM // Фундам. и прикладная климатология. — 2015. — № 1. — С. 96—118.
11. Катцов В. М., Порфирьев Б. Н. Климатические изменения в Арктике: последствия для окружающей среды и экономики // Арктика: экология и экономика. — 2012. — № 2 (6). — С. 66—79.
12. Кляшторин Л. Б., Любушин А. А. Циклические изменения климата и рыбопродуктивности. — М.: Изд-во ВНИРО, 2005. — 258 с.
13. Мохов И. И. Современные изменения климата в Арктике // Вестн. РАН. — 2015. — Т. 85, № 5—6. — С. 478—484.
14. Мохов И. И., Семенов В. А., Хон В. Ч. и др. Связь аномалий климата Евразии и Северной Атлантики с естественными вариациями Атлантической термохалинной циркуляции по долгопериодным модельным расчетам // Докл. РАН. — 2008. — Т. 419, № 5. — С. 687—690.
15. Мохов И. И., Хон В. Ч. Продолжительность навигационного периода и ее изменения для Северного морского пути: модельные оценки // Арктика: экология и экономика. — 2015. — № 2 (18). — С. 88—95.
16. Мохов И. И., Хон В. Ч., Прокофьева М. А. Новые модельные оценки изменений продолжительности навигационного периода для Северного морского пути в XXI веке // Докл. РАН. — 2016. — Т. 468, № 6. — С. 699—704.
17. Панин Г. Н. Об изменениях климата в полярных зонах Земли в XX и XXI столетиях // Докл. Акад. наук. — 2009. — Т. 427. — С. 397—402.
18. Панин Г. Н., Выручалкина Т. Ю., Соломонова И. В. Вариации климата Северной Евразии в последней четверти ХХ века // Проблемы экологического мониторинга и моделирования экосистем. — М., 2011. — С. 99—115.
19. Панин Г. Н., Выручалкина Т. Ю., Соломонова И. В. Климатические изменения в Арк­тике, Северной Атлантике, районе Каспия и их взаимосвязь // Фундам. и прикладная климатология. — 2015. — № 1. — С. 183—210.
20. Панин Г. Н., Дианский Н. А. Климатические изменения в Арктике, Северной Атлантике и Северный морской путь // Докл. Акад. наук. — 2015. — Т. 462, № 2. — С. 217—222.
21. Панин Г. Н., Соломонова И. В., Выручалкина Т. Ю. Климатические тенденции в средних и высоких широтах Северного полушария // Вод. ресурсы. — 2009. — Т. 36, № 6. — С. 743—756.
22. Попова В. В., Шмакин А. Б. Динамика климатических экстремумов в Северной Евразии в конце ХХ века // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. — 2006. — Т. 42, № 2. — С. 157—166.
23. Семенов В. А. Влияние океанического притока в Баренцево море на изменчивость климата в Арктике // Докл. РАН. — 2008. — Т. 418, № 1. — С. 106—109.
24. Семенов В. А., Мохов И. И., Латиф М. Влияние температуры поверхности океана и границ морского льда на изменение регионального климата в Евразии за последние десятилетия // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. — 2012. — Т. 48, № 4. — С. 403—421.
25. Толстых М. А., Дианский Н. А., Гусев А. В., Киктев Д. Б. Воспроизведение сезонных аномалий атмосферной циркуляции при помощи совместной модели атмосферы и океана // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. — 2014. — Т. 50, № 2. — С. 131—142.
26. Bekryaev R. V., Polyakov I. V., Alexeev V. A. Role of Polar Amplification in Long-Term Surface Air Temperature Variations and Modern Arctic Warming // J. Climate. — 2010. — Vol. 23. — P. 3888—3906.
27. Boykoff M. T. Media discourse on the cli­mate slowdown // Nature Climate Change. — 2010. — Vol. 4. — P. 156—158.
28. Chen X., Tung K. K. Varying planetary heat sink led to global-warming slowdown and acceleration // Science. — 2014. — Vol. 345 (6199). — P. 897—903.
29. Climatic Research Unit. — URL: http://www.cru.uea.ac.uk.
30. Coupled Model Intercomparison Project. — URL: http://cmip-pcmdi.llnl.gov.
31. Cowtan K., Hausfather Z., Hawkins E. et al. Robust comparison of climate models with observations using blended land air and ocean sea surface temperatures // Geophysical Research Letters. — 2015. — Vol. 42, № 15. — P. 6526—6534.
32. Danabasoglu G., Yeager S. G., Kim W. M. et al. North Atlantic simulations in Coordinated Ocean-ice Reference Experiments phase II (CORE-II) — Pt. I: Mean states // Ocean Modelling. — 2014. — Vol. 73. — P. 76—107.
33. Danabasoglu G., Yeager S. G., Kim W. M. et al. North Atlantic Simulations in Coordinated Ocean-ice Reference Experiments phase II (CORE-II). — Pt. II: Inter-Annual to Decadal Variability // Ocean Modelling. — 2016. — Vol. 97. — P. 65—90.
34. Delworth T. L., Mann M. E. Observed and simulated multidecadal variability in the Northern Hemisphere // Climate Dynamics. — 2000. — № 16 — P. 661—676.
35. Downes S. M., Farneti R., Uotila P. et al. An assessment of Southern Ocean water masses and sea ice during 1988—2007 in a suite of interannual CORE-II simulations // Ocean Modelling. — 2015. — Vol. 94. — P. 67—94.
36. Dufour A., Zolina O., Gulev S. K. Atmospheric moisture transport to the Arctic: assessment of reanalyses and analysis of transport components // J. of Climate. — 2016. — Vol. 29. — P. 5061—5081.
