Исследование долгопериодных тенденций изменения полей температуры и солёности в толще вод Северной Атлантики по данным реанализов

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 23-77-01054

НазваниеИсследование долгопериодных тенденций изменения полей температуры и солёности в толще вод Северной Атлантики по данным реанализов

Руководитель Сухонос Павел Алексеевич, Кандидат физико-математических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Институт природно-технических систем" , г Севастополь

Конкурс №84 - Конкурс 2023 года «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 07 - Науки о Земле; 07-501 - Физика океана

Ключевые слова температура, соленость, линейный тренд, квантильная регрессия, Северная Атлантика

Код ГРНТИ37.25.15

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Долгопериодные тенденции изменений термохалинных характеристик, особенно в поверхностных и промежуточных водах, оказывают влияние на изменения и изменчивость климата Земли и определяют изменения во всей структуре вод Северной Атлантики. Опубликованные оценки климатических трендов температуры и солёности вод Северной Атлантики, полученные по данным различной длительности из разных источников и в большинстве своём приуроченные к поверхности океана, имеют рассогласования и их сложно интерпретировать. В связи с этим количественная оценка изменений фоновых величин термохалинных полей за многолетний период в толще вод Северной Атлантики и вклада долгопериодных тенденций изменения в их общую изменчивость крайне необходимы для понимания причин современных изменений климата и достоверного прогнозирования колебаний климатической системы в будущем. В ходе реализации настоящего проекта на основании нескольких независимых массивов данных реанализов за доступный длительный период будет получена реалистичная картина эволюции полей температуры и солёности в толще вод Северной Атлантики за последние семь десятилетий. В проекте будут решены следующие научные задачи: (1) получение фоновых оценок термохалинных характеристик вод Северной Атлантики; (2) оценка климатических трендов температуры и солёности разными методами; (3) оценка вклада долгопериодных тенденций изменения рассматриваемых характеристик в формирование климатических условий в Северной Атлантике в разные сезоны. Масштаб поставленных задач определяется необходимостью получения уточнённых оценок многолетних трендов термохалинных полей в толще вод Северной Атлантики в условиях меняющегося климата. Комплексный характер проекта обусловлен использованием современных, однородных и длительных данных нескольких реанализов и объективных анализов океана, а также методологией – использованием, как метода наименьших квадратов, так и метода квантильной регрессии. Сформулированные задачи направлены на получение достоверных оценок скорости потепления (охлаждения) и осолонения (опреснения) вод Северной Атлантики. Предлагаемый проект позволит провести детальный анализ закономерностей сезонного распределения линейных трендов температуры и солёности в толще вод Северной Атлантики и роли долгопериодной изменчивости указанных характеристик в климатической изменчивости рассматриваемого региона. Подходы и результаты реализации настоящего проекта будут использованы для уточнения климатического районирования Североатлантического океана во все сезоны года, что представляется весьма актуальным при подготовке и реализации планов адаптации к изменениям климата в Атлантико–Европейском регионе, в том числе на Европейской территории России.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Сухонос П.А., Иванов В.В., Дианский Н.А. Long–Period Trends in Water Temperature Changes in the Northern Part of the Atlantic Ocean according to the Ocean Reanalysis Data Doklady Earth Sciences, Vol. 515, Part 2, pp. 669-674. (год публикации - 2024)
10.1134/S1028334X23603589

2. Сухонос П.А., Дианский Н.А. Тенденции изменения солености вод Северной Атлантики по данным океанских реанализов в 1980–2011 гг. ИЗВЕСТИЯ РАН. ФИЗИКА АТМОСФЕРЫ И ОКЕАНА, том 60, № 2, с. 170–181 (год публикации - 2025)

3. Сухонос П.А. ТЕНДЕНЦИИ ИЗМЕНЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ВЕРХНЕГО 400-МЕТРОВОГО СЛОЯ СЕВЕРНОЙ АТЛАНТИКИ В 1948–2018 ГОДАХ Тезисы докладов VIII Всероссийской научной конференции "Моря России: Современные методы исследований и их практические применения" , С. 203-204. (год публикации - 2024)

4. Сухонос П.А., Гусев А.В., Дианский Н.А. Investigation of North Atlantic Salinity Long-Term Trends Based on Historical Datasets Journal of Marine Science and Engineering, V. 12. Is. 8. P. 1404 (год публикации - 2024)
10.3390/jmse12081404

