Trends in the interannual variability of salinity field in the upper 1000-meter layer of the northeastern Pacific Ocean under conditions of modern global warming

Full Text

Введение

Современные климатические изменения, происходящие в различных геосферах, сопровождаются интенсификацией глобального круговорота воды (гидрологический цикл) и значительными изменениями солености поверхности океана (СПО) и солесодержания толщи его вод в масштабах от регионального до глобального [1–5]. Поле солености (S) отражает крупномасштабный долговременный баланс между различными компонентами поверхностного потока пресной воды, процессами горизонтальной адвекции и перемешивания в океане [5–7]. Над открытым океаном вдали от прибрежных районов и высоких широт, где воздействие речного стока и таяния льда ограничено, испарение за вычетом осадков является основным фактором, воздействующим на поток пресной воды, который вместе с динамическими процессами в океане приводит к изменчивости его солености [8]. Соответствующий отклик на изменения гидрологического цикла отличается значительной пространственно-временной неоднородностью и прослеживается в виде областей аномалий и трендов солености и солесодержания различных значений и знака как на поверхности, так и в толще вод океанов и морей [9, 10]. Причем вследствие своего небольшого объема по отношению к площади поверхности акватории окраинных морей реагируют на изменяющиеся характеристики пресного баланса сильнее, чем в открытом океане [7, 11]. В отличие от термических характеристик формирование особенностей поля солености в различных регионах Мирового океана имеет более сложный, комплексный и неоднозначный характер [7, 9, 11–15].

В ходе исследований современных изменений термических условий северной части Тихого океана, вызванных сдвигом климатического режима и глобальным потеплением, выявлены крупномасштабные пространственно-временные неоднородности межгодовой изменчивости термических характеристик воды и воздуха и даны оценки их количественных значений и статистической значимости на рубеже XX–XXI вв. [16]. Примерно с 2013 г., после завершения периода «паузы в ходе глобального потепления» [17], распространенным явлением в северо-восточной части Тихого океана стали морские волны тепла – локальные области с экстремально высокими температурами на поверхности океана (ТПО), связанные с атмосферными воздействиями в результате нарушения энергетического баланса Земли [17, 18]. В 2014–2016 и 2019–2020 гг. эти области с аномалиями ТПО до 2,5–3°C распространились вдоль западного побережья Северной Америки и на бóльшую часть северо-востока Тихого океана, формируя трехмерные термические структуры, охватывающие верхний слой океана толщиной несколько сотен метров и сохраняющиеся длительное время [19]. В целом в истекший 20-летний период начала XXI в. регион северо-восточной части внетропической зоны Тихого океана отличался более высокими темпами потепления (ТПО) по сравнению с аналогичным предшествующим периодом, в то время как в сопредельном регионе северо-западной части этой области наблюдалась противоположная тенденция [16]. Недавно проведенные исследования [20] позволили выявить и охарактеризовать региональные пространственно-временные особенности ускоренных изменений солености и солесодержания в толще вод верхних 1000 м северо-западной части Тихого океана в первые десятилетия XXI в., сопровождающихся интенсификацией глобального и местных гидрологических циклов. Было показано, что по всему указанному региону наблюдались статистически значимые отрицательные тренды разности значений испарение-осадки, соответствующие усилению тенденций режима увлажнения на поверхности океана. Также в этот период отмечались значительные изменения различных показателей циркуляции атмосферы и океана, которые сопровождались усилением водообмена внетропической зоны океана с сопредельными регионами, что привело к формированию обширных объемов толщи вод, подверженных как опреснению, так и осолонению и последующей трансформации. В целом по акватории внетропической зоны северо-западной части Тихого океана прослеживалась тенденция постепенного уменьшения средних значений солености у поверхности и опреснения вод верхнего 1000-метрового слоя [5, 10].