37. England M. H., McGregor S., Spence P. et al. Recent intensification of wind-driven circulation in the pacific and the ongoing warming hiatus // Nature Climate Change. — 2014. — Vol. 4. — P. 222—227.
38. Farneti R., Downes S. M., Griffies S. M. et al. An assessment of Antarctic Circumpolar Current and Southern Ocean Meridional Overturning Circulation during 1958—2007 in a suite of interannual CORE-II simulations // Ocean Modelling. — 2015. — Vol. 93. — P. 84—120.
39. Fyfe J. C., Gillett N. P., Zwiers F. W. Overestimated global warming over the past 20 years // Nature Climate Change. — 2013. — Vol. 3. — P. 767—769.
40. Geophysical Fluid Dynamics Laboratory. — URL: http://data1.gfdl.noaa.gov/nomads/forms/core/COREv2.html.
41. GISTEMP Team, 2017: GISS Surface Temperature Analysis (GISTEMP). NASA Goddard Institute for Space Studies. — Dataset accessed 20YY-MM-DD. — URL: https://data.giss.nasa.gov/gistemp/.
42. Guemas V., Doblas-Reyes F. J., Andreu-Burillo I., Asif M. Retrospective prediction of the global warming slowdown in the past decade // Nature Climate Change. — 2013. — Vol. 3. — P. 649—653.
43. Gulev S. K., Belyaev K. P. Probability distribution characteristics for surface air-sea turbulent heat fluxes over the global ocean // J. of Climate. — 2012. — Vol. 25. — P. 184—206.
44. Gulev S. K., Latif M., Keenlyside N. et al. North Atlantic Ocean control on surface heat flux on multidecadal timescales // Nature. — 2013. — Vol. 499. — P. 464—467.
45. Gulev S. K., Latif M. Ocean science: The origins of a climate oscillation // Nature. — 2015. — Vol. 521. — P. 428—430.
46. Hawkins E., Edwards T., McNeall D. Pause for thought // Nature Climate Change. — 2014. — Vol. 4. — P. 154—156.
47. IPCC. Climate Change 2007: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Core Writing Team, S. Solomon, D. Qin, M. Manning et al (eds.)]. — Cambridge; New York: Cambridge Univ. Press, 2007.
48. IPCC. Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Core Writing Team, T. F. Stocker, D. Qin, G. K. Plattner et al (eds.)]. — Cambridge; New York: Cambridge Univ. Press, 2013. — 1535 p.
49. Johannessen O. M., Bengtsson L., Miles M. W. et al. Arctic climate change: observed and modeled temperature and sea-ice variability // Tellus A: Dynamic Meteorology and Oceanography. — 2004. — Vol. 56. — P. 328—341.
50. Johnson М., Proshutinsky A., Aksenov Ye. et al. Evaluation of Arctic sea ice thickness simulated by Arctic Ocean Model Intercomparison Project models // J. Geophys. Res. — 2012. — Vol. 117, C00D13.
51. Karl T. R., Arguez A., Huang B. et al. Possible artifacts of data biases in the recent global surface warming hiatus // Science. — 2015. — Vol. 348 (6242). — P. 1469—1472.
52. Kosaka Y., Xie S. P. Recent global-warming hiatus tied to equatorial pacific surface cooling // Nature. — 2013. — Vol. 501. — P. 403—407.
53. Large W., Yeager S. The global climatology of an interannually varying air–sea flux data set // Clim Dyn. — 2009. — Vol. 33. — P. 341—364.
54. Lenton T. M., Held H., Kriegler E. et al. Tipping elements in the Earth’s climate system // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. — 2008. — Vol. 105 (6). — P. 1786—1793.
55. McCarthy G. D., Haigh I. D., Hirschi J. J.-M. et al. Ocean impact on decadal Atlantic climate variability revealed by sea-level observations // Nature. — 2015. — Vol. 521 (7553). — P. 508—510.
56. Meehl G. A., Arblaster J. M., Fasullo J. T. et al. Model-based evidence of deep-ocean heat uptake during surface-temperature hiatus periods // Nature Climate Change. — 2011. — Vol. 1. — P. 360—364.
57. National Snow and Ice Data Center FTP Archives. — URL: ftp://sidads.colorado.edu/DATASETS/NOAA/G02135/.
58. Otto A., Otto F. E. L., Boucher O., Church J. et al. Energy budget constraints on climate response // Nature Geoscience. — 2013. — Vol. 6. — P. 415—416.
59. Santer B. D., Bonfils C., Painter J. F. et al. Volcanic contribution to decadal changes in tropospheric temperature // Nature Geoscience. — 2014. — Vol. 7. — P. 185—189.
60. Schlesinger M. E., Ramankutty N. An oscillation in the global climate system of period 65-70 years // Nature. — 1994. — Vol. 367. — P. 723—726.
61. Semenov V. A., Latif M., Dommenget D. et al. The Impact of North Atlantic-Arctic Multidecadal Variability on Northern Hemisphere Surface Air Temperature // J. Climate. — 2010. — Vol. 23. — P. 5668—5677.
62. Smith D. Oceanography: has global warming stalled? // Nature Climate Change. — 2013. — Vol. 3. — P. 618—619.
63. Trenberth K. E., Fasullo J. T. An apparent hiatus in global warming? // Earth’s Future. — 2013. — Vol. 1. — P. 19—32.
64. Suo L, Ottera O. H., Bentsen M. et al. External forcing of the early 20th century Arctic warming // Tellus. — 2013. — Vol. 65. — P. 20578—20591.
65. URL: http://woodfortrees.org.