У С Л О В И Я В Ы Х О Д А М Е Л К О В О Д Н О Г О Б О Р Е А Л Ь Н О Г О О ЗЕ РА И З-П О Д О Л Ь Д А И О С О Б Е Н Н О С Т И В Е С Е Н Н Е Г О П Е Р Е М Е Ш И В А Н И Я Г. Г. Гавриленко, А. Ю. Тержевик, Г. Э. Здоровеннова, Р. Э. Здоровеннов,
Н. И. Пальшин, Т. В. Ефремова, С. Р. Богданов И нст ит ут водны х проблем С евера К а р Н Ц РАН,
Ф И Ц «Карельский научны й цент р РАН», П ет розаводск
Н а основе совм естн ого ан али за м етеодан ны х, н атурн ы х и зм ерен и й тем п ературы водн ой толщ и и характери сти к сн еж но-ледяного п окрова н ебольш ого бореального озер а п оказан а во зм о ж ность разви ти я р азли чн ы х сц ен ари ев п ерем еш и ван и я водн ой толщ и озер а в течен и е ф инального этап а весенн его подледн ого п рогрева и н а н ач альн ом этапе откры той воды в разн ы е по п о го д н ы м усл ови ям годы.
П ериод весеннего перем еш ивания, несм отря на его относительную непродолж ительность, является важ ны м этап ом в годовом цикле зам ерзаю щ их водоемов. В ходе подледного этап а весен него перем еш ивания повы ш ается тем пература п оверхностны х слоев водной толщ и, что приводит к развитию конвективного перем еш ивания [Farm er, 1975]; по мере заглубления конвективного слоя вы равнивается содерж ание растворенного ки слорода по водном у столбу [Stefanovic, 2002], перераспределяю тся клетки водорослей и биогенны е вещ ества, что способствует активизации подледного цветения планктона. Т ем пература поверхностного слоя озера во м ногом определяет характер перем еш ивания и после взлом а л ьда на н ачальной стадии п ери ода откры той воды , в ч а стности, продолж ительность гомотермии. П ри отсутствии ветрового воздействия главны м и ф ак
торами, препятствую щ ими перемеш иванию , становятся низкая прозрачность водной толщ и и повы ш аю щ аяся тем пература поверхностного слоя водоема.
М атериалы и методы исследования
И ссл ед о ван и е п ро во д и л о сь н а н еб о льш о м м ел к о во д н о м озере В ен дю рском , р а с п о л о ж е н ном в ю ж н ой ч асти К арели и [О зера К арелии, 2013]. Д ля ан ал и за и сп ользовали сь данны е н ату р н ы х и зм ерен и й тем пературы воды , п олученны е в ход е п олевы х кам п ан и й л аборатори и ги д р о ф и зи ки И В П С К арН Ц Р А Н н а этом озере. Н ачи н ая с и ю ля 2007 г. до н астоящ его врем ени в ц ен тральн ой гл убок овод н ой части озер а н аходится коса, осн ащ ен ная автон ом н ы м и логгерам и тем п ературы R B R L td., закреп лен н ы м и с дискретн остью по верти кали 0 ,2 -1 ,5 м и и зм еряю щ и ми тем п ературу воды с ш агом по врем ени в 1 мин. В анализе такж е и сп ользовал и сь д ан ны е еже
годных ледовых съемок, которые проводятся на озере в марте - апреле и вклю чаю т измерение толщ и
ны и описание структуры снежно-ледяного покрова на 2 2 станциях продольного и поперечного р а з р езов, и и зм ер ен и я п о то ко в со л н еч н о й р ад и ац и и н а п о вер х н о сти и в п о д л ед н о м слое озера, п олуч ен н ы е н а стан ц и и р ад и ац и о н н ы х и зм ер ен и й в п ер и о д в есе н н и х п о лев ы х р аб о т [Z d o ro v en n o v a e t al., 2018]. В р ам к ах д ан н о й раб о ты б ы л и р ассм о тр ен ы в есен н и е у сл о в и я ч е ты р ех сл ед у ю щ и х д р у г за д р у го м л ет - с 2015 по 2018 г. М етео р о ло ги ч еск и е д ан н ы е д ля М С П е тр о зав о д с к п олуч ен ы н а сай те «R eliable P ro g n o sis» h ttp s://rp 5 .ru /W e a th e r_ in _ th e _ w o rld . А н а лиз тем п ер ату р ы в о зд у х а по М С П етр о зав о д с к п р о во д и л ся отн о си тел ьн о ср е д н ем н о го л етн ей
норм ы п ер и о д а 1 9 6 1 -1 9 9 0 гг., д ан н ы е п олуч ен ы н а сай те В сер о сси й ско го н ау ч н о -и с сл ед о в а
тел ь ск о го и н с ти ту та ги д р о м етео р о л о ги ч е ск о й и н ф о р м ац и и - М и рового ц ен тр а д ан н ы х (Ф ГБУ В Н И И Г М И -М Ц Д ) [Б у л ы ги н а и д р., 2014].
