Трансформация атлантической воды в северо-восточной части Баренцева моря в зимний сезон

Hydrographic observations, carried out in March-May, 2019 during “Transarktika-2019” expedition onboard R/V “Akademik Tryoshnikov” allowed studying mechanisms of Atlantic Water (AW) transformation in the Barents Sea. Although this research topic is rather traditional for oceanographic studies, there are still a number of questions, which require clarification. Among these is a deeper understanding of the AW transformation in specific regions in cold season, when the coverage by observations is scarce. In this study we performed temperature and salinity (TS) analysis of conductivity — temperature — depth (CTD) data, collected in the north-eastern “corner” of the Barents Sea — this is the area with difficult access in winter due to high concentration of pack ice. The results allowed identification of areas along the pathways of AW branches, where various types of open sea convection and cascading acted as dominant processes of AW properties change. We distinguish several driving mechanisms controlling modification of the waters of Atlantic origin. An advantage of winter measurements is that the active stage of AW transformation mechanisms is explicitly observed at the consecutive CTD sections.Гидрологические наблюдения, выполненные в марте–мае 2019 г. во время экспедиции «Трансарктика-2019» на борту НЭС «Академик Трёшников», позволили изучить механизмы трансформации Атлантической воды (АВ) в Баренцевом море. Хотя эта тема является довольно традиционной при изучении океанографии Баренцева моря, сохраняется ряд вопросов, которые требуют прояснения. Среди этих вопросов можно выделить более глубокое понимание процессов трансформации АВ в определенных районах моря в холодное время года, когда количество натурных наблюдений ограничено. В данном исследовании был проведен TS-анализ гидрологических профилей, выполненных в северо-восточном регионе Баренцева моря — области, в которой зимние полевые исследования затруднены из-за сложных ледовых условий. Полученные результаты позволили определить зоны, расположенные вдоль ветвей распространения АВ, где различные типы вертикальной конвекции и каскадинга являются доминирующими механизмами, обеспечивающими трансформацию АВ по мере их движения. По результатам анализа было выделено несколько характерных механизмов трансформации. Преимущество использованных в данной работе зимних измерений заключается в том, что активная стадия механизмов трансформации явно прослеживается в данных наблюдений на последовательных гидрологических разрезах

Современное состояние вод фьордов Западного Шпицбергена

The study is based on CTD measurements collected during Arctic cruises in Isfjorden including Billefjorden and Gronfjorden in summer between 2011 and 2017. The purpose of this paper is to describe the present state of fjords water masses. In the first part of the paper distributions of water masses in Isfjorden and Billefjorden in summer 2014–2017 and in Grönfjorden in summer 2011– 2017 are analyzed. In paper was shown that for Isfjorden and Grönfjorden there were 4 types of masses: surface water, intermediate water, transformed Atlantic water, and Atlantic water. In June 2014, was recorded the situation when Atlantic waters occupied the entire water area of Isfjord and Grönfjord. In summer in Billefjorden were identified 4 types of masses: surface water, intermediate water, local water, and winter water. In Isfjorden, new maximum temperature of Atlantic water was observed (6.85 °С) in summer 2016. It is greater on almost 0.5 °С than previous warmest peak in 2006. The maximum average values of water temperature, heat content in the upper 40 m layer were recorded in 2016. The summer 2016 was the warmest in Isfjorden, Billefjorden and Grönfjorden during the survey period.В данной статье анализируются результаты океанографических съемок, выполненных в Ис-фьорде, включая заливы Билле-фьорд и Грён-фьорд, в летние месяцы с 2011 по 2017 г. Основная цель статьи — описание современного состояния вод Ис-фьорда и его заливов. В первой части статьи анализируются особенности распределения водных масс в Ис-фьорде и Билле-фьорде в летние месяцы с 2014 по 2017 г. и в Грён-фьорде в летние месяцы с 2011 по 2017 г. Анализ измерений показал, что для Ис-фьорда и Грён-фьорда было характерно наличие четырех водных масс: поверхностной, промежуточной, трансформированной атлантической и атлантической. В июне 2014 г. была зафиксирована ситуация, когда вся акватория Ис-фьорда и Грён-фьорда была занята атлантическими водами. Для Билле-фьорда было характерно также наличие четырех водных масс: поверхностной, промежуточной, локальной и зимней. В 2016 г. был зафиксирован новый исторический максимум температуры в слое атлантических вод в Исфьорде (6,8 °С), что почти на 0,5 °С выше предыдущего рекорда, наблюдавшегося в 2006 г. Также по результатам расчетов для 2016 г. были получены максимальные средние значения температуры воды, теплосодержания в верхнем 40-метровом слое в Ис-фьорде, Билле-фьорде и Грён-фьорде, в целом 2016 г. стал самым теплым для этих заливов за исследуемый период

