Том 38, номер 07, статья № 9

Аннотация:

В условиях наблюдаемого ускоренного потепления в Арктике особый интерес представляет исследование изменений характеристик зоны многолетней мерзлоты. В настоящей работе анализируются современные и ожидаемые в будущем изменения климатических величин (температура почвы в приповерхностном слое, температура приземного воздуха, количество атмосферных осадков и высота снежного покрова) в арктической части Западной Сибири по данным реанализа ERA5 и модели CESM2 из проекта CMIP6. Для трех климатических сценариев (Historical, SSP2-4.5, SSP5-8.5) получены оценки вклада рассматриваемых величин в изменчивость температуры почвы на глубине. Установлено, что к концу XXI в. приземная температура воздуха, температура почвы на глубинах до 42 м, количество осадков во все сезоны года вырастут, а высота снежного покрова уменьшится. Указанные тенденции приведут к увеличению площади и глубины сезонного оттаивания. По сценарию SSP5-8.5 среднегодовая нулевая изотерма температуры почвы будет находиться на глубине до ~ 6 м на широте 70° с.ш. от Обской губы до Нижнеенисейской возвышенности. В современный период влияние климатических величин на изменение температуры почвы в приповерхностном слое сильнее всего в летние (за счет преобладающего влияния температуры воздуха) и осенние месяцы (из-за влияния снежного покрова) с максимумом в октябре (до 60% на глубине 1 м). К концу XXI в. по сценарию SSP5-8.5 ожидается уменьшение вклада климатических величин в изменчивость характеристик зоны мерзлоты летом и его увеличение во второй половине осени, при этом преимущественный вклад будут вносить летние осадки. Полученные результаты могут быть использованы при исследовании и моделировании изменения характеристик зоны многолетней мерзлоты.

Ключевые слова:

температура воздуха, температура почвы на глубине, высота снежного покрова, атмосферные осадки, реанализ ERA5, CMIP6, многолетняя мерзлота, Арктика

Список литературы:

1. Доклад об особенностях климата на территории Российской Федерации за 2014 год. М.: Росгидромет, 2015. 107 с.
2. Анисимов О.А., Белолуцкая М.А. Оценка влияния изменения климата и деградации вечной мерзлоты на инфраструктуру в северных регионах России // Метеорол. и гидрол. 2002. № 6. С. 15–22.
3. Стрелецкий Д.А., Шикломанов Н.И., Гребенец В.И. Изменение несущей способности мерзлых грунтов в связи с потеплением климата на севере Западной Сибири // Криосфера Земли. 2012. Т. 16, № 1. С. 22–32.
4. Anisimov O.A., Kokorev V.A., Zhiltcova E.L. Arctic ecosystems and their services under changing climate: Predictive modelling assessment // Geograph. Rev. 2017. V. 107, N 1. P. 108–124. DOI: 10.1111/j.1931-0846.2016.12199.x.
5. Анисимов О.А., Лавров С.А., Ренева С.А. Эмиссия метана из многолетнемерзлых болот России в условиях изменения климата // Проблемы экологического моделирования и мониторинга экосистем. СПб.: Гидрометеоиздат, 2005. С. 124–142.
6. Васильев А.А., Гравис А.Г., Губарьков А.А., Дроздов Д.С., Коростелев Ю.В., Малкова Г.В., Облогов Г.Е., Пономарева О.Е., Садуртдинов М.Р., Стрелецкая И.Д., Стрелецкий Д.А., Устинова Е.В., Широков Р.С. Деградация мерзлоты: результаты многолетнего геокриологического мониторинга в западном секторе российской Арктики // Криосфера Земли. 2020. Т. 24, № 2. С. 15–30. DOI: 10.21782/ KZ1560-7496-2020-2(15-30).
7. Magnússon R.Í., Hamm A., Karsanaev S.V., Limpens J., Kleijn D., Frampton A., Maximov T.C., Heijmans M.M.P.D. Extremely wet summer events enhance permafrost thaw for multiple years in Siberian tundra // Nat. Commun. 2022. V. 13. P. 1556. DOI: 10.1038/s41467-022-29248-x.
8. Александров Г.А., Гинзбург А.С., Гитарский М.Л., Чернокульский А.В., Семенов В.А. Изменение климатологической границы многолетней мерзлоты в Большеземельской тундре при различных сценариях изменения климата в XXI веке // Докл. РАН. Науки о Земле. 2024. Т. 516, № 2. C. 649–654. DOI: 10.31857/S2686739724060184.
9. Мохов И.И., Малахова В.В., Аржанов М.М. Модельные оценки внутри- и межвековой деградации «вечной мерзлоты» в регионе полуострова Ямал при потеплении // Докл. РАН. Науки о Земле. 2022. Т. 506, № 2. С. 219–226. DOI: 10.31857/S2686739722100383.
10. Шерстюков А.Б., Шерстюков Б.Г. Пространственные особенности и новые тенденции в изменениях термического состояния почвогрунтов и глубины их сезонного протаивания в зоне многолетней мерзлоты // Метеорол. и гидрол. 2015. № 2. С. 5–12.
11. Харюткина Е.В., Логинов С.В. Тенденции временных изменений температуры почвы на глубинах в Западной Сибири по данным реанализа // География и природные ресурсы. 2019. № 2. С. 95–102. DOI: 10.21782/GIPR0206-1619-2019-2(95-102).
12. Alexandrov G.A., Ginzburg V.A., Insarov G.E., Romanovskaya A.A. CMIP6 model projections leave no room for permafrost to persist in Western Siberia under the SSP5-8.5 scenario // Clim. Change. 2021. V. 169, N. 3. P. 42. DOI: 10.1007/s10584-021-03292-w.
13. Knutti R., Masson D., Gettelman A. Climate model genealogy: Generation CMIP5 and how we got there // Geophys. Res. Lett. 2013. V. 40. P. 1194–1199. DOI: 10.1002/grl.50256.
14. Hurrell J.W., Holland M.M., Gent P.R., Ghan S., Kay J.E., Kushner P.J., Lamarque J.-F., Large W.G., Lawrence D., Lindsay K., Lipscomb W.H., Long M.C., Mahowald N., Marsh D.R., Neale R.B., Rasch P., Vavrus S., Vertenstein M., Bader D., Collins W.D., Hack J.J., Kiehl J., Marshall S. The Community Earth System Model: A framework for collaborative research // Bull. Am. Meteorol. Soc. 2013. V. 94, N 9. P. 1339–1360. DOI: 10.1175/BAMS-D-12-00121.1.
15. O'Neill B.C., Tebaldi C., van Vuuren D.P., Eyring V., Friedlingstein P., Hurtt G., Knutti R., Kriegler E., Lamarque J.-F., Lowe J., Meehl G.A., Moss R., Riahi K., Sanderson B.M. The Scenario Model Intercomparison Project (ScenarioMIP) for CMIP6 // Geosci. Model Dev. 2016. V. 9. P. 3461–3482. DOI: 10.5194/gmd-2016-84.
16. Гаврилова М.К. Современный климат и вечная мерзлота на континентах. Новосибирск: Наука, 1981. 112 с.