Результаты и их обсуж дение
Весенние условия четы рех исследованных лет заметно отличались по погоде и состоянию льда, что отразилось на температуре водной толщ и озера и характерных сроках годового цикла водоема.
С реднемесячная весенняя тем пература воздуха по М С П етрозаводск изучаемы х лет отличалась заметной вариабельностью относительно периода осреднения 1961-1990 гг. Так, в 2015 и 2016 гг.
все три весенних месяца бы ли теплее климатической нормы, причем в 2015 г. средние температуры марта, апреля и мая превыш али показатель базисного периода (БП) на 5,1, 0,7 и 2,0 °С, а в 2016 г. - н а 3,2, 2,0 и 4,3 °С, соответственно (рис. 1). В 2017 г. тем пература воздуха в марте превы ш ала кли м атическую норму на 3,4 °С, но последую щ ие д ва м есяца бы ли заметно холоднее нормы: апрель - н а 1,3 °С, м ай - н а 3,4 °С. В 2018 г. наи более холодн ы м бы л м арт - ниж е норм ы н а 3,8 °С, зато апрель и май бы ли теплее нормы на 1,6 и 4,1 °С, соответственно.
а)
БП 2015 2016 2017 2018
Рис. 1. Среднемесячная температура воздуха марта (а), апреля (б) и мая (в) исследуемых лет и базисного периода (БП) (1961-1990 гг.) по МС Петрозаводск
Ледовый реж им водоема также заметно отличался в исследуемые годы. Даты установления и взлома льда в разны е годы, а также толщ ина и структура снеж но-ледяного покрова озера в февра
ле 2017 г. и апреле 2 0 1 5 -2 0 1 8 гг. приведен ы в табл. 1. Н аиболее д ли тельн ы й ледостав н аб лю д ал ся в зимний сезон 2016-2017 гг. - более 194 суток. За период непреры вны х наблю дений на оз.
Вендю рском, начиная с 1994 г., это самый длительны й период сущ ествования льда [Z dorovennov et al., 2013; З д оровен н ова и др., 2017]. Д ата взл ом а л ьд а весн ой 2017 г. - 18 м ая - б ли зк а к н аи б о лее п оздн ем у окон чан ию л ед остава - 19 м ая 1995 г. Н аиболее коротки й ледостав - 159 суток - н аб лю д ался в зи м н ий сезон 2 0 1 4 -2 0 1 5 гг. В есн ой 2015 г. озеро освоб оди лось ото л ьд а 30 ап р е
ля, э т а д ата б ли зк а к наи более ран н ем у взлом у л ьд а - 29 ап рел я 2000 г. [Z dorovennov et al., 2013]. В есн ой 2016 г. озеро такж е освободи лось ото л ьд а достаточ н о ран о - 4 мая.
Таблица 1. Ледовый режим оз. Вендюрского в 2015-2018 гг. Даты установления и взлома льда, а также толщина снега, белого льда (БЛ), кристаллического льда (КЛ)
и общая толщина льда (ОЛ) в феврале 2017 г. и в апреле 2015-2018 гг.
Зимний сезон
Даты установления и взлома льда
Период
измерений Снег, см БЛ, cм КЛ, cм ОЛ, см
2014-2015 22.11.2014-30.04.2015 9-16.04.2015 0 - 1 10-24 22-23 37-47
2015-2016 16-27.11.2015, 12.12.2015-4.05.2016
9-13.04.2016 0 - 1 2 - 6 41-47 44-51
2016-2017 5.11.2016-18.05.2017 22.02.2017 1.04.2017 7-11.04.2017
25-30
2 - 1 1
0-3
24-38 27
20-35 27-32
45-47 56-63 54-59
2017-2018 23.11.2017-8.05.2018 22.04.2018 1-3 16-31 16-30 41-47
Н а и б о л ьш ая т о л щ и н а л ь д а в сер ед и н е ап р ел я н аб л ю д ал а сь в есн о й 2017 г. - окол о 60 см , в д р у ги е год ы т о л щ и н а л ь д а с о с т а в л я л а 4 0 -5 0 см. Л ед о в ы й п о кр о в о зе р а в кон ц е зи м ы в к л ю ч ал сл ои белого и к р и сталли ч еск ого льда. П ри это м то л щ и н а белого л ьд а б ы л а обы чн о м еньш е, 171
чем толщ ина кристаллического. В середине зимы толщ ина снега на льду озера достигала 2 5 -3 0 см, в то время как в апреле редко превы ш ала 1 0 см.
