Климат Арктики характеризуется длинными, холодными зимами и коротким, прохладным летом. Климат в Арктике сильно варьируется , но все регионы испытывают экстремальные значения солнечной радиации как летом, так и зимой. Некоторые части Арктики покрыты льдом ( морским льдом , ледниковым льдом или снегом ) круглый год, и почти все части Арктики испытывают длительные периоды с той или иной формой льда на поверхности.
Арктика состоит из океана, который в значительной степени окружен сушей. Таким образом, климат большей части Арктики смягчается океанской водой, температура которой никогда не опускается ниже −2 °C (28 °F). Зимой эта относительно теплая вода, даже несмотря на то, что покрыта полярным льдом , не дает Северному полюсу стать самым холодным местом в Северном полушарии , и это также одна из причин, по которой Антарктида намного холоднее Арктики. Летом наличие близлежащей воды не дает прибрежным районам прогреться так сильно, как они могли бы в противном случае.
Существуют различные определения Арктики. Наиболее широко используемое определение, область к северу от Полярного круга , где солнце не заходит в день июньского солнцестояния , используется в астрономическом и некоторых географических контекстах. Однако два наиболее широко используемых определения в контексте климата — это область к северу от северной границы леса и область, в которой средняя летняя температура составляет менее 10 °C (50 °F), которые почти совпадают на большинстве участков суши (NSIDC, архивировано 30 января 2013 г., на Wayback Machine ).
Это определение Арктики можно далее разделить на четыре различных региона:
По мере продвижения от побережья вглубь материка по территории Северной Америки и Евразии смягчающее влияние Северного Ледовитого океана быстро ослабевает, и климат переходит от арктического к субарктическому , как правило, менее чем за 500 километров (310 миль), а часто и на гораздо более коротком расстоянии.
Из-за отсутствия крупных населенных пунктов в Арктике, погодные и климатические наблюдения в регионе, как правило, широко разнесены и непродолжительны по сравнению со средними широтами и тропиками. Хотя викинги исследовали части Арктики более тысячелетия назад, и небольшое количество людей живет вдоль арктического побережья гораздо дольше, научные знания о регионе развивались медленно; крупные острова Северной Земли , расположенные к северу от полуострова Таймыр на материковой части России, были открыты только в 1913 году и нанесены на карту только в начале 1930-х годов [2]
Большая часть исторических исследований в Арктике была мотивирована поиском Северо-Западного и Северо-Восточного проходов . Экспедиции шестнадцатого и семнадцатого веков в основном направлялись торговцами в поисках этих коротких путей между Атлантикой и Тихим океаном. Эти набеги в Арктику не заходили далеко от североамериканского и евразийского побережья и не имели успеха в поиске судоходного пути через какой-либо проход.
Национальные и коммерческие экспедиции продолжали расширять детализацию карт Арктики в течение всего XVIII века, но в значительной степени игнорировали другие научные наблюдения. Экспедиции с 1760-х годов до середины XIX века также были сбиты с толку попытками плыть на север из-за убеждения многих в то время, что океан, окружающий Северный полюс, был свободен ото льда . Эти ранние исследования дали представление о состоянии морского льда в Арктике и иногда некоторую другую информацию, связанную с климатом.
К началу 19 века некоторые экспедиции стали собирать более подробные метеорологические, океанографические и геомагнитные наблюдения, но они оставались спорадическими. Начиная с 1850-х годов регулярные метеорологические наблюдения стали более распространенными во многих странах, и британский флот внедрил систему детальных наблюдений. [2] В результате экспедиции со второй половины девятнадцатого века начали предоставлять картину арктического климата.
Первой крупной попыткой европейцев изучить метеорологию Арктики стал Первый международный полярный год (МПГ) в 1882–1883 годах. Одиннадцать стран оказали поддержку в создании двенадцати наблюдательных станций вокруг Арктики. Наблюдения не были столь широко распространенными или длительными, как это было бы необходимо для подробного описания климата, но они дали первый связный взгляд на арктическую погоду.
В 1884 году обломки «Брии», судна, брошенного тремя годами ранее у восточного побережья Арктики России, были найдены у берегов Гренландии. Это заставило Фритьофа Нансена понять, что морской лед движется с сибирской стороны Арктики на атлантическую сторону. Он решил использовать это движение, вморозив специально сконструированное судно « Фрам » в морской лед и позволив ему пересечь океан. Метеорологические наблюдения собирались с судна во время его перехода с сентября 1893 года по август 1896 года. Эта экспедиция также дала ценную информацию о циркуляции ледяной поверхности Северного Ледовитого океана.
В начале 1930-х годов были проведены первые значительные метеорологические исследования внутренней части ледяного щита Гренландии . Они дали знания о, возможно, самом экстремальном климате Арктики, а также первое предположение о том, что ледяной щит находится в углублении в коренной породе (теперь известно, что это вызвано тяжестью самого льда).
Спустя пятьдесят лет после первого МПГ, в 1932–1933 годах, был организован второй МПГ. Этот был больше первого, с 94 метеорологическими станциями, но Вторая мировая война задержала или помешала публикации большей части собранных во время него данных. [2] Еще один важный момент в арктических наблюдениях до Второй мировой войны произошел в 1937 году, когда СССР основал первую из более чем 30 дрейфующих станций на Северном полюсе . Эта станция, как и более поздние, была установлена на толстой льдине и дрейфовала почти год, ее команда наблюдала за атмосферой и океаном по пути.