Experimental evidence for a universal threshold characterizing wave-induced sea ice break-up

Waves can drastically transform a sea ice cover by inducing break-up over vast distances in the course of a few hours. However, relatively few detailed studies have described this phenomenon in a quantitative manner, and the process of sea ice break-up by waves needs to be further parameterized and verified before it can be reliably included in forecasting models. In the present work, we discuss sea ice break-up parameterization and demonstrate the existence of an observational threshold separating breaking and non-breaking cases. This threshold is based on information from two recent field campaigns, supplemented with existing observations of sea ice break-up. The data used cover a wide range of scales, from laboratory-grown sea ice to polar field observations. Remarkably, we show that both field and laboratory observations tend to converge to a single quantitative threshold at which the wave-induced sea ice break-up takes place, which opens a promising avenue for robust parametrization in operational forecasting models.Comment: 18 pages, 8 figures, 1 tabl

Результаты и перспективы исследований климата и климатического обслуживания в Арктике

Climatic studies in AARI include monitoring changes in the Arctic climate system, ascertaining their causes and predictability. The beginning was laid in the 1920s by the works of V. Yu. Wiese, who investigated the causes of the warming of the Arctic in the 1920–1930s. Monitoring continues with the organization in 1932–1934 of a network of polar stations, and the first climatic assessments were created in the 1960s. At present, climate change monitoring in the Arctic is carried out on the basis of observations on the network of hydrometeorological stations, satellite observations of sea ice, ship-based expedition observations and measurements on autonomous buoy installations in the Arctic seas and the Arctic basin. The results are presented in regular reviews of climatic and ice conditions. Recent studies have evaluated the contribution of atmospheric heat transfers in the formation of temperature changes in winter and radiation inflows in summer.A scheme for the development and enhancement of warming in the Arctic has been proposed. The tasks of climate services in the Arctic are considered on the basis of the WMO initiative on the development of climate services in the form of the Arctic Regional Climate Center – network (ArcRCC-N).Климатические исследования в ААНИИ включают мониторинг изменений в арктической климатической системе, выяснение их причин и предсказуемости. Начало положено в 1920-е гг. работами В.Ю. Визе, исследовавшего причины потепления климата Арктики в 1920–1930-е гг. Мониторинг продолжается с организации в 1932–1934 гг. сети полярных станций, а первые климатические обобщения созданы в 1960-х гг. В настоящее время мониторинг климатических изменений в Арктике осуществляется на основе наблюдений на сети гидрометеорологических станций, спутниковых наблюдений за морскими льдами, судовых экспедиционных наблюдений и измерений на автономных буйковых постановках в арктических морях и Арктическом бассейне. Результаты представляются в регулярных обзорах климатических и ледовых условий. В  ходе недавних исследований был оценен вклад атмосферных переносов тепла в формирование изменений температуры зимой и радиационных притоков летом, предложена схема развития и усиления потепления в Арктике. Рассмотрены задачи климатического обслуживания в Арктике на основе инициативы ВМО по развитию климатического обслуживания в форме Арктического регионального климатического центра — сеть (АркРКЦ-сеть)

Баланс льда в Северном Ледовитом океане в 1979–2019 гг. (по данным моделирования)