О птические свой ства снеж но-ледяного п окрова такж е зам етно отличались в период проведе
ния п олевы х раб от в исследуем ы е годы. Н аибольш им было альбедо заснеж енной поверхности озера в апреле 2017 г. (м аксимальное значение 0,9, среднее за период и зм ерений - 0,7). П ри и зм е
рен и ях в апреле 2015, 2016 и 2018 гг. поверхность озера бы ла практически свободн а от снега, п о этом у ее альбедо было зам етно ниже: максим альны е значения достигали 0,56, 0,43, и 0,45, а сред
ние - 0,33, 0,26 и 0,38, соответственно. Д невны е максим ум ы п отока солнечной радиации на н и ж ней гран и ц е л ьд а в п ери од и зм ер ен и й в 2015 и 2016 гг. д о сти гал и 130 и 180 В т/м 2, со о тв етс т
венно. В 2017 г. засн еж ен н ая п оверхн ость л ьд а п р еп ятств о в ал а п рон и кн овен и ю солн еч н ой р ад и ац и и в п одл ед н ы й слой , п отоки к о торой со став л ял и ед и ни ц ы В т/м 2. В п ери од и зм ерен и й 18 ап реля 2018 г. п оток сол н еч н о й р ад и ац и и н а н и ж ней гран и це л ьд а д о сти гал 50 В т/м 2.
П огод ны е услови я и л ед о в ы й реж им озера, зам етно отл и чаю щ иеся в годы и сследован и й, оп ред ели ли разли чи я в п родолж и тел ьн ости и и нтен си вн ости весенн его п одлед н ого прогрева и кон векти вного п ерем еш и ван ия (табл. 2).
Таблица 2. Весенняя подледная конвекция в 2015-2018 гг.
Зимний сезон
Начало конвекции
Конвекция, сут.
Глубина КПС, м
Температура КПС, °С
2014-2015 15.03.2015 47 7 3,2
2015-2016 28.03.2016 38 1 0 4,1
2016-2017 20.04.2017 28 8 4
2017-2018 14.04.2018 24 7 3
Н аи б о л ее ран н ее н ач ало к о н в ек ц и и и н аи б о л ь ш ая ее п р о д о л ж и тел ь н о сть н аб лю д ал и сь весн о й 2015 и 2016 гг. В 2015 г. п о д л ед н ая кон в ек ц и я отл и ч ал ась зам етн о й п р о д о л ж и тел ь н о стью , но р азв и в а л ась д о стато ч н о вяло. П ер и о д 15 м а р та - 1 м ая 2015 г. х ар а к тер и зо в ал ся о б лач н о й п о го д о й (сред н ее зн ач ен и е о б л ач н о сти 0,7), что я в л ял о сь огр ан и ч и в аю щ и м ф актором п о сту п л ен и я со л н еч н о й р ад и ац и и и у си л ен и я кон векц и и . Н аи б о л ее и н те н с и в н о й б ы ла к о н в е к ц и я в есн о й 2016 г., к о гд а п ер ем еш и в ан и е о х вати ло п р ак ти ч еск и всю в од н ую то л щ у озера, тем п е р ату р а К П С п р ев ы с и л а 4 °С, а в п о д л ед н о м слое т ем п е р ату р а п р ев ы ш ал а 5,5 °С. Т акое р ас п р ед елен и е тем п ер ату р ы в кон ц е зи м ы яв л яе тся н ети п и ч н ы м д ля оз. В ен д ю рского; об ы ч н о гл у б и н а п р о н и к н о в ен и я ко н в екти в н о го п ер ем еш и в ан и я со с тав л яет 6 - 8 м, тем п е р ату р а К П С ред ко п р ев ы ш ает 4 °С [Z d o rovennov et al., 2013]. П ов ы ш ен и е тем п ер ату р ы воды в п одлед н ом слое б олее 4 °С р еги стр и р о в ал о сь так ж е в есн о й 1999 г., к о гд а б ы л а д о сти гн у та тем п е р ату р а 5,7 °С [K irillin, T erzh ev ik , 2011]. В есн о й 2017 и 2018 гг. п ери од п од л ед н о го п р о гр ев а п р о д о л ж ался м енее м есяц а, что б ли зко к ср е д н ем н о го л етн ем у зн ач ен и ю это го п о к азател я [Z dorovennov et al., 2013; З д о р о в ен н о в а и д р., 2017].