После Второй мировой войны Арктика, лежащая между СССР и Северной Америкой, стала линией фронта Холодной войны , непреднамеренно и значительно углубив наше понимание ее климата. В период с 1947 по 1957 год правительства Соединенных Штатов и Канады создали цепь станций вдоль побережья Арктики, известную как Линия дальнего раннего оповещения (DEWLINE), для оповещения о советской ядерной атаке. Многие из этих станций также собирали метеорологические данные.
Советский Союз также интересовался Арктикой и установил там значительное присутствие, продолжая дрейфующие станции на Северном полюсе. Эта программа работала непрерывно, с 30 станциями в Арктике с 1950 по 1991 год. Эти станции собирали данные, которые и по сей день представляют ценность для понимания климата Арктического бассейна. На этой карте показано расположение арктических исследовательских объектов в середине 1970-х годов и пути дрейфующих станций с 1958 по 1975 год.
Еще одним преимуществом холодной войны было получение данных наблюдений за военными походами США и СССР в Арктику. В 1958 году американская атомная подводная лодка «Наутилус » стала первым судном, достигшим Северного полюса. В последующие десятилетия подводные лодки регулярно бороздили арктические морские льды, собирая гидролокационные наблюдения за толщиной и протяженностью льда по мере продвижения. Эти данные стали доступны после холодной войны и предоставили доказательства истончения арктического морского льда. Советский флот также действовал в Арктике, включая плавание атомного ледокола « Арктика» к Северному полюсу в 1977 году, первый раз, когда надводный корабль достиг полюса.
Научные экспедиции в Арктику также стали более распространенными в десятилетия холодной войны, иногда извлекая выгоду в логистическом или финансовом плане из военных интересов. В 1966 году в Кэмп-Сенчури был пробурен первый глубокий ледяной керн в Гренландии, что дало представление о климате в течение последнего ледникового периода . Этот рекорд был продлен в начале 1990-х годов, когда были взяты два более глубоких керна из центра Гренландского ледяного щита. Начиная с 1979 года Программа буев в Северном Ледовитом океане (Международная программа буев в Арктике с 1991 года) собирала метеорологические и дрейфовые данные по всему Северному Ледовитому океану с помощью сети из 20-30 буев.
Распад Советского Союза в 1991 году привел к резкому сокращению регулярных наблюдений из Арктики. Российское правительство прекратило работу системы дрейфующих станций на Северном полюсе и закрыло многие наземные станции в российской Арктике. Аналогичным образом правительства США и Канады сократили расходы на арктические наблюдения, поскольку ощущаемая необходимость в DEWLINE снизилась. В результате наиболее полная коллекция наземных наблюдений из Арктики относится к периоду с 1960 по 1990 год. [2]
Обширный набор спутниковых инструментов дистанционного зондирования, которые сейчас находятся на орбите, помог заменить некоторые наблюдения, которые были утеряны после Холодной войны, и обеспечил покрытие, которое было невозможно без них. Регулярные спутниковые наблюдения Арктики начались в начале 1970-х годов, расширяясь и совершенствуясь с тех пор. Результатом этих наблюдений является тщательная запись протяженности морского льда в Арктике с 1979 года; уменьшение протяженности, отмеченное в этой записи (NASA, архивировано 21 февраля 2011 года, в Wayback Machine , NSIDC), и ее возможная связь с антропогенным глобальным потеплением помогли повысить интерес к Арктике в последние годы. Сегодняшние спутниковые инструменты обеспечивают регулярные обзоры не только облачности, снега и состояния морского льда в Арктике, но и других, возможно, менее ожидаемых, переменных, включая температуру поверхности и атмосферы, влажность воздуха, ветры и концентрацию озона.
Гражданские научные исследования на земле, безусловно, продолжались в Арктике, и они получили импульс с 2007 по 2009 год, поскольку страны по всему миру увеличивают расходы на полярные исследования в рамках третьего Международного полярного года. В течение этих двух лет тысячи ученых из более чем 60 стран будут сотрудничать для выполнения более 200 проектов, чтобы узнать о физических, биологических и социальных аспектах Арктики и Антарктики (МПГ).
Современные исследователи в Арктике также извлекают пользу из компьютерных моделей . Эти части программного обеспечения иногда относительно просты, но часто становятся очень сложными, поскольку ученые пытаются включить все больше и больше элементов окружающей среды, чтобы сделать результаты более реалистичными. Модели, хотя и несовершенны, часто дают ценную информацию о вопросах, связанных с климатом, которые невозможно проверить в реальном мире. Они также используются для попытки предсказать будущий климат и влияние, которое изменения в атмосфере, вызванные человеком, могут оказать на Арктику и за ее пределами. Еще одним интересным применением моделей было их использование вместе с историческими данными для получения наилучшей оценки погодных условий по всему земному шару за последние 50 лет, заполняя регионы, где не проводились наблюдения (ECMWF). Эти наборы данных повторного анализа помогают компенсировать отсутствие наблюдений над Арктикой.
Почти вся энергия, доступная поверхности и атмосфере Земли, исходит от солнца в форме солнечного излучения (света от солнца, включая невидимый ультрафиолетовый и инфракрасный свет). Изменения в количестве солнечного излучения, достигающего разных частей Земли, являются основным фактором глобального и регионального климата. Широта является важнейшим фактором, определяющим среднегодовое количество солнечного излучения, достигающего верхней части атмосферы; падающее солнечное излучение плавно уменьшается от экватора к полюсам. Поэтому температура имеет тенденцию к снижению с увеличением широты.