5. Сухонос П.А., Иванов В.В., Дианский Н.А. ДОЛГОПЕРИОДНЫЕ ТЕНДЕНЦИИ ИЗМЕНЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ВОД СЕВЕРНОЙ АТЛАНТИКИ ПО ДАННЫМ РЕАНАЛИЗОВ Материалы VIII Всероссийской научной конференции молодых ученых «Комплексные исследования Мирового океана» (КИМО-2024), С. 226-227. (год публикации - 2024)

6. Сухонос П.А., Александер М.А. Winter–to–winter recurrence of the tripole pattern of the sea surface temperature anomalies in the North Atlantic ocean and its interaction with the NAO CLIMATE DYNAMICS, V. 62. №8. P. 7799-7817. (год публикации - 2024)
10.1007/s00382-024-07307-x

7. Сухонос П.А., Дианский Н.А. ОЦЕНКА ТРЕНДОВ СОЛЕНОСТИ ВЕРХНЕГО СЛОЯ СЕВЕРНОЙ АТЛАНТИКИ В ПЕРИОД 1980–2011 ГГ. Труды XIII Международной научно-практической конференции «Морские исследования и образование (MARESEDU-2024)». Тверь: ООО «ПолиПРЕСС»., Том II (IV). С. 54–59. (год публикации - 2025)

