Глобальная служба криосферы — информация о морском льде для науки и оперативной деятельности

Морской лёд является ключевым показателем изменения климата. В то же время изменения в параметрах морского льда влияют на доступ к полярным океанам и окружающим их морям и их ресурсам и являются важным фактором обеспечения безопасности судоходства в высоких широтах. Кроме того, изменения в морском ледяном покрове влияют на циркуляцию океана и погодные условия как на местном уровне, так и в средних и низких широтах.

Отбор проб морского льда и снега in situ вместе с скоординированными океанографическими, атмосферными и биогеохимическими наблюдениями обеспечивает ключевую информацию и места якорной стоянки для получения продукции на основе данных дистанционного зондирования, а также для калибровки и проверки результатов численного моделирования. (Фото: П. Хайль)

Глобальная служба криосферы (ГСК) ВМО обеспечивает целенаправленный подход к удовлетворению потребностей Членов и их партнёров в наблюдениях за криосферой как ключевым компонентом системы Земля. Через ГСК можно получить доступ к данным о криосфере и использовать их для удовлетворения информационных потребностей. На основе данных наблюдений in situ, спутниковых и самолётных наблюдений, а также расчётов c использованием моделей криосферы, имеющихся в ГСК, можно получить аналитические материалы и показатели с добавленной стоимостью для разработки продукции и обслуживания.

Морской лёд является высокоприоритетным направлением деятельности ГСК, с особым акцентом на обеспечение единообразия наблюдений за морским льдом во всех полярных регионах и на поддержание доступа к хорошо изученным данным о морском льде и спутниковой продукции, которые обеспечивают критически важный вклад в численное прогнозирование погоды, мониторинг климата и оперативную деятельность. Эта деятельность ГСК по морскому льду координируется с другими видами деятельности технических комиссий ВМО, имеющими отношение к океану. В 2020 году ГСК стала одним из координаторов деятельности Группы экспертов по наблюдениям за океаном с акцентом на физических переменных и климате (ГЭНОФК)¹, осуществляющей мониторинг важнейших океанических переменных (ВОкП) и важнейших климатических переменных (ВКлП) в интересах изучения морского льда.

Наблюдения за морским льдом являются непростым делом из-за масштабов, удалённого доступа, экстремальных условий для оперативной деятельности и высоких связанных с этим затрат. Деятельность по получению данных и их последующей оценке часто разбросана между исследовательскими, академическими и оперативными учреждениями. Кроме того, не полностью решены различные вопросы, связанные с наблюдениями за морским льдом, стандартизацией и использованием данных. Однако потребность в информации в режиме, близком к реальному времени, с увеличенным пространственным разрешением о концентрации морского льда, его толщине, давлении, стадии развития, наличии айсбергов и других параметрах растёт, что обусловлено необходимостью прогнозирования и принятия решений для поддержки судоходства, поисково-спасательных операций, а также в интересах изучения климата и предоставления экосистемных услуг в полярных регионах.

ГСК координирует три приоритетных направления деятельности, связанных с морским льдом:

1. Унификация и стандартизация протоколов наблюдений за морским льдом и отчётности.
2. Согласованное определение и распространение требований к наблюдениям по всем сферам оперативных и научных применений.
3. Содействие в описании производной спутниковой продукции по морскому льду и того, как её использование поддерживает конкретные применения.

Расходные дистанционно управляемые приборы на морском льду, внутри его и под ним, как показано на фото, предоставляют важную информацию о состоянии морского льда и его снежного покрова, а также о том, как он развивается и движется, реагируя на воздействие атмосферы и океана. (Фото: П. Хайль)

ГСК работает в тесном сотрудничестве с Целевой группой ВМО по полярным наблюдениям из космоса по третьему направлению. Все три направления увязаны с мероприятиями, запланированными в рамках Десятилетия науки об океане в интересах устойчивого развития ООН.

Стандартизированные протоколы наблюдений и отчётности необходимы для преодоления недостатка и раздробленности данных о морском льде как для Арктики, так и для Антарктики, а также для предоставления упорядоченных и хорошо описанных входных данных для разработки и проверки численных моделей и информационной продукции дистанционного зондирования. Это возможно благодаря сотрудничеству с другими программами, которым ГСК оказывает поддержку. К ним относятся программы в рамках Глобальной системы наблюдений за океаном (ГСНО), управляемые службами морского льда, и долгосрочные исследовательские программы, такие как «Процессы морского льда, экосистемы и климат Антарктиды» (АСПЕКТ), IceWatch, Сеть наблюдений за припайным льдом (АФИН), Международная программа по арктическим буям (МПАрБ) и Международная программа по антарктическим буям (МПАБ). АСПЕКТ — это группа экспертов по междисциплинарным исследованиям зоны морского льда Антарктики в рамках программы физических наук Научного комитета по антарктическим исследованиям (СКАР), которая координирует сбор данных с судов в Южном океане, калибровку данных и создание записей наблюдений. На основе использования программного обеспечения для стандартизации наблюдений за морским льдом в Арктике (АССИСТ) (Arctic Shipborne Sea Ice Standardization Tool (ASSIST)), разработанного в рамках проекта по климату и криосфере (КЛиК) Всемирной программы исследований климата (ВПИК), Норвежский метеорологический институт утвердил IceWatch для упорядочения и архивирования данных наблюдений за морским льдом, полученных в Северном полушарии. Наконец, АФИН — это сеть наблюдений за припайным льдом в Антарктике, занимающаяся получением данных наблюдений за прибрежным океаном, морским льдом и атмосферой.