Кроме того, продолжительность каждого дня, которая определяется сезоном , оказывает значительное влияние на климат. 24-часовые дни, наблюдаемые вблизи полюсов летом, приводят к большому среднесуточному потоку солнечной радиации, достигающему верхней части атмосферы в этих регионах. В день июньского солнцестояния на 36% больше солнечной радиации достигает верхней части атмосферы в течение дня на Северном полюсе, чем на экваторе. [2] Однако в течение шести месяцев с сентябрьского равноденствия до мартовского равноденствия Северный полюс не получает солнечного света.
Климат Арктики также зависит от количества солнечного света, достигающего поверхности и поглощаемого ею. Изменения в облачном покрове могут вызвать значительные изменения в количестве солнечной радиации, достигающей поверхности в местах с одинаковой широтой. Различия в альбедо поверхности , например, из-за наличия или отсутствия снега и льда, сильно влияют на долю солнечной радиации, достигающей поверхности, которая отражается, а не поглощается.
В зимние месяцы с ноября по февраль солнце в Арктике находится очень низко над горизонтом или вообще не поднимается. Там, где оно поднимается, дни короткие, а низкое положение солнца на небе означает, что даже в полдень не так много энергии достигает поверхности. Более того, большая часть небольшого количества солнечной радиации, которая достигает поверхности, отражается ярким снежным покровом. Холодный снег отражает от 70% до 90% солнечной радиации, которая достигает его, [2] и снег покрывает большую часть арктической суши и ледяной поверхности зимой. Эти факторы приводят к незначительному поступлению солнечной энергии в Арктику зимой; единственное, что удерживает Арктику от постоянного охлаждения всю зиму, — это перенос более теплого воздуха и океанской воды в Арктику с юга и передача тепла от подземной суши и океана (оба из которых получают тепло летом и отдают его зимой) на поверхность и в атмосферу.
Арктические дни быстро удлиняются в марте и апреле, и солнце поднимается выше в небе, принося больше солнечной радиации в Арктику, чем зимой. В эти ранние месяцы весны в Северном полушарии большая часть Арктики все еще находится в зимних условиях, но с добавлением солнечного света. Продолжающиеся низкие температуры и сохраняющийся белый снежный покров означают, что эта дополнительная энергия, достигающая Арктики от солнца, медленно оказывает значительное влияние, поскольку она в основном отражается, не нагревая поверхность. К маю температуры повышаются, поскольку 24-часовой дневной свет достигает многих районов, но большая часть Арктики все еще покрыта снегом, поэтому поверхность Арктики отражает более 70% солнечной энергии, которая достигает ее над всеми районами, кроме Норвежского моря и южной части Берингова моря, где океан свободен ото льда, и некоторых участков суши, прилегающих к этим морям, где сдерживающее влияние открытой воды помогает рано таять снег. [2]
В большинстве районов Арктики значительное таяние снега начинается в конце мая или где-то в июне. Это запускает обратную связь, поскольку тающий снег отражает меньше солнечной радиации (50–60%), чем сухой снег, что позволяет поглощать больше энергии и таяние происходит быстрее. По мере того, как снег исчезает на суше, подстилающие поверхности поглощают еще больше энергии и начинают быстро нагреваться.
На Северном полюсе в день июньского солнцестояния, около 21 июня, солнце проходит круг на высоте 23,5° над горизонтом. Это отмечает полдень в годовом дне полюса ; с этого момента и до сентябрьского равноденствия солнце будет медленно приближаться все ближе и ближе к горизонту, обеспечивая полюс все меньшим и меньшим количеством солнечной радиации. Этот период захода солнца также примерно соответствует лету в Арктике.
Поскольку Арктика продолжает получать энергию от солнца в это время, земля, которая в настоящее время в основном свободна от снега, может прогреваться в ясные дни, когда ветер не дует с холодного океана. Над Северным Ледовитым океаном снежный покров на морском льду исчезает, и на морском льду начинают образовываться пруды талой воды, что еще больше уменьшает количество солнечного света, отражаемого льдом, и способствует таянию большего количества льда. По краям Северного Ледовитого океана лед растает и разрушится, обнажив океанскую воду, которая поглощает почти все солнечное излучение, которое достигает ее, сохраняя энергию в толще воды. К июлю и августу большая часть земли становится голой и поглощает более 80% солнечной энергии, которая достигает поверхности. Там, где остается морской лед, в центральном Арктическом бассейне и проливах между островами Канадского архипелага, многочисленные талые пруды и отсутствие снега приводят к тому, что около половины солнечной энергии поглощается, [2] но это в основном идет на таяние льда, поскольку поверхность льда не может нагреться выше точки замерзания.
Частые облачные покровы, превышающие 80% частоты над большей частью Северного Ледовитого океана в июле, [2] уменьшают количество солнечной радиации, которая достигает поверхности, отражая большую ее часть до того, как она достигнет поверхности. Необычные ясные периоды могут привести к усилению таяния морского льда или повышению температуры (NSIDC Архивировано 23 декабря 2007 г., на Wayback Machine ).
Гренландия: Внутренняя часть Гренландии отличается от остальной части Арктики. Низкая частота облачности весной и летом и большая высота, которая уменьшает количество солнечной радиации, поглощаемой или рассеиваемой атмосферой, в совокупности дают этому региону наибольшее поступление солнечной радиации на поверхность из всех мест в Арктике. Однако большая высота и соответствующие более низкие температуры помогают удерживать яркий снег от таяния, ограничивая согревающий эффект всей этой солнечной радиации.