Аннотация результатов, полученных в 2025 году
В ходе практической реализации второго года Проекта выявлено, что пространственное распределение средних величин солености верхнего слоя Северной Атлантики (0–70° с. ш. 8–80° з. д.) в периоды 1948–2018 гг. (по 3 массивам данных: EN4, GECCO3 и IAP), 1961–2011 гг. (по 8 массивам данных: EN4, ESTOC, GECCO3, GFDL, IAP, ISHII, ORA-S3 и ORAS4) и 1980–2011 гг. (по 11 массивам данных: EN4, ESTOC, GECCO3, GFDL, GODAS, IAP, ISHII, ORA-S3, ORAS4, ORAS5 и SODA3) согласуется в используемых массивах данных и соответствует её климатическому распределению. Это даёт основание для получения адекватной оценки долгопериодных тенденций изменения солености. Получены результаты применения непараметрического метода регрессионного анализа (квантильной регрессии) для оценки долгопериодных тенденций изменения медианы солености северной части Атлантического океана на основе нескольких массивов данных реанализов и объективных анализов. Использование большого числа массивов данных обеспечивает достижение надёжных оценок долгопериодных тенденций изменения солености Северной Атлантики для второй половины 20-го столетия. Полученные результаты не зависят от конкретного массива данных. В разные временные интервалы структура долгопериодных тенденций изменения солености Северной Атлантики различна. В период 1948–2018 гг. осолонение в основном наблюдалось в тропических и субтропических широтах Северной Атлантики, а опреснение – в субполярных широтах. За этот 71–летний период медиана среднемесячной солености в субтропических широтах увеличилась на 0.07±0.02 ЕПС (коэффициент медианного тренда составляет 0.01 ЕПС/10 лет). Знаки долгопериодных трендов солености в некоторых регионах Северной Атлантики, полученные на основе данных GECCO3, совпадают со знаком трендов солености по данным EN4 и IAP, однако значения коэффициентов медианного тренда по данным GECCO3 завышены. В период 1961–2011 гг. выраженные долгопериодные тенденции изменения солености Северной Атлантики трудно идентифицировать по используемым массивам данных. Самые высокие абсолютные значения коэффициентов медианного тренда сосредоточены в верхнем 1 км слое. Ниже 1 км долгопериодные тенденции изменения солености практически не выражены. В широтной полосе 0–15° с. ш. в слое 10–100 м обнаружены преимущественно положительные тренды солености. В широтной полосе 40–50° с. ш. некоторые массивы данных указывают на осолонение в слое 10–400 м, хотя по данным ESTOC и GECCO3 были получены значимые отрицательные коэффициенты медианного тренда. За этот 51–летний период в районе Канарского апвеллинга осолонение в слое 10–400 м составляет 0.1 ЕПС (коэффициент медианного тренда равен 0.02 ЕПС/10 лет) и обнаруживается практически по всем используемым данным, за исключением ESTOC и ORAS4. Согласно анализу среднезональных трендов в период 1980–2011 гг., в полосе широт 0–15° с. ш. в 10–50 м слое обнаружены преимущественно отрицательные тенденции изменения солености. В указанный период согласно почти всем используемым данным, за исключением ESTOC, GECCO3 и GODAS, соленость уменьшилась на 0.17 ± 0.10 ЕПС. В полосе широт 20–40° с. ш. в 10–400 м слое получены положительные коэффициенты медианного тренда солености почти по всем используемым данным, за исключением GECCO3 и GODAS. В Гвианском течении значимые тенденции изменения солености не обнаружены почти по всем используемым данным, за исключением GFDL (значимое осолонение) и ORA-S3 (значимое опреснение). В целом в Тропической Атлантике по данным объективных анализов океана выраженные тенденции изменения солености отсутствуют, а по данным реанализов океана отмечается незначимое опреснение. В полосе широт 20–35° с. ш. осолонение в слое 10–400 м за 32–летний период составляет 0.08 ± 0.03 ЕПС и отмечается почти по всем используемым данным, за исключением GODAS. В восточной части Субтропической Атлантики (30–40° с. ш. 25–45° з. д.) по используемым данным, за исключением ESTOC и GECCO3, значимое осолонение верхнего 400 м слоя происходит во все месяцы. Соленость здесь за рассматриваемый период возросла в среднем почти на 0.1 ЕПС. Это означает расширение в северо–западном направлении области высокой солености в субтропиках. Значимые тенденции изменения солености в субполярном круговороте по данным ESTOC (GECCO3) отсутствуют (положительны). В западной части субполярного круговорота за 32–летний период почти по всем используемым данным обнаружено осолонение равное 0.20 ± 0.05 ЕПС. Исключение составляют данные GODAS и ORAS5, согласно которым в этом регионе отмечается значимое опреснение. Анализ согласованности используемых массивов данных по скорости осолонения/опреснения вод Северной Атлантики в период 1961–2011 гг. показал, что общую структуру долгопериодных трендов солености для зонально осредненных трендов достоверно определить сложно. В слое 10–400 м согласно большинству используемых массивов данных значимые тренды солености отсутствуют для 3/4 площади рассматриваемой акватории. На 1/4 площади Северной Атлантики долгопериодные тренды солености, осредненные в слое 10–400 м, не определены. Выделено пять небольших участков с выраженными положительными трендами солености, в которых значимые тренды солености совпадают по большему числу используемых массивов данных. Анализ согласованности массивов данных в период 1980–2011 гг. показал, что долгопериодное опреснение достоверно регистрируется в верхнем 50 м слое в полосе широт 2–8° с. ш. Долгопериодное осолонение достоверно обнаруживается в полосе широт 27–35° с. ш. в слое 0–100 м, 30–40° с. ш. в слое 100–380 м, 45–50° с. ш. в слое 0–200 м и 58–63° с. ш. в слое 100–200 м. В указанный период большинство используемых массивов данных демонстрирует осолонение верхнего 400 м слоя в области Саргассова моря, восточной части Субтропической Атлантики и западной и северной частей субполярного круговорота. На остальной части Северной Атлантики долгопериодное изменение солености в верхнем 400 м слое отсутствует. Таким образом, наряду с областями Северной Атлантики, в которых большинство источников данных согласованно показывают осолонение верхних 400 м, надёжно выделены области, в которых значимые долгопериодные тенденции изменения солености отсутствуют. Отмечается также невысокая согласованность долгопериодных тенденций изменения солености в реанализах океана. Это следует из большой площади областей, для которых в разных реанализах получены значимые, но разнонаправленные тенденции.

Публикации

Возможность практического использования результатов
Полученные в ходе практической реализации настоящего Проекта долгопериодные тенденции изменения термохалинных полей в разные временные интервалы, не зависящие от конкретного массива океанографической информации, могут быть востребованы для усовершенствования численных моделей циркуляции океана; для повышения достоверности прогнозов изменений климата на Европейской территории России. Кроме этого, уточнение районирования по тенденциям изменения температуры и солености северной части Атлантического океана представляется весьма актуальным при подготовке и реализации планов адаптации к изменениям климата на Европейской территории России.