Для большинства антарктических станций тренды приземной температуры малы и, как правило, статистически незначимы. Поэтому в настоящий момент нельзя определенно сказать, что характерно для Антарктиды в целом – потепление или похолодание. Наблюдаемые изменения приземной температуры находятся в пределах естественной климатической изменчивости.

Оценки трендов приземной температуры воздуха показывают, что на большинстве прибрежных антарктических станций наибольшее потепление происходит зимой (за исключением станции Эсперанса). В этот сезон механизмы обратной связи «атмосфера – морской лед» наиболее эффективны, т. е. даже небольшое сокращение морского ледяного покрова приводит к формированию тепловых аномалий в атмосфере. По данным спутниковых наблюдений за сплоченностью морского льда (см., например, http://www.aari.aq), начатых в середине 1970-х годов, суммарная площадь морского льда увеличилась за этот период, за исключением района моря Беллинсгаузена, на 4–10 %.

Большинство континентальных полярных станций за период 1961–1990 гг. характеризуются большей тенденцией потепления или меньшим трендом похолодания по сравнению с периодом 1971–2000 гг. Это обусловлено более суровыми ледовыми условиями в 1960-х годах, когда количество холодных лет было особенно велико (см., например, рис. 3).

Рис. 3. Распределение средних годовых значений температуры воздуха на станциях Новолазаревская (а) и Мирный (б) за период инструментальных наблюдений по убыванию величины. Заштрихованы значения последнего десятилетия

В Центральной Антарктиде есть только две станции, имеющие длительные ряды наблюдений, что не дает возможности сделать окончательное заключение об изменениях климата в этой обширной области. Наблюдения на станции Восток не показывают статистически значимых изменений за период более 50 лет. Данные станции Амундсен-Скотт демонстрируют похолодание во все сезоны, скорость которого уменьшилась в последнее десятилетие (см. рис. 4, 5). Временной ряд станции Амундсен-Скотт является неоднородным из-за переноса метеоплощадки в декабре 1974 г., поэтому ряд наблюдений на Южном полюсе нуждается в специальном исследовании.

Рис. 4. Распределение средних годовых значений температуры воздуха на станции Амундсен-Скотт (а) и Восток (б) за период инструментальных наблюдений по убыванию величины

Рис. 5. Межгодовые изменения средних годовых значений приземной температуры воздуха на российских антарктических станциях (°С) за период 1957–2008 гг. – а) и внутригодовые изменения приземной температуры воздуха на российских антарктических станциях за период МПГ 2007–2009 гг. – б)

Оценки годовых и сезонных трендов атмосферного давления демонстрируют падение давления на уровне моря (приземного давления на внутриконтинентальных станциях) за период инструментальных наблюдений, кроме островной субантарктической станции Оркадас (см. рис. 1, б). Падение давления характерно для всех секторов Антарктики, а наибольшие отрицательные статистически значимые значения зафиксированы на станциях Молодежная и Мирный. Рост циклоничности над островом Кинг Джордж (Ватерлоо) подтверждается заметным падением давления на станции Беллинсгаузен (–0,6 гПа/десятилетие).

Оценки трендов скорости приземного ветра на большинстве антарктических станций, имеющих представительные однородные ряды наблюдений, показали увеличение скорости ветра за период наблюдений. Уменьшение скорости ветра наблюдается на береговых станциях Мирный и Халли. Рост скорости ветра на большинстве станций соответствует изменению индекса Южного колебания за последние десятилетия и увеличению повторяемости мощных циклонов.

Одним из регионов Антарктики, где зарегистрированы изменения климата, является район Антарктического полуострова. Длина климатических рядов здесь превышает 50 лет, и за этот период среднегодовая температура выросла здесь почти на 3 °С, что намного превышает аналогичные величины для других районов Южного полушария. Установлена связь региональных климатических условий с изменениями, происходящими в тропической части Тихого океана, например, связанных с явлением Эль-Ниньо – Южное колебание. Указанные «телесвязи» ответственны за формирование значительной короткопериодной изменчивости климата. Анализ данных проекта МПГ COMPASS позволил количественно показать доминирующую роль крупномасштабных атмосферных процессов (Антарктической моды) в поддержании выраженного очага потепления как в приземном слое, так и в свободной атмосфере (Lagun et al., 2009). Статистический анализ ключевых параметров климата в районе Антарктического полуострова показал необходимость расчета параметров климатической изменчивости на основе срочных данных для учета вклада процессов различного масштаба, например, внутримесячной изменчивости, для определения возможных причин текущих климатических изменений.