17. Zhang T., Heginbottom J.A., Barry R.G., Brown J. Further statistics of the distribution of permafrost and ground ice in the Northern Hemisphere // Polar Geography. 2000. N 2. P. 126–131. DOI: 10.1080/10889370009377692.
18. Белолуцкая М.А. Влияние изменения климата на вечную мерзлоту и инженерную инфраструктуру Крайнего Севера: дис. ... канд. физ.-мат. наук. СПб., Гл. геофиз. обсерватория им. А.И. Воейкова, 2004. 127 с.
19. Анисимов О.А., Бадина С.В., Белолуцкая М.А., Володин Е.М., Лавров С.А., Шерстюков Б.Г., Стрелецкий Д.А., Кокорев В.А., Гайда И., Доброславский Н. Изменение климата в Российской Арктике: риски и новые возможности. М.: ФГБУ «Государственный гидрологический институт», Центр энергетики Московской школы управления СКОЛКОВО, 2022. 105 с.
20. Von Storch H., Zwiers F.W. Statistical Analysis in Climate Research. Cambridge: Cambridge University Press, 2003. 484 p.
21. Дрейпер Н., Смит Г. Прикладной регрессионный анализ. М.: Издательский дом «Вильямс», 2007. 912 с.
22. Peng X., Zhang T., Frauenfeld O.W., Du R., Wei Q., Liang B. Soil freeze depth variability across Eurasia during 1850–2100 // Clim. Change. 2020. V. 158. P. 531–549. DOI: 10.1007/s10584-019-02586-4.
23. Аржанов М.М., Елисеев А.В., Демченко П.Ф., Мохов И.И. Моделирование изменений температурного и гидрологического режимов приповерхностной мерзлоты с использованием климатических данных (реанализа) // Криосфера Земли. 2007. Т. XI, № 4. С. 65–69.
24. Харюткина Е.В., Логинов С.В., Усова Е.И., Мартынова Ю.В., Пустовалов К.Н. Тенденции изменения экстремальности климата Западной Сибири в конце XX – начале XXI веков // Фундам. и прикл. климатол. 2019. Т. 2. С. 45–65. DOI: 10.21513/2410-8758-2019-2-45-65.
25. Харюткина Е.В., Логинов С.В., Морару Е.И., Пустовалов К.Н., Мартынова Ю.В. Динамика характеристик экстремальности климата и тенденции опасных метеорологических явлений на территории Западной Сибири // Оптика атмосф. и океана. 2022. Т. 35, № 2. С. 136–142. DOI: 10.15372/AOO20220208; Kharyutkina E.V., Loginov S.V., Moraru E.I., Pustovalov K.N., Martynova Yu.V. Dynamics of extreme climatic characteristics and trends of dangerous meteorological phenomena over the territory of Western Siberia // Atmos. Ocean. Opt. 2022. V. 35, N 4. P. 394–401.
26. Climate Change 2021: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change / V. Masson-Delmotte, P. Zhai, A. Pirani, S.L. Connors, C. Péan, S. Berger, N. Caud, Y. Chen, L. Goldfarb, M.I. Gomis, M. Huang, K. Leitzell, E. Lonnoy, J.B.R. Matthews, T.K. Maycock, T. Waterfield, O. Yelekçi, R. Yu, B. Zhou (eds.). Cambridge: Cambridge University Press, 2021. 2391 p.
27. Третий оценочный доклад об изменениях климата и их последствиях на территории Российской Федерации. Общее резюме. СПб.: Наукоемкие технологии, 2022. 124 с.
28. Frauenfeld O.W., Zhang T. An observational 71-year history of seasonally frozen ground changes in the Eurasian high latitudes // Environ. Res. Lett. 2011. V. 6, N 4. P. 044024. DOI: 10.1088/1748-9326/6/4/044024.
29. Ekerman H.J., Johansson M. Thawing permafrost and thicker active layers in sub-arctic Sweden // Permaf. Perigl. Proc. 2008. V. 19, N 3. P. 279–292. DOI: 10.1002/ppp.626.
30. Chadburn S.E., Burke E.J., Cox P.M., Friedlingstein P., Hugelius G., Westermann S. An observation-based constraint on permafrost loss as a function of global warming // Nat. Clim. Change. 2017. V. 7, N 5. P. 340–344. DOI: 10.1038/nclimate3262.
31. Jorgenson M., Romanovsky V.E., Harden J.W., Shur Y., O’Donnell J.A., Schuur E.A.G., Kanevskiy M., Marchenko S. Resilience and vulnerability of permafrost to climate change // Can. J. For. Res. 2010. V. 40. P. 1219–1236. DOI: 10.1139/X10-060.
32. Smith M.W. Microclimatic influences on ground temperatures and permafrost distribution, Mackenzie Delta, Northwest Territories // Can. J. Earth Sci. 1975. V. 12. P. 1421–1438. DOI: 10.1139/e75-129.
33. Frauenfeld O.W., Zhang T., Barry R.G., Gilichinsky D. Interdecadal changes in seasonal freeze and thaw depths in Russia // J. Geophys. Res.: Atmos. 2004. V. 109, N. D5. DOI: 10.1029/2003JD004245.