Консолидация требований к наблюдениям за морским льдом является приоритетным направлением деятельности ГСК в контексте уравновешивания потребностей в мониторинге погоды и климата с потребностью в данных в режиме, близком к реальному времени (<24 часов) и с более высоким пространственным разрешением (сотни метров). В консолидированных требованиях должны быть отражены потребности для таких применений, как оперативный мониторинг морского льда, поисково-спасательные операции, а также для понимания и преодоления драматических последствий изменения климата для полярных экосистем, что также имеет отношение к продовольственной безопасности, в том числе для коренных народов.

Приборы для измерений in situ предоставляют данные с высоким пространственным и временным разрешением по ряду свойств морского льда, которые имеют решающее значение для понимания процессов, обусловливающих эволюцию морского льда и связывающих изменения свойств морского льда с дискретным воздействием. (Фото: Р. Стил)

Параллельно с этим документально подтверждённые требования к наблюдениям поддерживают развитие систем наблюдений в полярных регионах, где в значительной степени полагаются на спутниковые наблюдения. Цели спутниковых программ и их реализация зависят от участия сообществ пользователей в том, чтобы определить инвестиционные приоритеты, например определить, когда спутники приближаются к ожидаемому окончанию срока службы и их необходимо заменить. Одним из примеров является обращение за поддержкой, подписанное более чем 600 учёными из более чем 30 стран, чтобы устранить предполагаемый пробел в возможностях для радиолокационной альтиметрии в полярных районах. Этот и другие потенциальные пробелы, если они будут иметь место на практике, создадут значительные разрывы в долгосрочных рядах данных об изменении толщины морского льда (и ледяного покрова) в переломный момент времени, когда непрерывность мониторинга климата имеет важное значение для мониторинга прогресса в рамках Парижского соглашения Рамочной конвенции Организации Объединённых Наций об изменении климата. Это подчёркивает важность роли ВМО в содействии выявлению потребностей пользователей и критических пробелов для обоснования решений о приоритетах спутниковых программ, цели которых варьируются от прогнозирования погоды и состояния океана, мониторинга состояния океана, льда и волнения для безопасности судоходства в полярных регионах до обеспечения непрерывности климатических данных.

Единообразие продукции на основе наблюдений, получаемой в рамках различных спутниковых программ, и их соответствие потребностям пользователей имеют критически важное значение. В связи с этим и на основе консультаций с международным сообществом ГСК инициировала взаимное сравнение спутниковой продукции, касающейся толщины морского льда и высоты снежного покрова на морском льду. Толщина льда позволяет получить комплексную оценку изменений в энергетическом балансе, в то время как снег на морском льду добавляет ключевой изолирующий слой. Если этот слой имеет достаточную толщину, например в Антарктике, то он может способствовать увеличению объёма морского льда за счёт образования снежного льда. Эти параметры имеют критически важное значение для прогнозирования и судоходства навигации в полярных водах, поскольку толщина морского льда ограничивает использование судов определённого ледового класса, а склеивающий эффект снежного покрова снижает эффективность работы ледоколов. Несмотря на то, что для оценки толщины морского льда на основе ряда спутниковых наблюдений доступен широкий спектр методов извлечения данных, оценка толщины снежного покрова морского льда остаётся сложной задачей (IPCC, SROCC, 2019). Ожидается, что взаимное сравнение предоставит рекомендации относительно будущих космических программ для устранения признанных пробелов. ГСК обеспечит научное руководство проектом. В специальном докладе МГЭИК об океане и криосфере в условиях изменяющегося климата за 2019 год документально закреплена необходимость скоординированного и целостного подхода к наблюдению и исследованию изменений в параметрах морского льда. В докладе отмечены сохраняющиеся «критические пробелы в знаниях о взаимодействиях между атмосферой и конкретными элементами полярного океана и криосферы». Далее сказано, что эти пробелы «… ограничивают понимание текущих и будущих векторов развития полярных регионов и их климатических систем». ГСК имеет хорошие возможности для поддержки и эффективной координации проектов с целью устранения этих пробелов и для содействия проведению последующего анализа данных и публикации данных и результатов.

Неуклонное сокращение протяжённости морского льда в Арктике (a) и Антарктике (b) за более чем 40 лет сбора спутниковых данных. На изображении показаны уровни (1: самый низкий, 43: самый высокий) среднемесячной протяжённости морского льда в Арктике и Антарктике соответственно. Строки/столбцы отображают годы/месяцы, а цвета меняются от синего (самый высокий) до красного (самый низкий). (На основе данных EUMETSAT OSI SAF и материалов НИОКР ESA CCI (любезно предоставлено Т. Лавергном (Норвегия)).

В специальном докладе МГЭИК об океане и криосфере в условиях изменяющегося климата за 2019 год документально закреплена необходимость скоординированного и целостного подхода к наблюдению и исследованию изменений в параметрах морского льда. В докладе отмечены сохраняющиеся «критические пробелы в знаниях о взаимодействиях между атмосферой и конкретными элементами полярного океана и криосферы». Далее сказано, что эти пробелы «… ограничивают понимание текущих и будущих векторов развития полярных регионов и их климатических систем». ГСК имеет хорошие возможности для поддержки и эффективной координации проектов с целью устранения этих пробелов и для содействия проведению последующего анализа данных и публикации данных и результатов.