Из анализа распределения ранга теплых лет для станций, расположенных в различных частях Антарктики, следует, что последнее десятилетие, включающее период МПГ, является наиболее теплым для станций, характеризующихся выраженной тенденцией к потеплению (ср. данные таблицы 1 и рис. 3, 4, 6). Этот вывод совпадает с оценками изменения средней глобальной температуры (http://www.ncdc.noaa.gov/), согласно которым период 2001–2008 гг. был самым теплым на планете за все 130 лет инструментальных наблюдений (1880–2009 гг.).

Рис. 6. Распределение средних годовых значений температуры воздуха на станциях Беллинсгаузен (а) и Фарадей (б) за период инструментальных наблюдений по убыванию величины

Климатический режим свободной атмосферы Южной полярной области характеризуется рядом специфических особенностей по сравнению с состоянием тропосферы и стратосферы других климатических зон. К таким особенностям относятся мощные весенние стратосферные потепления, уникальный динамический режим мощного циркумполярного вихря, максимальные на планете запасы доступной потенциальной энергии, особые условия радиационного энергообмена и физико-химических превращений в атмосфере. Тогда как нижняя атмосфера нагревается в ответ на увеличение концентрации парниковых газов, верхняя атмосфера выхолаживается в условиях сокращения общего содержания озона в атмосфере и вышеуказанного роста содержания парниковых газов (Marshall, Lagun, Lachlan-Cope, 2002, Jagovkina, Lagun, 2004).

Рис. 7. Межгодовые изменения средних годовых значений температуры воздуха (°С) на уровнях 500 гПа (а) и 100 гПа (б) на российских антарктических станциях за период 1957–2009 гг.

Основными источниками данных (таблица 2) о состоянии свободной атмосферы над Антарктидой в ГИС «Антарктика» являются (по степени уменьшения приоритета):

• фонды ААНИИ (после преобразования данных в электронную форму и выполнения контроля качества данных) за период 1956–2009 гг., http://www.aari.aq;

• архив АЭРОСТАБ, подготовленный во ВНИИГМИ-МЦД, за период 1978–2009 гг.;

• национальные архивы стран-операторов в Антарктике;

• данные, распространяемые по глобальной телекоммуникационной сети (GTS) в виде телеграмм, за период 1973–2009 гг.;

• исчерпывающий архив аэрологических данных CARDS (Comprehensive Aerological Reference Data Set, США);

• архив средних месячных значений аэрологических данных MONADS (MONthly Aerological Data Set), подготовленный во ВНИИГМИ-МЦД на основе архива CARDS.

Таблица 2. Список антарктических аэрологических станций, данные которых включены в базу данных проекта МПГ COMPASS

Детальный анализ исторических аэрологических данных в Антарктике и информации, собранной в период МПГ, позволил установить (Turner at al., 2006), что в Южной полярной области происходит крупнейшее на планете региональное потепление в средней тропосфере (см. рис. 7). Обработка этих данных показала (Turner at al., 2006), что в последние три десятилетия наибольшее на планете потепление в средней тропосфере (на уровне 500 гПа) наблюдается над Южной полярной областью и составляет 0,006 ± 0,001 °С/год. Причины такого потепления в настоящее время неясны.

Данные рис. 8 и результаты расчета оценок сезонных трендов (Алдухов и др., 2006) показывают, что потепление в верхней тропосфере над станцией Беллинсгаузен за тридцатилетний период 1969–1999 гг. является крупнейшим на планете. Последнее обстоятельство является важным аргументом в пользу восстановления программы регулярного аэрологического зондирования на станции Беллинсгаузен в самое ближайшее время, поскольку изучение указанного феномена может открыть путь к пониманию действительных причин наблюдаемых глобальных климатических изменений.