П осле освобож дения ото л ьда состояние водной толщ и озера определялось текущ и м и погод
ны м и условиям и и зам етно отличалось в исследованны е годы. В течение п ервой н едели откры той воды 1-7 м ая 2015 г. в п ридонны х слоях глубоководной котловины озера сохранялся тонкий стра
ти ф ицированны й слой толщ и н ой около одного метра, полное перем еш ивание водной толщ и п ро
изош ло 7 м ая при усилении ветра до 4 -5 м/с. Т ем пература водной толщ и составила при этом 4 °С.
Д алее в течение м ая тем пература водной толщ и, которая находилась в состоянии слабо вы раж ен н ой стратиф икации, периодически см еняю щ ейся гом отерм ией, постепенно повы ш алась и дости г
л а к 25 мая 10,5 °С (рис. 2).
Н етип и чн ое распределени е тем пературы , н аблю д авш ееся в конце л ед остава 2016 г., а т а к ж е теп лая м аловетрен ая п о го д а (тем п ература в оздуха в д невн ы е часы подн и м алась до 1 7-22 °С, скорость ветр а не п ревы ш ала 3 -4 м/с) п ривели к том у, что водн ая то л щ а озер а не б ы ла п ер ем е
ш ан а после взл ом а л ьд а (см. рис. 2). С лабая стратиф икац ия, сф орм и ровавш аяся подо льдом, уси ли лась после освоб ож д ен и я ото л ьд а и сущ ествовал а в течен и е м есяца, таки м образом , п ер и од п олн ого весенн его п ерем еш и ван ия п осле взлом а л ьд а в этом году бы л утерян. П одробнее э то т ф ен ом ен р ас см о тр е н в раб о те [Т ерж еви к и д р., 2017]. П о д о б н о е явл ен и е - и сч езн о вен и е в есенн его п ерем еш и ван и я - отм ечается н а лесн ы х о зерах и лам б ах Ф и нлянди и н а фоне п о теп л е
н ия кли м ата [A rvola et al., 2010].
Рис. 2. Температура водной толщи оз. Вендюрского в период 20 апреля - 25 мая в 2015-2018 гг.
Интенсивность окраса линий возрастает от придонных горизонтов измерений к поверхностным
П охож ая картин а наблю далась в 2017 г., когда после позднего вскры тия озера водная тол щ а находилась в состоянии слабо вы раж енной стратиф икации (м аксим альная разн и ца тем ператур на верхнем и ниж нем горизонтах периодически дости гала 2,4 °С) и перем еш алась полностью через 10 суток после взлом а льда. В 2018 г. вы раж енная стратиф икация бы стро сф орм ировалась после вскры тия озера, 1 0 мая разн и ца тем ператур н а верхнем и придонном горизонтах изм ерений д о сти гала 2 ,5 -3 °С, таким образом, в п ерем еш анном состоянии водная толщ а пребы вала около суток после взлома. Н а фоне теплой м аловетреной погоды стратиф икация быстро усиливалась, и через неделю после вы хода озера в откры тую воду разн и ца тем пературы в приповерхностном и п ридон ном слоях в центральной котловине превы ш ала 8 °С.
В ы воды
Н а фоне изм енений кли м ата п роисходят зам етны е сдвиги в годовом терм ическом цикле в о доем ов, которы е, в свою очередь, влияю т на ф ункционирование водны х экосистем . Р анний старт и большая продолжительность весенней подледной конвекции наблюдались на оз. Вендюрском в го
ды с высокой относительно климатической нормы температурой воздуха марта. В зависимости от комбинации погодных и снежно-ледовых условий (во многом определяемых, в свою очередь, погод
ными условиями конца зимы) на финальном этапе ледостава меняется интенсивность подледного пе
ремешивания, температура КПС мож ет превысить температуру максимальной плотности и привести к формированию стратификации подо льдом. Период перемешивания после взлома льда в такой си
туации либо заметно сокращается, либо мож ет вообще выпасть из годового термического цикла озе
ра. Н а примере четы рех лет показано, что продолжительность этапа весеннего перемешивания после взлома льда мож ет продолжаться несколько недель, однако в отдельные годы этот этап мож ет полно
стью исчезать из годового термического цикла. Д альнейш ие исследования будут сосредоточены на определении комбинаций условий, приводящ их к подобным последствиям, методами математиче
ского моделирования и на оценке рисков для водной экосистемы.