Летом, когда тает снег, инуиты живут в хижинах, похожих на палатки, сделанных из шкур животных, натянутых на каркас.
В сентябре и октябре дни быстро становятся короче, а в северных районах солнце полностью исчезает с неба. Поскольку количество солнечной радиации, доступной поверхности, быстро уменьшается, температура следует за ним. Морской лед начинает снова замерзать и в конечном итоге покрывается свежим снежным покровом, заставляя его отражать еще больше уменьшающегося количества солнечного света, достигающего его. Аналогичным образом, в начале сентября как северные, так и южные районы суши получают свой зимний снежный покров, который в сочетании с уменьшенным солнечным излучением на поверхности гарантирует конец теплым дням, которые эти районы могут испытывать летом. К ноябрю зима вступает в полный разгар в большей части Арктики, и небольшое количество солнечной радиации, все еще достигающее региона, не играет существенной роли в его климате.
Арктика часто воспринимается как регион, застрявший в постоянном глубоком морозе. Хотя большая часть региона действительно испытывает очень низкие температуры, существует значительная изменчивость как в зависимости от местоположения, так и от сезона. Зимние температуры в среднем ниже нуля по всей Арктике, за исключением небольших регионов в южной части Норвежского и Берингова морей, которые остаются свободными ото льда в течение всей зимы. Летние средние температуры выше нуля во всех регионах, за исключением центрального Арктического бассейна, где морской лед сохраняется в течение лета, и внутренней Гренландии.
Карты показывают среднюю температуру над Арктикой в январе и июле, как правило, самых холодных и самых теплых месяцев. Эти карты были созданы с использованием данных из NCEP/NCAR Reanalysis , который объединяет доступные данные в компьютерную модель для создания согласованного глобального набора данных. Ни модели, ни данные не являются идеальными, поэтому эти карты могут отличаться от других оценок температур поверхности; в частности, большинство арктических климатологий показывают температуру над центральным Северным Ледовитым океаном в июле в среднем чуть ниже нуля, на несколько градусов ниже, чем показывают эти карты [2] [3] (СССР, 1985) [ необходима ссылка ] . Более ранняя климатология температур в Арктике, основанная исключительно на доступных данных, показана на этой карте из CIA Polar Regions Atlas. [3]
Всемирная метеорологическая организация признала в 2020 году температуру −69,6 °C (−93,3 °F), измеренную вблизи топографической вершины Гренландского ледяного щита 22 декабря 1991 года, самой низкой в Северном полушарии. Рекорд был измерен на автоматической метеостанции и был обнаружен спустя почти 30 лет. [4]
Среди самых холодных мест в Северном полушарии также находится внутренняя часть Дальнего Востока России, в правом верхнем квадранте карт. Это связано с континентальным климатом региона , далеким от смягчающего влияния океана, и долинами в регионе, которые могут удерживать холодный, плотный воздух и создавать сильные температурные инверсии , где температура увеличивается, а не уменьшается с высотой. [2] Самая низкая официально зарегистрированная температура в Северном полушарии составляет −67,7 °C (−89,9 °F), что произошло в Оймяконе 6 февраля 1933 года, а также −67,8 °C (−90,0 °F) в Верхоянске 5 и 7 февраля 1892 года соответственно. Однако этот регион не является частью Арктики, поскольку его континентальный климат также позволяет ему иметь теплое лето со средней температурой июля 15 °C (59 °F). На рисунке ниже, показывающем климатологию станций, участок для Якутска является репрезентативным для этой части Дальнего Востока; в Якутске климат немного менее экстремальный, чем в Верхоянске.
Арктический бассейн обычно покрыт морским льдом круглый год, что сильно влияет на его летние температуры. Он также переживает самый длинный период без солнечного света среди всех частей Арктики и самый длинный период непрерывного солнечного света, хотя частая облачность летом снижает важность этого солнечного излучения.
Несмотря на свое расположение в центре Северного полюса и длительный период темноты, который это приносит, это не самая холодная часть Арктики. Зимой тепло, передаваемое из воды с температурой −2 °C (28 °F) через трещины во льду и участки открытой воды, помогает смягчить климат, поддерживая средние зимние температуры около −30 до −35 °C (−22 до −31 °F). Минимальные температуры в этом регионе зимой составляют около −50 °C (−58 °F).
Летом морской лед не дает поверхности нагреться выше точки замерзания. Морской лед в основном состоит из пресной воды, поскольку соль отторгается льдом по мере его формирования, поэтому тающий лед имеет температуру 0 °C (32 °F), и любая дополнительная энергия от солнца идет на таяние большего количества льда, а не на нагревание поверхности. Температура воздуха на стандартной высоте измерения около 2 метров над поверхностью может подняться на несколько градусов выше точки замерзания в период с конца мая по сентябрь, хотя она, как правило, находится в пределах градуса замерзания, с очень небольшой изменчивостью в разгар сезона таяния.
На рисунке выше, показывающем климатологию станций, нижний левый график для NP 7–8 является репрезентативным для условий над Арктическим бассейном. Этот график показывает данные с советских дрейфующих станций Северного полюса, номера 7 и 8. Он показывает, что средняя температура в самые холодные месяцы составляет −30, и температура быстро растет с апреля по май; июль является самым теплым месяцем, а сужение линий максимальной и минимальной температуры показывает, что температура не сильно отличается от нуля в середине лета; с августа по декабрь температура неуклонно падает. Небольшой суточный диапазон температур (длина вертикальных полос) является результатом того, что высота солнца над горизонтом не сильно меняется или вообще не меняется в этом регионе в течение одного дня.