Представляет интерес рассмотреть региональные особенности межгодовой изменчивости пространственной структуры поля солености и солесодержания толщи вод верхнего 1000-метрового слоя северо-восточной части Тихого океана, сопоставить полученные результаты с соответствующими характеристиками для сопредельных регионов, что позволит уточнить более общие аналогичные оценки, ранее выполненные по Мировому океану в целом [5, 9, 10].

Цель настоящей работы – определение пространственно-временных особенностей межгодовых изменений солености верхнего 1000-метрового слоя внетропической зоны северо-восточной части Тихого океана и анализ их возможных причинно-следственных связей с крупномасштабными и региональными процессами в океане и атмосфере в начале XXI столетия.

Данные и методы

Как и в предыдущей работе авторов [20], использовались данные по солености и скорости течений системы усвоения океанографических наблюдений GODAS в узлах сетки 0,3° × 1° сайта https://www.esrl.noaa.gov/psd/data/gridded/data.godas.html за период 2000–2022 гг. Также были использованы среднемесячные данные по количеству осадков (P) реанализа ERA5 на сетке 0,25° × 0,25° с сайта http://apdrc.soest.hawaii.edu/erddap/griddap/hawaii_soest_d124_2bb9_c935.html и испарению (E) с подстилающей поверхности WHOI OAFlux version3 на сетке 1° × 1° с сайта http://apdrc.soest.hawaii.edu/erddap/griddap/hawaii_soest_6b5a_df06_3eeb.html?page=1. По этим данным рассчитывалась разность E-P в узлах одноградусной сетки.

Также были взяты данные реанализа полей давления и ряды климатических (циркуляционных) индексов (КИ) [16]: NP, NPGO, PDO, SOI, PTW, IPO, WP, NINO.WEST и WPWP за те же годы. Перечисленные данные были получены с сайтов NOAA https://psl.noaa.gov/data/gridded/index.html и https://psl.noaa.gov/data/climateindices/list/. Дополнительно по приземному атмосферному давлению рассчитывался индекс азиатской депрессии (AD).

Проводились расчет статистик и разложение полей аномалий различных характеристик на главные компоненты (PC) ЭОФ по единой методике [16, 20]. Также по данным GODAS по солености на 31 горизонте (верхний горизонт 5 м) были рассчитаны значения солесодержания (Qs) и их аномалий (∆Qs) в различных слоях от поверхности до глубины 1000 м согласно уравнению, приведенному в работе [21, с. 3520].

По осредненным за весь период данным межгодовых изменений солености на различных горизонтах верхнего 500-метрового слоя в каждом узле сетки методом кластерного анализа по трем главным компонентам ЭОФ S(z) выделены четыре обособленных района, расположенных в различных частях акватории моря: северный (С), западный (З), восточный (В) и южный (Ю) (рис. 1, e). При использовании этого метода кластерного анализа для районирования исследуемой акватории по межгодовым колебаниям солесодержания ∆Qs в слое 5–200 м (как это было сделано ранее для сопредельного региона [20]) результаты оказались малоинформативными вследствие чрезмерной фрагментации области исследований.

 

Рис. 1. Тренды среднегодовой солености на горизонте 5 м (a), тренды среднегодовых значений разности испарение-осадки (b), течения (стрелки) и тренды скорости течений (выделены цветом) на горизонте 5 м по данным GODAS (c), тренды нормализованных значений солесодержания в слоях 5–200 м (d), 200–460 м (e) и 460–950 м (f) в 2000–2022 гг. На фрагменте d показано расположение разрезов, на фрагменте e – выделенных районов (З, С, В, Ю). Здесь и на других рисунках крестиками обозначены области, в которых оценки статистически значимы на уровне 95%

Fig. 1. Trends in average annual salinity at the 5 m level (a), trends in annual average values of evaporation-precipitation differences (b), currents (arrows) and current velocity trends (highlighted in color) at the 5 m level based on the GODAS data (c), trends in the normalized salt content values in the 5–200 m (d), 200–460 m (e), and 460–950 m (f) layers in 2000–2022. Fig. 1, d shows the location of sections, and Fig. 1, e – the location of selected regions (W, N, E and S). Here and in other figures, crosses indicate the areas where the estimates are statistically (95%) significant

 

В дальнейшем путем простого осреднения сеточных данных в пределах акваторий этих районов рассчитывался многолетний ход солености на каждом из 31 горизонта и солесодержания в отдельных слоях: верхнем (5–200 м), промежуточном (200–460 м) и глубинном (460–950 м).