Р абот а вы полнена при поддерж ке научны х проект ов Р Ф Ф И № 13-05-00338 «Обратные связи м еж ду биотическими и абиот ическими процессами в озерах. Влияние весенней конвекции и м ассо
вого развит ия фит опланкт она на прозрачност ь воды и ф ормирование лет ней ст рат ификации в мелководном озере», № 14-05-91761 «Цикл углерода в системе озеро - атмосфера: наблюдения и моделирование / Роль физических процессов в динамике м ет ана в мелководны х бореальных озерах»
и № 16-05-00436_а «Теплообмен в мелководном озере, покрытом льдом: П роцессы и механизмы».
Список литературы
Булыгина О. Н., Разуваев В. Н., Трофименко Л. Т., Швец Н. В. «Описание массива данных средне
месячной температуры воздуха на станциях России». Свидетельство о государственной регистрации базы данных № 2014621485. 2014.
173
Здоровеннова Г. Э., Гавриленко Г. Г., Здоровеннов Р. Э., Mammarella I., Ojala A., Heiskanen J., Терже- вик А. Ю. Эволюция температуры водной толщи бореальных озер на фоне изменений регионального клима
та // Известия РГО. 2017. Т. 149, вып. 6. С. 59-74.
Озера Карелии. Справочник / под ред. Н. Н. Филатова, В. И. Кухарева. Петрозаводск: КарНЦ РАН, 2013. 464 с.
Тержевик А. Ю., Голосов С. Д., Гавриленко Г. Г., Здоровеннов Р. Э., Здоровеннова Г. Э., Волков С. Ю., Пальшин Н. И., Ефремова Т. В., Богданов С. Р. Возможное влияние «необычной» весны на режим раство
ренного кислорода в мелководном озере в летний период // Труды КарНЦ РАН. Сер. Лимнология. 2017.
№ 10. С. 17-27. doi: 10.17076/lim712.
Arvola L., George G., Livingstone D. M. et al. The impact of the changing climate on the thermal characteristics of lakes, in The Impact of Climate Change on European Lakes // Aquatic Ecology, Series 4, edited by D. G. George. P. 85-101. Springer Verlag, 2010.
Farmer D. H. Penetrative convection in the absence of mean shear // Quart J Roy Meteorol Soc.
1975.101:869-891.
Kirillin G., Terzhevik A. Thermal instability in freshwater lakes under ice: Effect of salt gradients or solar radiation? // Cold Reg. Sci. Technol. 2011. 65:184-190.
Zdorovennov R., Palshin N., Zdorovennova G. et al. Interannual variability of ice and snow cover of a small shallow lake // Est. Journal of Earth Sciences. 2013. Vol. 61, N 1. P. 26-32.
Stefanovic D. L., Stefan H. G. Two-dimensional temperature and dissolved oxygen dynamics in the littoral region o f an ice-covered lake // Cold Regions Science and Technology. 2002. Vol. 34. N 3. P. 159
178. doi: 10.1016/S0165-232X(02)00003-4.
Zdorovennova G., Palshin N., Efremova T., Zdorovennov R., Gavrilenko G., Volkov S., Bogdanov S., Terzhevik A. Albedo of a Small Ice-Covered Boreal Lake: Daily, Meso-Scale and Interannual Variability on the Background of Regional Climate // Geosciences. 2018. 8(6). 206.
T H E IC E -O F F C O N D IT IO N S A N D S P R IN G M IX IN G P R O P E R T IE S IN A S H A L L O W B O R E A L L A K E
G. Gavrilenko, A. Terzhevik, G. Zdorovennova, R. Zdorovennov, N. Palshin, T. Efremova, S. Bogdanov
N orthern W ater P roblem s Institute, K arelian R esearch C entre RAS, P etrozavodsk
B ased on jo in t analysis o f m eteorological data and field m easurem ents o f the w ater tem perature and the snow and ice cover properties of a sm all boreal lake, w e investigate the feasibility of various m ixing scenarios developing during the final stage o f under-ice w arm ing and after ice-o ff depending on the w eather conditions in the year.