The results of numerical experiments on the model of joint water and ice circulation for the period from September 1979 to December 2019, aimed at studying the interannual variability of the ice balance in the Arctic Ocean, are considered. The results obtained made it possible to analyze the geographical features of the processes of ice formation and melting in the Arctic Ocean and to identify key areas that determine the volume of ice in the ocean. It is established that the main quantity of ice is formed in waters of the Siberian seas, and the most intense melting occurs in the North European Basin, where the ice transported by the Transpolar Current through the Fram Strait enters the relatively warm water of the Greenland Sea, heated by the North Atlantic Current. The formation of the absolute minimum of ice coverage in 2012 was promoted by the anomalous position of the anticyclonic hydrological cycle – much closer to the Canadian coast. This resulted in the fact that only a small part of the ice formed in the Siberian seas was involved into a weakened circulation, while most of the ice in the stream of the Transpolar Current was transported through the Fram Strait to the Greenland Sea. Statistical analysis of the results of numerical experiments demonstrated that the trend towards a decrease in the volume of ice in the Arctic Ocean is primarily determined by the global warming, and dynamic forcing exerts significant effect on local extremes.Для исследования изменчивости баланса льда Северного Ледовитого океана использовалась модель совместной циркуляции вод и льдов. Результаты специальных численных экспериментов для периода с сентября 1979 г. по декабрь 2019 г. позволили установить некоторые географические особенности процессов образования и таяния льда. Статистический анализ результатов показал, что тренд на уменьшение объёма льда в Северном Ледовитом океане определяется в первую очередь глобальным потеплением, а на локальные экстремумы сильное влияние оказывает динамический форсинг

Сравнительный анализ прямых измерений толщин льда и высот снега, наблюдений Cryosat-2 и численных оценок системы PIOMAS

The paper presents the results of comparison of contact measurements of ice thicknesses and snow heights performed at the points of the hydrological stations of the “Transarktika-2019” expedition in April 2019 north of Franz-Josef Land archipelago, with altimetry observations of the Cryosat-2 satellite and numerical estimates of the PIOMAS (Pan-Arctic numerical Ice and Ocean Modeling system and data Assimilation). A significantly better correspondence is predictably shown between the variability of the ice thickness directly measured and observed using the CryoSat-2 satellite than that for the numerical PIOMAS system estimates. A trial correction of the algorithm for calculating the ice thickness by replacing the climatic values of the ice density, snow density and height with data from direct measurements also predictably improves the quality of calculating the ice thickness from satellite observations. The mean / route mean square differences obtained for ice thicknesses (+44/+96 cm for uncorrected and +30/+95 cm for corrected CryoSat-2 satellite, –14/+81 cm for PIOMAS system) and snow height (–4/+12 cm for CryoSat-2 satellite, –15/+12 cm for PIOMAS system) show the scale of uncertainty in estimating sea ice thickness and snow height for areas dominated by medium and thick first-year ice. An anomaly of the ice thicknesses observed during the expedition is given in comparison with the background characteristics based on historical ice charting data for 1970s — 1990s, earlier High-Arctic aircraft “Sever” expeditions during 1950s — 1970s and the stated remote observations and numerical estimates for 2000s — 2019. Comparison shows that the AARI expedition was actually carried out in one of the most favorable years for ice research in the last decade for this region — the average ice thickness in April 2019 was 15 — 28 cm higher than that for the interval 2011 — 2019 with a slightly lower (1 — 2 cm) height of the snow cover. In the earlier period of the 1970 — 1990s this area was characterized by significantly thicker old ice with characteristic thicknesses ~ 60 cm more than in April 2019.Представлены результаты сравнения прямых измерений толщин льда и высот снега в точках выполнения гидрологических станций экспедиции «Трансарктика-2019» с альтиметрическими наблюдениями ИСЗ CryoSat-2 и численными оценками Системы панарктического численного моделирования льда и океана (PIOMAS). Показано существенно лучшее соответствие пространственной изменчивости прямых измерений и расчетов толщин льда на основе спутниковых наблюдений в сравнении с численными оценками системы и ассимиляции данных PIOMAS. Пробная коррекция алгоритма расчета толщины льда путем замены климатических значений плотности льда, плотности и высоты снега на данные прямых измерений значимо улучшает качество расчета толщины льда по наблюдениям ИСЗ. Полученные средние и среднеквадратические разности для толщин льда (+44/+96 см для CryoSat-2 без коррекции, +30/+95 см для CryoSat-2 с коррекцией, –14/+81 см для системы PIOMAS) и высот снега (–4/+12 см для CryoSat-2, –15/+12 см для системы PIOMAS) показывают масштабы неопределенности дистанционной оценки толщин морского льда и высот снега для районов преобладания средних и толстых однолетних льдов. Сравнение с наблюдениями ИСЗ и численными оценками предыдущих лет показывают, что экспедиция ААНИИ фактически была проведена в один из наиболее благоприятных для ледовых исследований годов последнего десятилетия для данного региона — средняя толщина льда в апреле 2019 г. была на 15 — 28 см выше таковой для интервала 2011 — 2019 гг. при несколько меньшей (1 — 2 см) высоте снежного покрова. Сравнение с данными ледового картирования показывает, что в более ранний период 1970 — 1990-х гг. данный район характеризовался значительно более толстыми старыми льдами с характерными толщинами на ~60 см больше, чем в апреле 2019 г. Привлечение данных высокоширотных экспедиций «Север» 1950 — 1970-х гг. не позволяет дать однозначный отчет о характере наблюденных в апреле 2019 г. аномалий толщин льда и высот снега