Особенности межгодовой пространственно-временной изменчивости характеристик поля солености

В исследуемой акватории выделяются северный (С) и восточный (В) районы с характерными чертами, присущими субарктической структуре вод, а также западный (З) и южный (Ю) районы с чертами, характерными для области смешения вод субарктической и субтропической структур (рис. 1, e) ¹ [22]. В пределах всей акватории прослеживаются составляющие потоков Субарктического и Северо-Тихоокеанского течений, Калифорнийской и Аляскинской систем течений [22, 23], в межгодовых изменениях которых присутствуют статистически значимые тренды модуля скорости течений различного знака (рис. 1, c).

В исследуемый период в межгодовом ходе среднегодовой солености на приповерхностном горизонте 5 м выражены статистически значимые тренды обоих знаков с максимальными значениями –0,19 … 0,06/10 лет. Области с максимальными отрицательными трендами солености располагаются на периферии исследуемого региона – на участках акваторий океана, прилегающих к североамериканскому материку и Алеутским островам. Эти участки прибрежных акваторий подвержены влиянию изменений материкового стока и водообмена с Беринговым морем. В среднем по исследуемому региону наблюдалась тенденция незначительного увеличения солености на этом горизонте в отличие от региона северо-западной части Тихого океана, на акватории которого отмечались значимые отрицательные тренды солености [20]. Все области с положительными и отрицательными трендами солености (рис. 1, a) выражены на акватории как в теплый, так и в холодный период года.

На горизонте 200 м нижней границы верхнего слоя были выражены статистически значимые тренды среднегодовой солености обоих знаков с максимальными значениями –0,03 … 0,14/10 лет, на глубине 500 м – до –0,03 … 0,05/10 лет. При этом в нижней части глубинного слоя на горизонтах, расположенных глубже 900 м, в пределах всей акватории северо-восточной части Тихого океана наблюдались только небольшие статистически значимые отрицательные градиенты солености, до –0,02/10 лет.

В целом по исследуемому региону статистически значимые тренды межгодовых колебаний среднегодового количества осадков и испарения – показателей режима увлажнения подстилающей поверхности – не выражены. Осредненный по всей акватории максимальный положительный тренд как количества осадков, так и испарения (~ 0,04 мм/сут/м² за 10 лет) был выражен в теплый период года. Эти результаты согласуются с аналогичными оценками количества осадков, полученными по данным сайта https://psl.noaa.gov/data/gridded/data.cmap.html на сетке 2,5° × 2,5°. Пространственное распределение трендов разности испарение-осадки (E-P) демонстрирует преобладающее влияние испарения на большей части акватории, статистически значимое в ее восточной части (рис. 1, b), что явно не согласуется с распределением трендов солености у поверхности океана и солесодержания в различных слоях (рис. 1, a, d – f) и не соответствует общим глобальным тенденциям гидрологического цикла в средних и высоких широтах Северного полушария [5, 7, 9], особенно за предшествующий период 1950–2000 гг. ². Как отмечалось ранее [5, 20], в отличие от многолетних изменений характеристик солености и увлажнения поверхности океана в глобальном масштабе [10] в средних и высоких широтах тенденции пространственных изменений разности E-P могут не согласовываться с соответствующими региональными тенденциями изменений солености, поскольку динамика океана и местные факторы также могут играть контролирующую роль в изменениях солености на поверхности и в толще вод океана, обеспечивая региональный баланс поля солености [9].