Т Е Р М И Ч Е С К И Й И Л Е Д О В Ы Й Р Е Ж И М Ы А Р К Т И Ч Е С К И Х О ЗЕ Р Н А Ф О Н Е И З М Е Н Ч И В О С Т И Р Е Г И О Н А Л Ь Н О Г О К Л И М АТА
Р. Э. Здоровеннов1, Г. Э. Здоровеннова1, А. В. Гузева2,3, С. Ю. Евграфова2, А. А. Шадрина3, С. Д. Голосов2, И. С. Зверев2, И. В. Федорова3
1 И нст ит ут водны х проблем С евера К а р Н Ц РАН,
Ф И Ц «Карельский научны й цент р РАН», П ет розаводск 2 И нст ит ут озероведения РАН, С анкт -П ет ербург
3 С анкт -П ет ербургский государст венны й университ ет , С анкт -П ет ербург
И с сл ед о ван и е тер м и ч еск о го и л ед ового р еж и м о в б ы ло п ровед ен о н а тр е х о зер а х д ел ьты р ек и Л ен ы (о стров С ам ой ловски й ). П р о а н а л и зи р о в а н а к л и м ати ч еск ая и зм ен ч и в о сть тем п ер ату р ы в о зд у х а по д ан н ы м ар к ти ч ес к и х м е тео ста н ц и й за п ер и о д 1 9 9 1 -2 0 1 7 гг. П о м н о го л етн и м д а н н ы м и зм ер ен и й тем п ер ату р ы в о зер а х о п р ед ел ен а п р о д о л ж и тел ь н о сть о сн о в н ы х этап о в и х го д о во го тер м и ч еск о го ц икла. Ч и сл ен н о е м о д ели рован и е теп л о в о го и л ед ового р еж и м о в озер
п р о во д и л о сь с и сп о л ьзо в ан и ем о д н о м ер н о й п ар ам етр и зо ва н н о й м од ели F L ake (h ttp ://w w w .fla k e .ig b -b e rlin .d e /). С равн ен и е н ату р н ы х и м о д ел ь н ы х д ан н ы х п оказал о х о рош ее соо тв етств и е. Ч и сл ен н ы е р асч еты по д ан н ы м р е -а н а л и за E R A -5 (w w w .ec m w f.in t) п оказал и , что ср ед н яя то л щ и н а л ьд а и п р о д о л ж и тел ь н о сть л ед о в о го п ер и о д а н а о зер ах остр о в а С ам ой - ловский ум еньш ались на 3 мм в год и на 0,5 суток за год в период 1979-2018 гг.
И зучение п олярны х регионов является в настоящ ий м ом ент одним из п риоритетны х научны х направлений. У стьевы е области рек, прибреж ны е водоемы , озера, болота, затопляем ы е терри то
ри и являю тся наиболее уязвим ы м и природны м и объектам и А рктики, подверж енны м и влиянию как клим атических, так и антропогенны х факторов. Н а сегодняш ний день очевидны изм енения климата. К ак отмечено в С пециальном докладе М еж правительственной группы экспертов по и з
м енению кли м ата (IPCC): «П олярны е регионы теряю т лед, и их океаны бы стро изменяю тся. П о следствия этих изм енений в полярны х реги он ах распространяю тся на всю планету и воздейству
ю т на человека разн ы м и путями» [IPCC, 2019].
Г л авн ы е о со б ен н о сти и зм ен ен и я к л и м ата А рк ти к и , о тм ечен н ы е в д о кл ад е, а так ж е п о сл ед стви я эти х и зм ен ен и й зак л ю ч аю тс я в сл едую щ ем : п о вы ш ается тем п е р ату р а в о зд у х а и п о в ер х н о стн о го сл оя океан а в п ери од о тк р ы то й воды ; со к р ащ аю тся п ло щ ад и м орского и п р и п ай н ого льд а, и сч езае т м н о го л етн и й л ед , у м е н ь ш а ется о б ъ ем л ьд а в н азем н ы х л ед н и к ах , сн еж н ы й п окров на л ьд у и на суш е, со к р ащ а ется п ер и о д л ед о ста в а на о зерах; зам ер зан и е ар к ти ч еск и х м о р ей см ещ ается н а более п оздн и е сроки; у м ен ь ш ается ал ьбедо п о вер х н о сти океан а л ето м в св язи с р езк и м у м ен ь ш ен и ем п лощ ад ей , зан яты х сн еж н ы м и л ед ян ы м п окровом ; в о зр астает кол и ч еств о вод ян о го п ара в атм осф ере А р к ти к и , у в ел и ч и в а етс я об лач н о сть; о тсту п ае т веч н ая м ерзлота, п р о вал и в ается грун т, п о яв л яю тся м н о го ч и сл ен н ы е н овы е озера; у в ел и ч и в а етс я р е ч н ой сто к в м оря С еверн ого Л ед о в и то го океан а, п р о и сх о д и т и зм ен ен и е среды о б и та н и я - п о т е р я у н и к ал ьн о го б и о р азн о о б р ази я в ы с о к о ар к ти ч ес к и х вид ов, р асш и р ен и е ар еал а с у б ар к ти ч е
ск и х ви д ов и т. д.