Большая часть зимней изменчивости в этом регионе обусловлена облаками. Поскольку здесь нет солнечного света, тепловое излучение, испускаемое атмосферой, является одним из основных источников энергии в этом регионе зимой. Облачное небо может излучать гораздо больше энергии к поверхности, чем ясное небо, поэтому, когда зимой облачно, этот регион, как правило, теплый, а когда ясно, этот регион быстро охлаждается. [2]
Зимой Канадский архипелаг испытывает температуры, схожие с температурами в Арктическом бассейне, но в летние месяцы с июня по август наличие такого большого количества суши в этом регионе позволяет ему прогреваться больше, чем покрытый льдом Арктический бассейн. На приведенном выше рисунке климатологии станции график для Резольют типичен для этого региона. Наличие островов, большинство из которых летом теряют снежный покров, позволяет летним температурам подниматься значительно выше нуля. Средняя высокая температура летом приближается к 10 °C (50 °F), а средняя низкая температура в июле выше нуля, хотя температуры ниже нуля наблюдаются каждый месяц года.
Проливы между этими островами часто остаются покрытыми морским льдом в течение всего лета. Этот лед поддерживает температуру поверхности на уровне замерзания, как и в Арктическом бассейне, поэтому место в проливе, скорее всего, будет иметь летний климат, больше похожий на Арктический бассейн, но с более высокими максимальными температурами из-за ветров с близлежащих теплых островов.
Климатически Гренландия разделена на два очень отдельных региона: прибрежный регион, большая часть которого свободна ото льда, и внутренний ледяной щит . Гренландский ледяной щит покрывает около 80% Гренландии, местами доходя до побережья, и имеет среднюю высоту 2100 м (6900 футов) и максимальную высоту 3200 м (10 500 футов). Большая часть ледяного щита остается ниже нуля в течение всего года, и здесь самый холодный климат из всех частей Арктики. Прибрежные районы могут быть затронуты близлежащей открытой водой или передачей тепла через морской лед из океана, и многие части теряют свой снежный покров летом, что позволяет им поглощать больше солнечной радиации и нагреваться больше, чем внутренние районы.
Прибрежные регионы в северной половине Гренландии переживают зимние температуры, схожие или немного более высокие, чем на Канадском архипелаге, со средней температурой января от −30 до −25 °C (от −22 до −13 °F). Эти регионы немного теплее, чем на архипелаге, из-за их более близкого расположения к областям тонкого однолетнего морского льда или к открытому океану в заливе Баффина и Гренландском море.
Прибрежные районы в южной части острова больше подвержены влиянию открытой океанской воды и частого прохождения циклонов , оба из которых помогают удерживать температуру там не такой низкой, как на севере. В результате этих влияний средняя температура в январе в этих районах значительно выше, примерно от −20 до −4 °C (−4 до 25 °F).
Внутренний ледяной щит в значительной степени избегает влияния теплопередачи от океана или циклонов, а его большая высота также способствует более холодному климату, поскольку температуры имеют тенденцию к снижению с высотой. Результатом являются зимние температуры, которые ниже, чем где-либо еще в Арктике, со средней температурой января от −45 до −30 °C (от −49 до −22 °F), в зависимости от местоположения и от того, какой набор данных просматривается. Минимальные температуры зимой над более высокими частями ледяного щита могут опускаться ниже −60 °C (−76 °F) (CIA, 1978). На приведенном выше рисунке климатологии станции график Centrale представляет высокий Гренландский ледяной щит.
Летом в прибрежных районах Гренландии наблюдаются температуры, схожие с температурами на островах Канадского архипелага, в среднем всего на несколько градусов выше нуля в июле, с немного более высокими температурами на юге и западе, чем на севере и востоке. Внутренний ледяной щит остается покрытым снегом в течение всего лета, хотя значительные его части испытывают некоторое таяние снега. [2] Этот снежный покров в сочетании с высотой ледяного щита помогают поддерживать здесь более низкие температуры, со средними значениями июля от −12 до 0 °C (от 10 до 32 °F). Вдоль побережья температура не меняется слишком сильно из-за смягчающего влияния близлежащей воды или тающего морского льда. Во внутренних районах температура не поднимается намного выше нуля из-за покрытой снегом поверхности, но может опускаться до −30 °C (−22 °F) даже в июле. Температура выше 20 °C редка, но иногда бывает в прибрежных районах крайнего юга и юго-запада.
Большинство арктических морей покрыто льдом в течение части года (см. карту в разделе «Морской лед» ниже); «незамерзающие» здесь относятся к тем морям, которые не покрыты льдом круглый год.