Схемы пространственных особенностей межгодовых изменений трендов солесодержания (Qs) верхнего, промежуточного и глубинного слоев значительно различаются (рис. 1, d – f), как это отмечалось и для сопредельного региона северо-западной части внетропической зоны [20]. При этом схемы пространственного распределения трендов солесодержания верхнего и промежуточного слоев в теплый и холодный периоды года не показывают заметных различий.

Отметим, что структуры схем пространственного распределения солесодержания в глубинном слое как северо-восточного, так и северо-западного регионов [20], в которых наблюдается четкая зональная ориентация границы (~ 40–45° c. ш.) крупномасштабных областей с противоположным знаком трендов солесодержания, хорошо согласуются между собой. Отмеченные тенденции уменьшения солености и солесодержания глубинного слоя в условиях интенсификации глобального гидрологического цикла согласуются и с результатами других исследователей [7, 9, 10]. Вместе с тем в пределах каждого из слоев прослеживаются обширные области, в которых в течение последних двух десятилетий происходит либо опреснение, либо осолонение толщи вод с различной скоростью – в среднем по акватории со скоростью –1,4 … 0,8 кг/м²/10 лет (рис. 1, d – f, табл. 1).

 

Таблица 1

Table 1

Оценки линейного тренда солесодержания (Qs, кг/м²/10 лет) в различных слоях толщи вод выделенных районов и всей акватории в период 2000–2022 гг.

Estimates of the linear trend of salt content (Qs, kg/m²/10 years) of various layers of the water column in the identified areas and the entire water area in 2000–2022

Районы / Regions	Границы слоя, м / Layer boundaries, m
	5-200	200-460	460-950	5-950
С / N	-0,33	1,85	0,28	0,60
З / W	0,74	0,66	-2,40	-0,33
В / E	-0,38	0,55	-0,80	-0,21
Ю / S	3,12	-1,04	-2,83	-0,25
Среднее по акватории / Average over the whole water area	0,79	0,51	-1,44	-0,05

Примечание. Здесь и в табл. 2 полужирным шрифтом выделены статистически значимые (95%) оценки.

Note. Here and in table 2, statistically significant (95%) estimates are highlighted in bold.

 

Обобщенно по акваториям отдельных районов: наибольшие значимые положительные тренды солесодержания наблюдаются в верхнем слое южного района (3,12 кг/м²/10 лет) и в промежуточном слое северного (1,85 кг/м²/10 лет); наибольшие значимые отрицательные тренды (–2,83 кг/м²/10 лет) – в глубинном слое южного района. В целом по региону наблюдался статистически значимый положительный тренд солесодержания в верхней 1000-метровой толще вод северного района, а в других районах и в среднем по акватории в этом слое наблюдались небольшие статистически не значимые отрицательные тренды (табл. 1). Указанные оценки тенденций, трендов и региональных особенностей межгодовых изменений структуры поля солености позволяют детализировать полученные ранее оценки изменений, происходящих в глобальном масштабе в условиях интенсификации гидрологического цикла [1, 7, 9, 10].

Как и в сопредельном регионе северо-западной части Тихого океана [20], главные особенности пространственной структуры трендов солесодержания верхнего слоя (рис. 1, d) хорошо согласуются со схемой распределения коэффициентов первой моды ЭОФ1 разложения аномалий Qs этого слоя, что дает возможность использования главного компонента (PC1) этого способа параметризации колебаний Qs для установления корреляционных связей с различными климатическими параметрами.

Межгодовая изменчивость вертикальной структуры солености верхнего 1000-метрового слоя

Формирование и изменчивость вертикальной структуры поля солености происходят в результате непрерывного взаимодействия разнообразных процессов на поверхности, вертикального перемешивания и внутриводного обмена. На рис. 2 представлены средние профили вертикального распределения солености S(z), амплитудной структуры флуктуаций аномалий S(z) – главного компонента PC1 ЭОФ и трендов b(z) солености на различных горизонтах в пределах выделенных районов по данным межгодовой изменчивости S(z) для периода 2000–2022 гг.