П еречисленны е факторы оказы ваю т влияние на терм ические процессы в арктических озерах и в целом н а ф ункционирование и х экосистем. Н а фоне повы ш ения тем пературы воздуха и зм ен я
ется продолж ительность основны х этапов годового терм ического цикла озер, главны м образом, за счет сокращ ения п ери ода ледостава [Arp et al., 2013; Lepparanta, 2015; O 'R eilly et al., 2015]. У вел и чиваю тся период откры той воды и период испарения, что м ож ет приводить к ум еньш ению гл уби ны водоемов. У величивается накопление теп ла донн ы м и отлож ениями. В н ебольш их озерах на фоне активизации цветения водорослей м ож ет ум еньш аться прозрачность воды , что м ож ет п ри во
дить к больш ем у радиационном у нагреву поверхностны х слоев озер и обострению стратиф икации [Shatwell et al., 2016]. И зм еняю щ ийся реж им перем еш ивания в период откры той воды [M acIntyre et al., 2009] м ож ет способствовать ухудш ению кислородны х условий. Э ти и другие происходящ ие в арктических озерах изм енения м огут привести к необратим ы м последствиям для их экосистем [A lask a..., 2015].
Ц ель исследования - изучение терм ического и ледового реж им ов арктических озер н а фоне изм енчивости регионального климата.
М атериалы и методы исследования
И сслед овани е п роводи лось н а озерах о. С ам ойловский, расп олож ен н ого в дельте р. Лены.
Д ельта р. Л ены и грает огром н ую ги дрологи ческую и экологи ч ескую роль в естествен н ом ф у н к
ц и он и рован и и круп н ого речн ого б ассей на и п риб реж ной си стем ы м оря Л аптевы х, оказы вая влияни е на кли м ат и л ед овы е процессы .
Д лительны е изм ерения тем пературы проводились с использованием терм окос, установлен н ы х в ц ентральны х глубоководны х частях озер М оло, Р ы ба и Баня-2. Н а косах использовались тем пературны е логгеры H obo и R B R Ltd. И нф орм ация о п роведенны х и зм ерениях и характери стики озер приведены в табл. 1.
Ч исленное моделирование теплового и ледового реж им ов этих озер проводилось с и сп ользо
ванием одном ерной парам етризованной м одели FLake (http://w w w .flake.igb-berlin.de/). М одельны й расчет бы л вы полнен с учетом вечной мерзлоты . П ри расчетах для всех озер задавались следую щ ие модельны е установки: глубина тепло активного слоя донн ы х отлож ений - 3 м, тем пература 175
н а его н и ж н ей гран и ц е - 3 °С, к о эф ф и ц и ен т эк сти н к ц и и вод н ой то л щ и п ер ем ен н ы й - в зав и си м ости от тем п ер ату р ы воды (Т в) и б и ом ассы в о д о р о сл ей (B io): у = 1,74/L, где L - п р о зр ач н ость, L = Б(Тв, B io). Ч и сл ен н ы е расч еты по д ан н ы м р е а н а л и за E R A -5 (w w w .ec m w f.in t) б ы ли п ровед ен ы д ля п ер и о д а 1 9 7 9 -2 0 1 8 гг.
Таблица 1. Характеристики озер о. Самойловский и информация о проведенных измерениях
Озеро Нср, м Диск
Секки, м Период измерений Интервал
измерений
Горизонты измерений, м
Моло 2 , 2 1,5 10.07.2009-18.08.2012 1 ч 0, 2, 4
Рыба 3,1 2 , 0
4.07.2009-7.08.2012 1 ч 0, 2, 4
20.04-23.08.2019 5 мин 2.5, 3.0, 3.5, 4.0, 4.5, 5.0, 5.5
Баня-2 4,3 2,5 6.07.2009-18.08.2012 1 ч 0, 2, 4, 6
Примечание. Расстояние датчика от дна, м.