Единственными регионами, которые остаются свободными ото льда в течение всего года, являются южная часть Баренцева моря и большая часть Норвежского моря. Они имеют очень небольшие годовые колебания температуры; средние зимние температуры держатся около или выше точки замерзания морской воды (около −2 °C (28 °F)), поскольку незамерзший океан не может иметь температуру ниже этой, а летние температуры в частях этих регионов, которые считаются частью Арктики, в среднем составляют менее 10 °C (50 °F). В течение 46-летнего периода, когда велись погодные записи на острове Шемья , в южной части Берингова моря, средняя температура самого холодного месяца (февраля) была −0,6 °C (30,9 °F), а самого теплого месяца (августа) была 9,7 °C (49,5 °F); температура никогда не опускалась ниже −17 °C (1 °F) и не поднималась выше 18 °C (64 °F); Западный региональный климатический центр)
Остальные моря покрыты льдом в течение некоторой части зимы и весны, но теряют лед летом. Летние температуры в этих регионах составляют от 0 до 8 °C (от 32 до 46 °F). Зимний ледяной покров позволяет температурам в этих регионах опускаться намного ниже, чем в регионах, которые свободны ото льда в течение всего года. В большинстве морей, которые покрыты льдом сезонно, зимние температуры составляют в среднем от −30 до −15 °C (от −22 до 5 °F). Те области, которые находятся вблизи кромки морского льда, будут оставаться несколько теплее из-за смягчающего влияния близлежащей открытой воды. На приведенном выше рисунке климатологии станции графики для мыса Барроу, Тикси, Мурманска и Исфьорда типичны для участков суши, прилегающих к морям, которые покрыты льдом сезонно. Наличие суши позволяет температурам достигать немного более экстремальных значений, чем сами моря.
Арктика, практически свободная ото льда, может стать реальностью в сентябре, где-то между 2050 и 2100 годами. [5]
Осадки в большей части Арктики выпадают только в виде дождя и снега. В большинстве районов снег является доминирующей или единственной формой осадков зимой, тогда как летом выпадает как дождь, так и снег (Serreze and Barry 2005). Главным исключением из этого общего описания является высокая часть Гренландского ледникового щита, которая получает все свои осадки в виде снега во все сезоны.
Точные климатологии количества осадков сложнее составить для Арктики, чем климатологии других переменных, таких как температура и давление. Все переменные измеряются на относительно небольшом количестве станций в Арктике, но наблюдения за осадками становятся более неопределенными из-за сложности улавливания в осадкомере всего выпадающего снега. Обычно часть падающего снега не попадает в осадкомеры из-за ветров, что приводит к занижению количества осадков в регионах, которые получают большую часть своих осадков в виде снегопада. В данные вносятся поправки для учета этих неучтенных осадков, но они не идеальны и вносят некоторую ошибку в климатологии (Serreze and Barry 2005).
Имеющиеся наблюдения показывают, что количество осадков различается примерно в 10 раз по всей Арктике, при этом некоторые части Арктического бассейна и Канадского архипелага получают менее 150 мм (5,9 дюйма) осадков в год, а части юго-восточной Гренландии получают более 1200 мм (47 дюймов) осадков в год. Большинство регионов получают менее 500 мм (20 дюймов) в год. [6] Для сравнения, годовое количество осадков, усредненное по всей планете, составляет около 1000 мм (39 дюймов); см. Осадки ). Если не указано иное, все количества осадков, приведенные в этой статье, являются эквивалентными жидкостям, то есть замерзшие осадки тают до того, как их измеряют.
Арктический бассейн является одной из самых сухих частей Арктики. Большая часть бассейна получает менее 250 мм (9,8 дюйма) осадков в год, что делает его пустыней . Меньшие регионы Арктического бассейна к северу от Шпицбергена и полуострова Таймыр получают до 400 мм (16 дюймов) в год. [6]
Ежемесячное количество осадков в большей части Арктического бассейна в среднем составляет около 15 мм (0,59 дюйма) с ноября по май и увеличивается до 20–30 мм (0,79–1,18 дюйма) в июле, августе и сентябре. [6] Сухие зимы являются результатом низкой частоты циклонов в регионе в это время и удаленности региона от теплой открытой воды, которая могла бы стать источником влаги (Serreze and Barry 2005). Несмотря на низкое количество осадков зимой, частота осадков выше в январе, когда в 25–35% наблюдений сообщалось об осадках, чем в июле, когда в 20–25% наблюдений сообщалось об осадках (Serreze and Barry 2005). Большая часть осадков, сообщаемых зимой, очень легкая, возможно, алмазная пыль . Число дней с измеримыми осадками (более 0,1 мм [0,004 дюйма] в день) немного больше в июле, чем в январе (СССР, 1985). Из январских наблюдений, сообщающих об осадках, 95–99% указывают на то, что они были замороженными. В июле от 40 до 60% наблюдений, сообщающих об осадках, указывают на то, что они были замороженными (Serreze and Barry, 2005).
Части бассейна к северу от Шпицбергена и полуострова Таймыр являются исключениями из общего описания, которое только что было дано. Эти регионы получают много ослабляющих циклонов из североатлантического штормового пути , который наиболее активен зимой. В результате количество осадков над этими частями бассейна зимой больше, чем приведено выше. Теплый воздух, переносимый в эти регионы, также означает, что жидкие осадки более распространены, чем над остальной частью Арктического бассейна как зимой, так и летом.
Годовые суммы осадков в Канадском архипелаге резко увеличиваются с севера на юг. Северные острова получают такие же суммы, с таким же годовым циклом, как и центральный Арктический бассейн. Над Баффиновой Землей и более мелкими островами вокруг нее годовые суммы увеличиваются с чуть более 200 мм (7,9 дюйма) на севере до примерно 500 мм (20 дюймов) на юге, где циклоны из Северной Атлантики более часты. [6]
Годовые суммы осадков, приведенные ниже для Гренландии, взяты из рисунка 6.5 в Serreze and Barry (2005). Из-за нехватки долгосрочных погодных записей в Гренландии, особенно во внутренних районах, эта климатология осадков была разработана путем анализа годовых слоев в снегу для определения годового накопления снега (в жидком эквиваленте) и была модифицирована на побережье с помощью модели для учета влияния рельефа на количество осадков.