 

Рис. 2. Обобщенные кривые вертикального распределения солености (a, d, g, j), главного компонента PC1 ЭОФ аномалий солености (b, e, h, k) и тренда b солености на различных горизонтах (c, f, i, l) за 2000–2022 гг. Сверху вниз: районы С, З, В, Ю согласно рис. 1, e

Fig. 2. Generalized curves of vertical distribution of salinity (a, d, g, j), main component PC1 of EOF of salinity anomalies (b, e, h, k) and salinity trend (b) at different levels (c, f, i, l) for 2000–2022. From top to bottom: the N, W, Е and S areas according to Fig. 1, e

 

Как отмечалось выше, особенности вертикальной структуры солености районов С и В характерны для субарктической структуры вод с монотонным увеличением S с глубиной (рис. 2, a, g), а районов З и Ю – для области смешения вод субарктической и субтропической структур с немонотонным изменением солености (рис. 2, d, j) [22]. Кривые РС1(z) (рис. 2, b, e, h, k) примерно соответствуют вертикальному распределению значений диапазона ее изменений в межгодовом ходе (до 0,07–0,09 в верхнем 200-метровом слое западного и южного районов) и вертикальному распределению трендов солености b(z) во всех районах (рис. 2, c, f, i, l). Коэффициент корреляции (R) колебаний РС1(z) и b(z) статистически значим и составляет ± 0,84–0,98. В целом на главный компонент РС1 межгодовой изменчивости профилей солености в исследуемых районах приходится от 43% (район В) до 63–83% (для других районов) общей дисперсии солености на различных горизонтах.

Анализ межгодовых трендов статистически значимых изменений вертикальной структуры солености в среднем по отдельным районам показал, что максимальные отрицательные тренды (–0,02/10 лет) наблюдались в северном районе (рис. 2, c), а максимальные положительные (0,03/10 лет) – в южном районе (рис. 2, l), в слое верхнего халоклина. Показателями общих тенденций крупномасштабных межгодовых изменений поля солености исследуемого региона являются характеристики солесодержания толщи вод. Согласно данным табл. 1 и рис. 1, d – f, в пределах внетропической зоны северо-восточной части Тихого океана в последние десятилетия преобладали тенденции как осолонения, так и опреснения вод верхнего, промежуточного и глубинного слоев отдельных районов. Однако, в отличие от северо-западного сектора этой зоны [20], статистически значимых трендов солесодержания, свидетельствующих о тенденциях осолонения или опреснения толщи вод верхнего 1000-метрового слоя всего северо-восточного сектора, не выявлено. Увеличение трендов теплосодержания этого слоя региона внетропической зоны северо-восточной части Тихого океана (~2%) [24] также было статистически не значимым.

Пространственные особенности вертикальной структуры толщи вод с различными значениями трендов распреснения и осолонения отображены на зональных и меридиональных разрезах, пересекающих акваторию региона (рис. 3). На большей части площади в плоскости всех разрезов выражены статистически значимые тренды солености различных значений и знака, формирующие структуры крупномасштабных аномалий солесодержания в различных слоях толщи вод (рис. 1, d – f).

