Том 37, номер 06, статья № 11

Аннотация:

Существует значительная неопределенность в отношении масштабов эмиссии метана из морей арктического шельфа. Потоки метана в этом регионе могут быть недооценены и играть значимую роль из-за большого объема газа, который содержится в донных отложениях в слое многолетнемерзлых пород и газовых гидратов. Проведен анализ чувствительности модели эмиссии метана к параметризации процессов газообмена на поверхности моря на основе результатов численного моделирования переноса растворенного метана в морях Арктики. Модель переноса растворенного метана включена в базовую модель океана и морского льда SibCIOM, разработанную в ИВМиМГ СО РАН. Оценки эмиссии метана в атмосферу выполнены на основе различных соотношений для параметризации процесса газообмена в системе «вода – атмосфера» и «вода – лед – атмосфера» с использованием данных реанализа NCEP/NCAR. Неопределенность оценки годовой эмиссии метана составила 6–12% с учетом различных зависимостей коэффициента газообмена от ветра. Более выраженное влияние при расчете потока оказывает схема учета ледового покрова – неопределенность увеличилась до 50–130%. Параметризация взаимосвязи между ледовым покровом и газообменом может оказывать большое влияние на расчетные потоки метана и приводить к недооценке его эмиссии из морей арктического шельфа.

Ключевые слова:

эмиссия метана, перенос растворенного метана, газообмен, Арктика, численное моделирование

Иллюстрации:

Список литературы:

1. Etminan M., Myhre G., Highwood E., Shine K. Radiative forcing of carbon dioxide, methane, and nitrous oxide: A significant revision of the methane radiative forcing // Geophys. Res. Lett. 2016. V. 43. P. 12614–12623. DOI: 10.1002/2016GL071930.
2. Kirschke S., Bousquet P., Ciais P., Saunois M., Canadell J.G., Dlugokencky E.J., Bergamaschi P., Bergmann D., Blake D.R., Bruhwiler L. Three decades of global methane sources and sinks // Nat. Geosci. 2013. V. 6. P. 813–823. DOI: 10.1038/ngeo1955.
3. Ruppel C.D., Kessler J.D. The interaction of climate change and methane hydrates // Rev. Geophys. 2017. V. 55. P. 126–168. DOI: 10.1002/2016RG000534.
4. Malakhova V.V. The response of the Arctic Ocean gas hydrate associated with subsea permafrost to natural and anthropogenic climate changes // IOP Conf. S.: Earth Environ. Sci. 2020. V. 606. P. 012035. DOI: 10.1088/1755-1315/606/1/012035.
5. Shakhova N., Semiletov I., Sergienko V., Lobkovsky L., Yusupov V., Salyuk A., Salomatin A., Chernykh D., Kosmach D., Panteleev G., Nicolsky D., Samarkin V., Joye S., Charkin A., Dudarev O., Meluzov A., Gustafsson O. The East Siberian Arctic shelf: Towards further assessment of permafrost-related methane fluxes and role of sea ice // Phil. Trans. Royal Soc. A: Math., Phys., Eng. Sci. 2015. V. 373, N 2052. P. 20140451. DOI: 10.1098/rsta.2014.0451.
6. Thornton B.F., Geibel M.C., Crill P.M., Humborg C., Mörth C.-M. Methane fluxes from the sea to the atmosphere across the Siberian shelf seas // Geophys. Res. Lett. 2016. V. 43. P. 5869–5877. DOI: 10.1098/rsta.2014.0451.
7. Berchet A., Bousquet P., Pison I., Locatelli R., Chevallier F., Paris J.-D., Dlugokencky E.J., Laurila T., Hatakka J., Viisanen Y., Worthy D.E.J., Nisbet E.G., Fisher R., France J., Lowry D., Ivakhov V., Hermansen O. Atmospheric constraints on the methane emissions from the East Siberian Shelf // Atmos. Chem. Phys. 2016. V. 16, N 6. P. 4147–4157. DOI: 10.5194/acp-16-4147-2016.
8. Tohjima Y., Zeng J., Shirai T., Niwa Y., Ishidoya S., Taketani F., Sasano D., Kosugi N., Kameyama S., Takashima H., Nara H., Morimoto S. Estimation of CH₄ emissions from the East Siberian Arctic shelf based on atmospheric observations aboard the R/V Mirai during fall cruises from 2012 to 2017 // Polar Sci. 2020. P. 100571. DOI: 10.1016/j.polar.2020.100571.
9. Wåhlström I., Meier H.E.M. A model sensitivity study for the sea–air exchange of methane in the Laptev Sea, Arctic Ocean // Tellus B. 2014. V. 66. DOI: 10.3402/tellusb.v66.24174.
10. Малахова В.В., Голубева Е.Н. О возможной эмиссии метана на шельфе морей Восточной Арктики // Оптика атмосф. и океана. 2013. Т. 26, № 6. С. 452–458.
11. Malakhova V., Golubeva E. Model study of the effects of climate change on the methane emissions on the Arctic shelves // Atmosphere. 2022. V. 13. P. 274. DOI: 10.3390/atmos13020274.
12. Wanninkhof R., Asher W.E., Ho D.T., Sweeney C., McGillis W.R. Advances in quantifying air–sea gas exchange and environmental forcing // Ann. Rev. Marine Sci. 2009. V. 1. P. 213–244. DOI: 10.1146/annurev.marine.010908.163742.
13. Loose B., McGillis W.R., Perovich D., Zapp C.J., Schlosser P. A parameter model of gas exchange for the seasonal sea ice zone // Ocean Sci. 2014. V. 10, N 1. P. 17–28. DOI: 10.5194/os-10-17-2014.
14. Bigdeli A., Hara T., Loose B., Nguyen A.T. Wave attenuation and gas exchange velocity in Marginal sea ice zone // J. Geophys. Res.: Ocean. 2018. V. 123, N 3. P. 2293–2304. DOI: 10.1002/2017JC013380.
15. Rutgers van der Loeff M.M., Cassar N., Nicolaus M., Rabe B., Stimac I. The influence of sea ice cover on air–sea gas exchange estimated with radon-222 profiles // J. Geophys. Res.: Ocean. 2014. V. 119, N 5. P. 2735–2751. DOI: 10.1002/2013JC009321.
16. Loose B., Schlosser P., Perovich D., Ringelberg D., Ho D.T., Takahashi T., Richter-Menge J., Reynolds C.M., McGillis W.R., Tison J.-L. Gas diffusion through columnar laboratory sea ice: Implications for mixed-layer ventilation of CO₂ in the seasonal ice zone // Tellus B. 2011. V. 63. P. 23–39. DOI: 10.1111/j.1600-0889.2010.00506.x.
17. Репина И.А., Артамонов А.Ю. Морфометрические неоднородности морского льда по данным дистанционного зондирования и наземных измерений // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2022. Т. 19, № 6. С. 205–221. DOI: 10.21046/2070-7401-2022-19-6-205-221.
18. Голубева Е.Н. Численное моделирование динамики атлантических вод в Арктическом бассейне с использованием схемы QUICKEST // Вычислительные технологии. 2008. Т. 13, № 5. С. 11–24
19. Platov G.A., Golubeva E.N., Kraineva M.V., Malakhova V.V. Modeling of climate tendencies in Arctic seas based on atmospheric forcing EOF decomposition // Ocean Dyn. 2019. V. 69, N 6. P. 747–767. DOI: 10.1007/s10236-019-01259-1.
20. Hunke E.C., Dukowicz J.K. An elastic-viscous-plastic model for ice dynamics // J. Phys. Oceanography. 1997. V. 27. P. 1849–1867. DOI: 10.1175/1520-0485(1997)027<1849:AEVPMF>2.0.CO;2.
21. Large W., Yeager S. Diurnal to decadal global forcing for ocean and sea-ice models: The data sets and flux climatologies // NCAR Technical Note: NCAR/TN-460+STR. CGD Division of the National Center for Atmospheric Research. 2004. 105 p. DOI: 10.5065/D6KK98Q6.
22. Mau S., Gentz T., Körber J.-H., Torres M.E., Römer M., Sahling H., Wintersteller P., Martinez R., Schlüter M., Helmke E. Seasonal methane accumulation and release from a gas emission site in the central North Sea // Biogeoscie. 2015. V. 12. P. 5261–5276. DOI: 10.5194/ bg-12-5261-2015.
23. Malakhova V.V., Eliseev A.V. Subsea permafrost and associated methane hydrate stability zone: How long can they survive in the future? // Theor. Appl. Climatol. 2024. V. 155. P. 3329–3346. DOI: 10.1007/s00704-023-04804-7.
24. Wanninkhof R. Relationship between wind-speed and gas-exchange over the ocean // J. Geophys. Res. 1992. V. 97. P. 7373–7382. DOI: 10.5281/zenodo.5728529.
25. Wiesenburg D.A., Guinasso N.L. Equilibrium solubilities of methane, carbon monoxide, and hydrogen in water and sea water // J. Chem. Eng. Data. 1979. V. 24, N 4. P. 356–360. DOI: 10.1021/je60083a006.
26. Wanninkhof R. Relationship between wind speed and gas exchange over the ocean revisited // Limnol. Oceanogr.-Meth. 2014. V. 12. P. 351–362. DOI: 10.1021/je60083a006.
27. Runge J., Nowack P., Kretschmer M., Flaxman S., Sejdinovic D. Detecting and quantifying causal associations in large nonlinear time series datasets // Sci. Adv. 2019. V. 5, eaau4996. DOI: 10.1126/sciadv.aau4996.
28. Zhang W., Perrie W., Vagle S. Impacts of winter storms on air–sea gas exchange // Geophys. Res. Lett. 2006. V. 33. P. L14803. DOI: 10.1029/2005GL025257.
29. McGillis W.R., Edson J.B., Hare J.E., Fairall C.W. Direct covariance of air–sea CO₂ fluxes // J. Geophys. Res. 2001. V. 106. P. 16729–16745. DOI: 10.1029/2000JC000506.
30. Loose B., Kelly R.P., Bigdeli A., Williams W., Krish­field R., Rutgers van der Loeff M., Moran S.B. How well does wind speed predict air–sea gas transfer in the sea ice zone? A synthesis of radon deficit profiles in the upper water column of the Arctic Ocean // J. Geophys. Res. Ocean. 2017. V. 122, N 5. P. 3696–3714. DOI: 10.1002/2016JC012460.
31. Weber T., Wiseman N.A., Kock A. Global ocean methane emissions dominated by shallow coastal waters // Nat. Commun. 2019. V. 10. P. 4584. DOI: 10.1038/s41467-019-12541-7.