Южная треть Гренландии выступает в североатлантический штормовой путь, регион, часто находящийся под влиянием циклонов. Эти частые циклоны приводят к большему годовому количеству осадков, чем над большей частью Арктики. Это особенно верно вблизи побережья, где рельеф поднимается от уровня моря до более чем 2500 м (8200 футов), увеличивая количество осадков из-за орографического подъема . Результатом является годовое количество осадков от 400 мм (16 дюймов) над южной внутренней частью до более 1200 мм (47 дюймов) вблизи южного и юго-восточного побережья. Некоторые места вблизи этих побережий, где рельеф особенно благоприятствует возникновению орографического подъема, получают до 2200 мм (87 дюймов) осадков в год. Больше осадков выпадает зимой, когда штормовой путь наиболее активен, чем летом.
Западное побережье центральной трети Гренландии также находится под влиянием некоторых циклонов и орографического подъема, а общее количество осадков над склоном ледникового щита вблизи этого побережья составляет до 600 мм (24 дюйма) в год. Восточное побережье центральной трети острова получает от 200 до 600 мм (7,9 и 23,6 дюйма) осадков в год, причем их количество увеличивается с севера на юг. Осадки над северным побережьем аналогичны осадкам над центральным Арктическим бассейном.
Внутренняя часть центрального и северного Гренландского ледникового щита является самой сухой частью Арктики. Годовые суммы здесь колеблются от менее 100 до около 200 мм (от 4 до 8 дюймов). В этом регионе постоянно ниже нуля, поэтому все осадки выпадают в виде снега, причем летом их больше, чем зимой. (СССР 1985).
Чукотское, Лаптевых и Карское моря, а также Баффинов залив получают несколько больше осадков, чем Арктический бассейн, с годовым количеством от 200 до 400 мм (7,9 и 15,7 дюйма); годовые циклы в Чукотском море, море Лаптевых и Баффиновом заливе аналогичны таковым в Арктическом бассейне, с большим количеством осадков, выпадающим летом, чем зимой, в то время как Карское море имеет меньший годовой цикл из-за увеличения зимних осадков, вызванных циклонами из североатлантического штормового пути. [6] [7]
Лабрадорское, Норвежское, Гренландское и Баренцево моря, а также Датский и Дэвисов проливы находятся под сильным влиянием циклонов в североатлантическом штормовом пути, который наиболее активен зимой. В результате эти регионы получают больше осадков зимой, чем летом. Годовые суммы осадков быстро увеличиваются с примерно 400 мм (16 дюймов) в северной части до примерно 1400 мм (55 дюймов) в южной части региона. [6] Осадки выпадают часто зимой, измеримые суммы выпадают в среднем в течение 20 дней в январе в Норвежском море (СССР, 1985). Берингово море находится под влиянием северотихоокеанского штормового пути и имеет годовые суммы осадков от 400 до 800 мм (16 и 31 дюйм), также с зимним максимумом.
Морской лед — это замерзшая морская вода, которая плавает на поверхности океана. Это доминирующий тип поверхности в течение года в Арктическом бассейне, и в какой-то момент года он покрывает большую часть поверхности океана в Арктике. Лед может быть голым льдом или может быть покрыт снегом или прудами с талой водой, в зависимости от местоположения и времени года. Морской лед относительно тонкий, обычно менее 4 м (13 футов), с более толстыми хребтами (NSIDC). Веб-камеры Северного полюса NOAA отслеживают переходы арктического летнего морского льда через весеннее таяние, летние талые пруды и осеннее замерзание с момента установки первой веб-камеры в 2002 году и по настоящее время.
Морской лед важен для климата и океана различными способами. Он уменьшает передачу тепла из океана в атмосферу; он уменьшает поглощение солнечной энергии на поверхности и обеспечивает поверхность, на которой может накапливаться снег, что еще больше снижает поглощение солнечной энергии; поскольку соль отторгается льдом по мере его образования, лед увеличивает соленость поверхностной воды океана там, где он образуется, и уменьшает соленость там, где он тает, и оба эти фактора могут влиять на циркуляцию океана. [8]
Карта показывает области, покрытые морским льдом, когда он достигает максимальной протяженности (март) и минимальной протяженности (сентябрь). Эта карта была составлена в 1970-х годах, и с тех пор протяженность морского льда уменьшилась (см. ниже), но это все еще дает разумный обзор. При максимальной протяженности, в марте, морской лед покрывает около 15 миллионов км 2 (5,8 миллионов квадратных миль) Северного полушария, почти такую же площадь, как самая большая страна, Россия . [9]
Ветры и океанические течения заставляют морской лед двигаться. Типичная схема движения льда показана на карте справа. В среднем эти движения переносят морской лед с российской стороны Северного Ледовитого океана в Атлантический океан через район к востоку от Гренландии, в то время как они заставляют лед на североамериканской стороне вращаться по часовой стрелке, иногда в течение многих лет.
