Прогнозирование и последствия изменения площади льда в Арктике

Арктика является экономически привлекательной территорией для многих стран. Можно выделить два основных направления интересов: обеспечение выгодного судоходства на Северном морском пути (СМП) и изучение ледового режима морей в Арктике. Изучить последний вопрос очень важно, так как в течение 7-8 месяцев в году арктические моря сибирского шельфа покрыты сплоченными льдами. В то же время – моря приатлантического сектора Арктики не покрываются льдом даже в самые суровые зимы. Наибольшую ценность информация о льдах приобрела также за счет связи с задачами мониторинга климата, а также оценки последствий его изменения. Исходя из вышеизложенного, прогнозирование характеристик льда Арктических морей актуально на сегодняшний день. [1]

Развитие российской Арктики необходимо во многом потому, что в этом регионе сосредоточены основные запасы ряда важнейших природных ископаемых. Но воздействие дрейфующего льда арктических морей на добывающие сооружения и транспортирующие средства создает серьёзные трудности. Из-за затруднений СМП используется не круглый год – плавания транспортных судов на большей части трассы в настоящее время осуществляется только в летний и осенний периоды года и только на юго-западе Карского моря - круглый год. Именно поэтому важно понимать, что будет происходит с площадью льдов в ближайшие периоды времени. При этом рассматриваются два противоположных мнения – льды Арктики тают и льды входят в «холодный цикл». [1]

Исследуем показатель ледовитости на основе адаптивных методов, которые являются одним из современных направлений статистического анализа и прогнозирования временных рядов. Инструмент прогноза при адаптивном методе – модель, начальная оценка параметров которой основывается на данных исходного временного ряда. На основе новых данных, получаемых на каждом следующем шаге, проходит корректировка параметров модели во времени, а также их адаптация к новым, непрерывно меняющимся условиям развития явления. Таким образом, модель постоянно «впитывает» в себя новую информацию, а после этого приспосабливается к ней. Адаптивные методы предназначены для краткосрочного прогнозирования.

Исследуемый показатель, ледовитость, определяет площадь льдов, покрывающих акваторию моря или его области не зависимо от сплоченности. Расчет ледовитости и площади ледяных массивов определяется ежедекадно (каждые 10 дней), начиная с 1940 года.

С учетом всех данных наблюдений создан столетний ряд данных для середины летнего периода, который используется для оценки климатических изменений площади льдов арктических морях сибирского шельфа (Карское, Чукотское). [1]

Надо отметить, что климат Арктики не постоянен, охарактеризовать его можно наличием отрицательного линейного тренда. На его фоне и происходили циклические колебания, которые продолжались 60, 20 и 10 лет. В морях запада Арктики (Гренландское, Баренцево, Карское) наблюдался отрицательный линейный тренд ледовитости. На его фоне происходили долговременные колебания. Основным циклом здесь был – 60-летний. На морях востока Арктики (Лаптевых, Восточно-Сибирском, Чукотском) тренда не наблюдалось, колебания суммарной ледовитости до 2000 года проходили около среднего значения. В данном регионе происходит межгодовая изменчивость и 60-летний цикл выражен гораздо меньше. [1]

Рисунок 1 – Динамика ледовитости Арктики (февраль 1979- 2014 гг.)

Анализ рисунка 1 подтверждает наличие тенденции к уменьшению величины площади льдов (ежегодное уменьшение составляет примерно на 46100 квадратных километров). [2] Для вычисления прогнозного значения рассматриваемого показателя на последующие периоды адаптивными методами построены различные модели временного ряда и на основе проведенной проверки на адекватность и точность отобрана лучшая модель (Таблица 1)

Таблица 1 – Адекватность моделей

По лучшей из построенных моделей – методу гармонических весов, составим точечный и интервальный прогнозы ледовитости Арктических морей на 2015 и 2016 года.

15,3

14,8

14,3

1984       1989       1994       1999       2004       2009       2014

—♦—Исходный ряд

Меюд гармонических весов t Точечный прогноз

—— Интервальный прогноз

Рисунок 2 – Прогноз ледовитости на 2015-2016 года

По данному прогнозу можно судить, что в ближайшее время площадь льдов продолжит сокращаться на примерно 500 000 км2. Однако важно помнить, что адаптивные модели дают только краткосрочный прогноз – на 1-2 года.