Рис. 8. Изменение с высотой линейного тренда среднегодовых значений температуры воздуха над станцией Беллинсгаузен за период 1969–1999 гг.

В результате выполнения проекта МПГ COMPASS создана многопользовательская база метеорологических и аэрологических данных антарктических станций, которые впервые стали доступны для антарктического сообщества. Указанные данные, прошедшие процедуру контроля качества, используются для обеспечения транспортных операций в Южной полярной области, заложены в предпроектные предложения по строительству нового морского флагмана Российской антарктической экспедиции, использованы при проектировании строительства сооружений, ветроэнергетических установок и аэродромов в Антарктиде, а также использованы для совершенствования региональных моделей прогноза погоды и составления международного руководства по метеорологическим прогнозам в Антарктике.

Изменения на Антарктическом полуострове: проекты CLICOPEN и ANTPAS

Район Антарктического полуострова характеризуется изменением параметров облачности. Здесь отмечен заметный рост количества облаков (суммарной и нижней облачности (см. (Chernykh, Alduchov, 2005, Данилов, Лагун, 2009) и http://www.aari.aq), уменьшение высоты нижней границы облачности, рост числа облачных слоев (Aldukhov, Lagun, Chernykh, 2003) увеличение влажности воздуха и температуры поверхности грунта. Эти процессы привели в последние десятилетия к сокращению местного покровного оледенения, морского льда, периода ледостава и, как следствие, к вымыванию осадочных пород, изменению солености и содержания растворенного кислорода в морской воде, распаду шельфовых ледников (например, Larsen B), росту повторяемости айсбергов и деградации вечной мерзлоты. При этом приспособление местных морских и береговых экосистем к новым абиотическим и биотическим условиям проявилось в изменении видового состава, пищевых цепей и структуры биологических сообществ. Потепление в районе Антарктического полуострова способствует также росту периода жизнедеятельности экосистем из-за повышения доступности влаги на вновь освобождаемых ото льда территориях, увеличения продолжительности экспозиции грунтов. Количественное изучение всех вышеназванных процессов стало задачей междисциплинарного кластера МПГ CLICOPEN (impact of CLImate induced glacial melting on marine and terrestric COastal communities on a gradient along the Western Antarctic PENinsula, http://classic.ipy.org/development/eoi/), объединившего 40 инициативных проектов из 15 стран на 14 антарктических станциях.

Российская часть кластера проектов МПГ CLICOPEN заключалась в создании исчерпывающего набора климатической информации для обеспечения гидробиологических и ботанических исследований в районе Антарктического полуострова, в восстановлении регулярных прибрежных гидрологических измерений, в изучении сезонной и межгодовой динамики растительных и биологических сообществ в условиях локального потепления, в оценке современного уровня биологически активной ультрафиолетовой радиации в регионе.

В период МПГ на станции Беллинсгаузен восстановлены стандартные гидрологические наблюдения, прерванные в 1987 году. Изучен поверхностный распресненный слой морской воды, формирующийся благодаря процессам таяния/замерзания ледяного покрова в период ледообразования в районе острова Кинг Джордж (Ватерлоо). Локальное потепление привело к значительному сокращению периода ледостава и средней толщины морского льда в бухте Ардли. Для изучения сезонной динамики снежного покрова использована круглогодичная фотофиксация снеговой линии, ранее испытанная на острове Дисепшен (Smith et al., 2003), а также морского ледяного покрова. Аналогичные ледовые наблюдения по согласованной программе проводятся в заливе Адмиралти немецкими учеными на станции Джубани. Указанные прибрежные ледовые наблюдения позволяют количественно оценить влияние потепления на динамику морского льда в зоне контакта ледяных массивов, сформированных на акватории Тихого и Атлантического океанов.

Начаты систематические исследования сезонной динамики мезопланктона в бухте Ардли, изучение фито-, бактерио– и микрозоопланктона береговой зоны, а также пресноводного планктона в озере Китеж на острове Кинг Джордж.