Скорость ветра над Арктическим бассейном и западным Канадским архипелагом в среднем составляет от 4 до 6 метров в секунду (от 14 до 22 километров в час, от 9 до 13 миль в час) во все сезоны. Более сильные ветры случаются во время штормов, часто вызывая условия белой мглы , но они редко превышают 25 м/с (90 км/ч (56 миль в час) в этих областях. [10]
Во все сезоны самые сильные средние ветры наблюдаются в североатлантических морях, заливе Баффина, Беринговом и Чукотском морях, где циклоническая активность наиболее распространена. На атлантической стороне ветры самые сильные зимой, в среднем от 7 до 12 м/с (от 25 до 43 км/ч (от 16 до 27 миль/ч), и самые слабые летом, в среднем от 5 до 7 м/с (от 18 до 25 км/ч (от 11 до 16 миль/ч). На тихоокеанской стороне они в среднем от 6 до 9 м/с (от 22 до 32 км/ч (от 14 до 20 миль/ч) круглый год. Максимальная скорость ветра в Атлантическом регионе может достигать 50 м/с (180 км/ч (110 миль/ч) зимой. [10]
Как и на остальной планете, климат в Арктике менялся с течением времени. Около 55 миллионов лет назад считается, что части Арктики поддерживали субтропические экосистемы [11] и что температура поверхности арктического моря поднялась примерно до 23 °C (73 °F) во время палеоцен-эоценового термического максимума . В недавнем прошлом планета пережила серию ледниковых периодов и межледниковых периодов в течение примерно последних 2 миллионов лет, причем последний ледниковый период достиг своего максимума около 18 000 лет назад и закончился около 10 000 лет назад. Во время этих ледниковых периодов большие площади северной части Северной Америки и Евразии были покрыты ледяными щитами, похожими на тот, что сегодня находится в Гренландии; арктические климатические условия могли бы распространяться гораздо дальше на юг, а условия в современном арктическом регионе, вероятно, были холоднее. Температурные косвенные показатели показывают, что за последние 8000 лет климат был стабильным, с глобальными средними колебаниями температуры менее чем около 1 °C (34 °F); (см. Палеоклимат ).
Есть несколько причин ожидать, что климатические изменения, независимо от причины, могут быть усилены в Арктике по сравнению со средними широтами и тропиками. Во-первых, это обратная связь между льдом и альбедо, при которой первоначальное потепление приводит к таянию снега и льда, обнажая более темные поверхности, которые поглощают больше солнечного света, что приводит к большему потеплению. Во-вторых, поскольку более холодный воздух удерживает меньше водяного пара, чем более теплый воздух, в Арктике большая часть любого увеличения поглощенной поверхностью радиации идет непосредственно на потепление атмосферы, тогда как в тропиках большая часть идет на испарение. В-третьих, поскольку температурная структура Арктики подавляет вертикальные движения воздуха, глубина атмосферного слоя, который должен нагреться, чтобы вызвать потепление приповерхностного воздуха, в Арктике намного меньше, чем в тропиках. В-четвертых, сокращение площади морского льда приведет к тому, что больше энергии будет передаваться из теплого океана в атмосферу, что усилит потепление. Наконец, изменения в атмосферной и океанической циркуляции, вызванные глобальным изменением температуры, могут привести к тому, что больше тепла будет передаваться в Арктику, усиливая потепление в Арктике. [13]
Согласно Межправительственной группе экспертов по изменению климата (МГЭИК), «потепление климатической системы однозначно», а средняя глобальная температура увеличилась на 0,6–0,9 °C (1,1–1,6 °F) за последнее столетие. В этом отчете также говорится, что «большая часть наблюдаемого повышения средней глобальной температуры с середины 20-го века весьма вероятно [вероятность более 90%] из-за наблюдаемого увеличения концентрации антропогенных парниковых газов». МГЭИК также указывает, что за последние 100 лет среднегодовая температура в Арктике увеличилась почти вдвое по сравнению со средней глобальной температурой. [14] В 2009 году НАСА сообщило, что 45 или более процентов наблюдаемого потепления в Арктике с 1976 года, вероятно, были результатом изменений в крошечных частицах в воздухе, называемых аэрозолями . [15]
Климатические модели предсказывают, что повышение температуры в Арктике в течение следующего столетия будет продолжать примерно вдвое превышать повышение средней глобальной температуры. К концу 21-го века среднегодовая температура в Арктике, как прогнозируется, увеличится на 2,8–7,8 °C (5,0–14,0 °F), с большим потеплением зимой (4,3–11,4 °C (7,7–20,5 °F)), чем летом. [14] Ожидается, что сокращение площади и толщины морского льда продолжится в течение следующего столетия, при этом некоторые модели предсказывают, что Северный Ледовитый океан освободится от морского льда в конце лета к середине или концу столетия. [14]
Исследование, опубликованное в журнале Science в сентябре 2009 года, определило, что температуры в Арктике в настоящее время выше, чем когда-либо за последние 2000 лет. [16] Образцы из ледяных кернов, годичных колец деревьев и озерных отложений из 23 мест были использованы группой под руководством Даррелла Кауфмана из Университета Северной Аризоны , чтобы предоставить моментальные снимки изменяющегося климата. [17] Геологи смогли отследить летние температуры в Арктике еще со времен римлян, изучая естественные сигналы в ландшафте. Результаты подчеркнули, что в течение примерно 1900 лет температуры неуклонно падали, что было вызвано прецессией орбиты Земли , из-за которой планета находилась немного дальше от Солнца летом в Северном полушарии. [16] [17] Эти орбитальные изменения привели к холодному периоду, известному как малый ледниковый период , в 17, 18 и 19 веках. [16] [17] Однако в течение последних 100 лет температура повышалась, несмотря на то, что продолжающиеся изменения орбиты Земли привели бы к дальнейшему похолоданию. [16] [17] [18] Наибольший рост произошел с 1950 года, при этом четыре из пяти самых теплых десятилетий за последние 2000 лет пришлись на период с 1950 по 2000 год. [16] Последнее десятилетие было самым теплым за всю историю наблюдений. [19]
Антарктида