 

Рис. 3. Совмещенное вертикальное распределение солености (сплошные линии) и трендов солености (выделены цветом) на зональных разрезах по 40° с. ш. (a), по 50° с. ш. (b) и на меридиональных разрезах по 170° з. д. (с) и по 150° з. д. (d) в период 2000–2022 гг. Расположение разрезов показано на рис. 1, d

Fig. 3. Combined vertical distribution of salinity (solid lines) and salinity trends (highlighted in color) on the zonal sections along 40° N (a) and 50° N (b), and on the meridional sections along 170° W (c) and 150° W (d) in 2000–2022. Section locations are shown in Fig. 1, d

 

Южный зональный разрез вдоль 40° с. ш. пересекает западный, восточный районы и южную часть северного (рис. 3, a; 1, d). Наибольшие положительные тренды солености, до 0,02–0,03/10 лет, прослеживаются в верхнем 30-метровом слое в центральной части этого разреза и в слое 120–220 м в его восточной части; наибольшие отрицательные тренды, до –0,07/10 лет, – в верхнем 100-метровом слое у североамериканского побережья, подверженного влиянию материкового стока и апвеллинга [22].

Формирование трендов межгодовых изменений солености на северном зональном разрезе (рис. 3, b; 1, d), в отличие от южного, происходит в условиях отсутствия заметных горизонтальных широтных градиентов пространственного распределения солености в пределах всего 1000-метрового слоя. В нижней части верхнего 150-метрового слоя западной части разреза преобладают отрицательные тренды солености с максимальными значениями до –0,08/10 лет в этом слое. В верхней части 150-метрового слоя, в западной и восточной частях разреза по 50° с. ш., прослеживаются локальные области с положительными трендами S. Положение этих областей согласуется со схемой горизонтального распределения значений разности E-P (рис. 1, b). В слое 150–600 м на большей части разреза выражены положительные тренды солености с максимальным значением на горизонте 200 м до 0,02–0,04/10 лет, а ниже него знак тренда вновь меняется на противоположный. Полученные результаты позволяют детализировать общие региональные особенности межгодовой изменчивости вертикальной структуры поля солености в северном (рис. 2, c) и других районах.

Формирование трендов межгодовых изменений солености на меридиональных разрезах по 170°, 150° и 130° з. д. (рисунок не приводится) происходит в условиях значительных пространственных градиентов поля солености (рис. 3, c, d; 1, d). Отметим, что максимальные отрицательные тренды солености со значением до –0,07/10 лет были локализованы на горизонтах 70 и 120 м в северной части западного разреза (170° з. д.) вблизи Алеутской островной гряды. Области с максимальными значениями положительных трендов S (0,06/10 лет) прослеживаются в различных участках верхнего и промежуточного слоев на всех рассматриваемых разрезах, где они вытянуты в широтном направлении.

Анализ карт межгодовой изменчивости течений на горизонтах 105 и 205 м, построенных по данным GODAS, показал, что аномальные экстремумы положительных и отрицательных трендов солености, расположенные вблизи этих горизонтов, соответствуют областям локализации статистически значимых трендов модуля скорости течений со значением до ±0,03 м/с/10 лет.

Тенденции изменчивости вертикальной и горизонтальной структуры поля солености отражаются в соответствующих изменениях характеристик солесодержания различных слоев толщи вод (рис. 1, d – f). Отметим, что значения трендов солености в толще вод исследуемого региона примерно в 2–10 раз (в зависимости от знака) меньше, чем в северо-западной части внетропической зоны Тихого океана [20], лежащей в той же климатической зоне.

Корреляционные связи межгодовых изменений характеристик поля солености с крупномасштабными и региональными процессами в океане и атмосфере

Был проведен взаимный корреляционный и регрессионный анализ межгодовых вариаций временных рядов солесодержания и временных коэффициентов первой (PC1) и второй (PC2) мод ЭОФ разложения аномалий Qs в верхнем и промежуточном слоях толщи вод – с изменениями климатических индексов и других показателей, характеризующих как динамику климатической системы атмосферы и океана, так и режим увлажнения в исследуемом регионе. Основные характеристики этих климатических переменных и их временной изменчивости уже рассматривались авторами ранее [20, 24].