И зм енчивость регионального кли м ата за период 1991-2017 гг. бы ла п роан ализирована по данны м среднем есячны х тем ператур воздуха 19 м етеостанций арктической зоны: им. Э. Т. К рен келя, О стров Визе, им. Г. А. У ш акова (Голомянны й), Баренцбург, им. Е. К. Ф едорова (О ГМ С ), С терлегова, им. М. В. П опова, О стров Д иксон, М алы е К армакулы , Х атанга, им. Е. К. Ф едорова, С аскы лах, Т и кси , Ч о к у р д ах , О стров В ран геля, Т ер и б ер ка, М урм ан ск, С вятой Н ос, К ан и н Н ос.
П ер и о д 1 9 6 1 -1 9 9 0 гг. р ас см а тр и в ал ся к а к к л и м ати ч еск ая н орм а. Д ля к аж д о го м е сяц а и к аж д о го го д а п е р и о д а 1 9 9 1 -2 0 1 7 гг. б ы ло в ы ч и сл ен о отк л о н ен и е о т к л и м ати ч еск о й н орм ы . Д анны е бы ли получен ы н а сайте В серосси йского н аучн о-и ссл ед овател ьского и н сти тута ги д р о м етеорологи ч еской и н ф о р м ац и и - М и р о во го ц е н т р а д а н н ы х (В Н И И Г М И -М Ц Д ) [Б у л ы ги н а и д р., 2014].
Р езультаты и их обсуж дение
И зм е н ч и в о с т ь к л и м а т а А р к т и к и . А нализ данны х показал, что начиная с 2005 г. средн его
довая тем пература воздуха бы ла выш е клим атической норм ы 1961-1990 гг. на всех изученны х станциях. Кроме того, вы яснилось, что н а общ ем фоне повы ш ения тем пературы ее изменчивость зам етно отличается в разн ы х рай он ах А рктики. Все изученны е станции мы условно разбили на ч еты ре группы . Н аибольш ее п олож ительн ое отклон ен и е от норм ы бы ло обнаруж ен о н а трех о стровн ы х вы сокош и ротн ы х стан ц и ях (им. Э. Т. К рен келя, О стров В изе, им. Г. А. У ш акова).
С танции, расп олож ен н ы е н а н аи больш ем у д ал ен и и о т океан а (Х атан га, С аскы лах, Тикси, Ч о курдах), х арактери зую тся м ен ьш и м п овы ш ени ем тем пературы , ч ем станц и и, располож енн ы е ближ е к б ереговой ли н и и океан а и н а островах (Барен цбург, им. Е. К. Ф ед орова (О Г М С ), С тер- легова, им. М. В. П оп ова, О стров Д иксон, М алы е К арм акулы , О стров В ран геля). Н аим еньш и е отклон ен и я от норм ы характерн ы д ля станц и й в зап адн ом секторе р осси й ск ой А ркти ки (М ур
м анск, С вятой Н ос, К ан ин Н ос, Т ериберка).
М акси м альны е отклон ен и я тем пературы от норм ы по станц и ям всех ч еты рех групп ф и кси рую тся в зим ние м есяцы , в летн и е - отклон ен и я зам етно м еньш е. Н а тр ех в ы сокош и ротн ы х стан ц и ях полож ительн ы е отклон ен и я о т норм ы в зим ние м есяц ы п ери ода 1991-2 0 1 7 гг. д о сти гали 15 °С, в летн и е - не п ревы ш али 0,5 °С. Н а п ри б реж н ы х и о стровн ы х стан ц и ях п олож и тель
ны е отклон ен и я зи м н и х м есяц ев бы ли м еньш е и составляли 3 -6 °С, а л ето м дости гал и 2 °С (ию ль). Близкие к н улю и отри цательны е отклон ен и я тем пературы ф евраля характерн ы д ля р а с п олож ен н ы х дальш е от о кеан а станц и й (вклю чая Т икси). П олож и тельны е отклон ен и я зи м н их м есяц ев н а эти х стан ц и ях не п ревы ш али 5 °С, л етн и х - дости гали 2 °С. Н аиболее сглаж ен ны й год овой ход откл он ен и й тем п ературы в оздуха от кли м ати ч еской норм ы х арактерен д ля станций зап адн ого сектора р осси й ск ой А рктики (М урм анск, С вятой Н ос, К ан ин Н ос, Т ери берка). М и н и м альны е отклон ен и я от норм ы тем п ературы ию ля н а эти х стан ц и ях - не более 1 °С, в течение го д а п олож ительн ое отклон ен и е о т норм ы составл яет 1 -2 °С.
О чевидно, что вы явленны е особенности изм енчивости тем пературы воздуха оказы ваю т за
м етное влияние н а терм ический и л едовы й реж им ы водоем ов арктической зоны и определяю т разли чи я в и х изм енении в разн ы х р ай он ах А рктики.