Опыт организации океанографических наблюдений на базе ледового лагеря в период дрейфа экспериментальной станции «cудно — лед»

We discuss the experience of conducting special oceanographic observations in the ice camp of the experimental drifting station. In a changing climate the Barents Sea is exposed to an important change in a heat and salt balance and a system of ocean currents. These changes are related to the distribution of the Atlantic waters, surface waters and sea ice, so a drifting station appears to be the best-adapted platform for complex simultaneous measurements of sea water properties and phenomena. The drifting station was organized as a “vessel — ice” camp during the first leg of the “Transarktika-2019” expedition, and the following characteristics were measured: temperature, salinity, ocean currents and turbulence. A detailed description of the experimental station is presented: three sites on ice with CTD-strings, one equipped additionally with ADCP and one site on ice with a turbulent cluster equipped with a 3D velocimeter, ADCP and CTD. The RV “Akademik Tryoshnikov” was another platform for oceanographic measurements. We present some results of a qualitative analysis of the obtained data. The conditions of the experiment are considered as inadequate for studying the characteristics of internal waves, but we state the efficiency and the potential of the developed approach of in situ observations in a turbulent cluster for calculation of fluxes and discuss the obtained from CTD thermal structures. Finally, we evaluate the possibility of application of the obtained experience for future drifting ice camps in the North Pole.В статье анализируется опыт проведения специальных океанографических наблюдений в ледовом лагере экспериментальной дрейфующей станции, организованной в формате «судно-лед» на первом этапе экспедиции «Трансарктика-2019». Приводятся результаты качественного анализа полученных данных. Отмечаются неудовлетворительные итоги эксперимента, направленного на исследование характеристик внутренних волн. Констатируются действенность и перспективность подхода, реализованного при организации наблюдений на турбулентном кластере. Оценивается возможность использования наработок экспериментального дрейфа в планируемых экспедициях на базе строящейся в настоящее время ледостойкой самодвижущейся платформы «Северный полюс» (ЛСП-СП)

Состояние и перспективы развития системы мониторинга гидрологических условий акватории Северного Ледовитого океана

The article briefly substantiates the need for regular monitoring of the state of the waters of the Russian Arctic Seas and the Arctic Basin of the Arctic Ocean. The goals and objectives of monitoring hydrological conditions are formulated. General ideas about the development and construction of a system for monitoring hydrological conditions in the Arctic are expressed, taking into account the use of modern instruments and methods of oceanographic observations. It is shown that the most promising is the use of autonomous measuring complexes in the monitoring system, including moorings and drifting profiler buoys. The special value of satellite oceanographic data is emphasized. No less important are coastal observations carried out over the network of Roshydromet stations, as well as at research centers united into the Arctic Space-Distributed Observatory. The inclusion into this Observatory of the ice self-propelled platform “North Pole”, which will replace the drifting stations, will allow not only observing and measuring the main characteristics of the water masses, but also conducting controlled field experiments that will provide a deeper understanding of different-scale physical processes occurring in the waters of the Arctic Ocean. An important element of the monitoring system is data assimilation based on the use of numerical models that allow for the effect of the ice cover in the atmosphere-sea ice-ocean interaction system.В статье сформулированы цели и задачи мониторинга гидрологических условий, излагаются общие соображения о развитии и построении системы мониторинга гидрологических условий в Арктике с учетом использования современных средств и методов океанографических наблюдений и исследований. Показано, что наиболее перспективным представляется использование в системе мониторинга автоматических измерительных комплексов, включающих в себя заякоренные буйковые станции, дрейфующие буи-профилографы. Отмечена особая ценность данных спутниковой океанографии. Вместе с тем сохраняется ценность прибрежных наблюдений, выполняемых на сети станций Росгидромета, а также на базе научных центров, объединенных в Арктическую пространственно-распределенную обсерваторию. Включение в состав этой обсерватории ледостойкой самодвижущейся платформы «Северный полюс», идущей на смену дрейфующим станциям, даст возможность не только наблюдать и измерять основные характеристики водных масс, но и проводить управляемые натурные эксперименты, позволяющие глубже понять разномасштабные физические процессы, протекающие в водах Северного Ледовитого океана. Важным элементом системы мониторинга является усвоение данных, основанное на использовании численных моделей, учитывающих влияние ледяного покрова в системе взаимодействия атмосфера — морской лед — океан