В целом по региону корреляционные связи изменений среднегодовых значений солесодержания Qs и его главных компонентов PC1 и PC2 с различными климатическими переменными наиболее выражены со следующими параметрами: индексами NPGO (с временным лагом 1 год), IPO, PDO, AD, первой модой ЭОФ колебаний значений разности испарение-осадки (E-P) и второй модой ЭОФ аномалии геопотенциала изобарической поверхности AT₅₀₀ (табл. 2).

 

Таблица 2

Table 2

Коэффициенты корреляции главных компонентов и среднегодовых значений солесодержания (Qs) в слоях 5–200 и 200–460 м с климатическими индексами для различных районов за 2000–2022 годы

Correlation coefficients of principal components and annual average salt content values (Qs) in the 5–200 m and 200–460 m layers with climatic indices for different regions for 2000–2022

Компоненты и районы / Components and regions	Параметры / Parameters
	NPGO	IPO	PC1(E-P)	PC2(ΔAT500)	PDO	AD
Слой 5–200 м / 5–200 m layer
PC1	0,7	0,2	-0,4	-0,6	0,5	0,5
PC2	0,8	-0,5	0,4	0,3	-0,6	-0,6
С / N	0,2	-0,2	0,3	0,0	-0,3	-0,4
З / W	0,1	-0,4	0,5	0,5	-0,5	-0,5
В / E	0,5	-0,2	0,0	-0,2	-0,3	-0,3
Ю / S	-0,5	-0,6	0,5	0,7	-0,6	-0,6
Вся акватория / Whole water area	-0,2	-0,6	0,6	0,6	-0,8	-0,8
Слой 200–460 м / 200–460 m layer
PC1	-0,6	0,1	0,0	0,0	0,2	0,1
PC2	-0,3	-0,4	0,5	0,5	-0,4	-0,5
С / N	-0,6	-0,1	0,2	0,2	-0,1	-0,2
З / W	0,2	-0,4	0,5	0,2	-0,5	-0,4
В / E	-0,6	0,0	0,4	0,3	-0,1	-0,2
Ю / S	0,3	-0,2	0,3	0,1	-0,3	-0,3
Вся акватория / Whole water area	0,0	0,4	0,6	0,3	-0,5	-0,6

 

Межгодовые изменения некоторых из этих переменных взаимосвязаны, что приводит к идентичности соответствующих оценок коэффициентов корреляции, приведенных в табл. 2 (слой 5–200 м) для пар переменных PC1(E-P) – PC2(ΔAT₅₀₀), PDO – AD. Как и в других районах [20], с глубиной теснота корреляционных связей изменчивости климатических параметров, солености и солесодержания затухает.

Карты пространственного распределения коэффициентов парной регрессии (рис. 4) дают наглядное представление о характере пространственных особенностей и тесноте корреляционных связей между изменениями солесодержания и важнейшими из климатических параметров в различных районах. Причем соответствующие схемы для каждой из пар переменных, рассмотренных выше, подобны. С учетом различного знака коэффициентов корреляции (табл. 2) эти особенности (рис. 4, a – c) хорошо согласуются со схемами распределения трендов солесодержания в верхнем слое (рис. 1, d).

 

Рис. 4. Коэффициенты линейной регрессии (Reg) колебаний среднегодовых значений аномалий солесодержания верхнего слоя 5–200 м с NPGO (a), PC1 разности испарение-осадки (b) и PDO (c) в 2000–2022 гг.; межгодовые изменения PC1(Qs) верхнего слоя (черная кривая) и аппроксимирующая кривая уравнения множественной регрессии (показана красным цветом) с различными климатическими индексами (d)

Fig. 4. Linear regression coefficients (Reg) of the fluctuations of average annual salinity anomaly values in the upper 5–200 m layer with NPGO (a), PC1 of evaporation-precipitation difference (b) and PDO (c) in 2000–2022; interannual changes in PC1(Qs) of the upper layer (black curve), and fitting curve of the multiple regression equation (shown in red) with different climatic indices (d)

 

Объясненная дисперсия (R²) множественной регрессии изменчивости PC1(Qs) верхнего слоя 5–200 м и климатических переменных NPGO, PC1(E-P), PC2(∆H₅₀₀) и PDO в период 2000–2022 гг. составила 60%, т. е. совокупность этих переменных удовлетворительно описывает наблюдаемые изменения главного компонента солесодержания (рис. 4, d).