Лёд и снег озера Стемме (о. Западный Шпицберген) зимой 2019/20 г.

The results of observations and modeling of the formation of the snow-ice cover of Lake Stemme (West Svalbard Island) in winter 2019/20 are presented. The main information was obtained by two radar (GPR) survey, performed on the floating ice of the Lake on March 12 and April 22 of 2020. Authors believe that probably these observations were the first ones on the Lake. The use of the radar made it possible to obtain data on the dynamics of the thickness of the layers of snow and ice cover, the so-called “snow ice” which is formed when the boundary between snow and ice was submerged under water. During the time between records, the thickness of the last “snow ice” increased two to three times, i.e., from units to the first tens of cm, and it spread to the entire deep-water part of the Lake area. In addition, analysis of high-precision positioning of the radar records revealed a significant deflection in the ice surface in the central part of the Lake under the influence of snow load and the decreasing level of the reservoir. The calculations of the thermodynamics of the floating ice cover have shown that its thickening occurs as a result of the processes of congelation and isostatic ice formation, replacing each other at its lower and upper boundaries, respectively. At the same time, the formation of “snow ice” violates the characteristic feature of decreasing of ice thickness with growth of the snow thickness, which significantly influences on the thermal and mass balance of the Lake snow-ice cover. Results of calculations of the ice cover deformation did show that it takes place not only due to the elastic, but also to the viscous properties of ice, and it is concentrated in a narrow coastal zone. The maximum radial stress is reached at a distance of several meters from the shore, where a circular crack parallel to the shoreline is formed. Such a crack is formed at all ice thicknesses at about the same distance from the shore.Представлены и проанализированы результаты комплексных наблюдений снежно-ледяного покрова оз. Стемме (о. Западный Шпицберген) зимой 2019/20 г. Полевые данные дополнены результатами моделирования, описывающими особенности его нарастания и деформации

Трансарктика-2019: зимняя экспедиция в Северный Ледовитый океан на НЭС «Академик Трёшников»

Preliminary results of the Transarktika-2019 winter expedition in the Arctic Ocean on the R/V “Akademik Tryoshnikov” are presented. The expedition program included studies on meteorology, hydrology, hydrochemistry, hydrobiology, geology, geophysics and an extensive complex of ice measurements in the Northern Barents Sea from the drifting ice and from the ship. During the expedition, it was possible to complete a wide range of tasks. The data obtained comprise a unique material for a comprehensive study of the current state of the environmental conditions in the Barents Sea. This paper highlights the most significant preliminary results of multidisciplinary observations in various environments, which will be further comprehensively analyzed and published in separate thematic articles.Представлены предварительные результаты зимней экспедиции «Трансарктика-2019» в Северном Ледовитом океане на НЭС «Академик Трёшников». Программа экспедиции включала в себя исследования по метеорологии, гидрологии, гидрохимии, гидробиологии, геологии, геофизике и обширному комплексу измерений ледяного покрова в северной части Баренцева моря с дрейфующего льда и с борта судна. Во время экспедиции удалось выполнить широкий круг задач. Полученные данные представляют собой уникальный материал для всестороннего изучения текущего состояния условий окружающей среды в Баренцевом море. В статье обозначены наиболее значимые предварительные результаты междисциплинарных наблюдений в различных средах, которые в дальнейшем будут всесторонне проанализированы и опубликованы в отдельных тематических статьях