Заключение

В течение последних двух десятилетий в межгодовом ходе солености на приповерхностном горизонте 5 м выражены статистически значимые тренды обоих знаков с максимальными значениями –0,19 … 0,06/10 лет. В среднем по исследуемому региону наблюдалась тенденция незначительного увеличения средней солености на этом горизонте в отличие от региона северо-западной части Тихого океана, на акватории которого отмечались значимые отрицательные тренды солености. С глубиной значения трендов уменьшаются. В целом эти значения в толще вод исследуемого региона примерно в 2–10 раз (в зависимости от знака) меньше, чем в северо-западной части внетропической зоны Тихого океана, лежащей в той же климатической зоне.

В пределах исследуемой акватории статистически значимые тренды межгодовых колебаний среднегодового количества осадков и испарения не выражены. В то же время пространственное распределение трендов значений разности испарение-осадки (E-P) демонстрирует преобладающий характер испарения на большей части акватории, что отличается от общих глобальных тенденций гидрологического цикла в средних и высоких широтах Северного полушария, особенно за предшествующий период.

Схемы пространственных распределений межгодовой изменчивости трендов солесодержания верхнего, промежуточного и глубинного слоев значительно различаются между собой. Обобщенно: при сравнении акваторий отдельных районов исследуемой области установлено, что наибольшие значимые положительные тренды солесодержания наблюдаются в верхнем слое южного района (3,12 кг/м²/10лет) и в промежуточном слое северного (1,85 кг/м²/10 лет), а наибольшие отрицательные тренды (–2,83 кг/м²/10 лет) – в глубинном слое южного района. В целом по региону наблюдался статистически значимый положительный тренд солесодержания в верхней 1000-метровой толще вод северного района, а в других районах и в среднем по акватории в этом слое наблюдались небольшие статистически не значимые отрицательные тренды.

Корреляционные связи изменений среднегодовых значений солесодержания и главных компонентов PC1–2 (Qs) с различными климатическими переменными наиболее выражены со следующими параметрами: климатическими индексами NPGO, IPO, PDO, AD, первой модой ЭОФ колебаний значений PC1 разности испарение-осадки (E-P) и второй модой ЭОФ аномалии геопотенциала изобарической поверхности AT₅₀₀.

 

¹ Тихий океан. Гидрология Тихого океана / Отв. ред. А. Д. Добровольский. М. : Наука, 1968. 524 с.

² Climate change 2013 – The physical science basis: Working group I contribution to the fifth assessment report of the Intergovernmental panel on climate change / Eds. T. F. Stocker [et al.]. Cambridge, United Kingdom : Cambridge University Press, 2013. 1535 p.

About the authors

I. D. Rostov

V. I. Il’ichev Pacific Oceanological Institute, Far Eastern Branch of Russian Academy of Science

Author for correspondence.
Email: rostov@poi.dvo.ru
ORCID iD: 0000-0001-5081-7279
SPIN-code: 2239-0391

заведующий лабораторией информатики и мониторинга океана, кандидат географических наук

Russian Federation, Vladivostok

E. V. Dmitrieva

V. I. Il’ichev Pacific Oceanological Institute, Far Eastern Branch of Russian Academy of Science

Email: e_dmitrieva@poi.dvo.ru
ORCID iD: 0000-0002-0094-5296
SPIN-code: 6818-1898

старший научный сотрудник, лаборатория информатики и мониторинга океана, кандидат технических наук

Russian Federation, Vladivostok

References

Supplementary files