On a relation between shrinking of sea ice coverage and climate warming in the marine Arctic

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Arctic amplification (AA) of the climate warming is understood as the excess of the surface air temperature rise in the Arctic over the same process in the non-Arctic latitudes, and it is a fundamental characteristic of the climate during periods of warming. The positive feedback between albedo and shrinking of the sea ice coverage has been identified as the first possible cause of AA. The article presents quantitative estimates of the relationship between the summer decrease and autumn-winter restoration of the ice coverage with the rise of the surface air temperature in the marine Arctic based on data of observations. The mean monthly values of the temperature in the marine Arctic and the mean monthly values of areas covered by the sea ice in the Arctic Ocean and the Arctic seas for the period 1989–2020 were used. It has been found that the observed warming and the decrease of the ice coverage are accompanied by a growth of inter-monthly changes in the coverage and the same in the air temperature. Negative trends in increments of the ice coverage in May–July is indicative of a long-term growth in inter-monthly shrinkage of the ice coverage due to increasing melting, while negative trends in increments of the temperature in the same months is suggestive of a slowdown in the temperature rise from month to month, presumably due to the increasing heat consumption for the snow and ice melting and the water heating. The positive correlation confirms the relation between growing negative inter-monthly differences in the ice coverage and decreasing positive differences in the air temperature during these months. Based on that we determined a sensitivity of the inter-monthly increments of the temperature to the increments of the ice coverage, which was used to estimate the weakening of the positive air temperature trend in May–July over the Arctic Ocean and over the seas of the Northern Sea Route (NSR). Estimating of the relationship between month-to-month changes in temperature and ice coverage in the autumn-winter months meet difficulties due to the strong influence of external heat influx. Only in November and January a slowdown in the air temperature drop from October to November and from December to January had been revealed, with a positive trend in the ice coverage increments.

Full Text

Restricted Access

About the authors

G. V. Alekseev

Arctic and Antarctic Research Institute

Author for correspondence.
Email: alexgv@aari.ru
Russian Federation, Saint Petersburg

N. E. Kharlanenkova

Arctic and Antarctic Research Institute

Email: alexgv@aari.ru
Russian Federation, Saint Petersburg

References

  1. Alekseev G. V., Podgorny I. A., Svyashchennikov P. N. Advective-radiative climate oscillations. Doklady Akademii Nauk SSSR. Reports of the USSR Academy of Sciences. 1990, 315 (4): 824–827 [In Russian].
  2. Bajdin A. V., Meleshko V. P. Response of the atmosphere at high and middle latitudes to the reduction of sea ice area and the rise of sea surface temperature. Meteorologiya i gidrologiya. Meteorology and Hydrology. 2014, 6: 5–8 [In Russian].
  3. Vize V. Yu. Fundamentals of long-term ice forecasts for the Arctic seas. Moscow: Glavsevmorput, 1944: 273 p. [In Russian].
  4. Gudkovich Z. M., Kirillov A. A., Kovalev E. G. Fundamentals of long-term ice forecasts for the Arctic seas. Leningrad: Hydrometeoizdat, 1972: 348 p. [In Russian].
  5. Mohov I. I. Modern climate changes in the Arctic. Vestnik Rossijskoj Akademii Nauk. Bulletin of the Russian Academy of Sciences. 2015, 85 (5–6): 478–484 [in Russian].
  6. Alexeev V. A., Langen P. L., Bates J. R. Polar amplification of surface warming on an aquaplanet in “ghost forcing” experiments without sea ice feedbacks. Climate Dynamics. 2005, 24: 655–666. https://doi.org/10.1007/s00382–005–0018–3
  7. Bekryaev R. V., Polyakov I. V., Alexeev V. A. Role of polar amplification in long-term surface air temperature variations and modern arctic warming. Journ. of Climate. 2010, 23 (14): 3888–3906. https://doi.org/ 10.1175/2010JCLI3297.1
  8. Budyko M. I. The effect of solar radiation variations on the climate of the Earth. Tellus. 1969, 212: 611–619.
  9. Cai Q., Wang J., Beletsky D., Overland J., Ikeda M., Wan L. Accelerated decline of summer Arctic sea ice during 1850–2017 and the amplified Arctic warming during the recent decades. Environ. Research Letters. 2021, 16 (3): 34015. https://doi.org/10.1088/1748-9326/abdb5f
  10. Carton J. A., Ding Y., Arrigo K. R. The seasonal cycle of the Arctic Ocean under climate change. Geophys. Research Letters. 2015, 42 (18): 7681–7686. https://doi.org/10.1002/2015GL064514
  11. Dai H. Roles of surface albedo. surface temperature and carbon dioxide in the seasonal variation of Arctic amplification. Geophys. Research Letters. 2021, 48 (4): e2020GL090301. https://doi.org/10.1029/2020GL090301
  12. Graversen R. G., Wang M. Polar amplification in a coupled climate model with locked albedo. Climate Dynamics. 2009, 33: 629–643.
  13. Henderson G. R., Barrett B. S., Wachowicz L. J., Mattingly K. S., Preece J. R., Mote T. L. Local and Remote Atmospheric Circulation Drivers of Arctic Change: A Review. Front. Earth Science. 2021: 9. https://doi.org/ 10.3389/feart.2021.709896
  14. Holland M. M., Bitz C. M. Polar amplification of climate change in coupled models. Climate Dynamics. 2003, 21: 221–232. https://doi.org/10.1007/s00382-003-0332-6
  15. Hwang J., Choi. Y-S., Kim W., Su H., Jiang J. Observational estimation of radiative feedback to surface air temperature over Northern High Latitudes. Climate Dynamics. 2018, 50: 615–628. https://doi.org/10.1007/s00382–017–362
  16. IPCC: Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge: Cambridge University Press, 2013: 1535 p.
  17. Latonin M. M., Bashmachnikov I. L., Bobylev L. P. Bjerknes compensation mechanism as a possible trigger of the low-frequency variability of Arctic amplification. Russian Journ. of Earth Sciences. 2022, 22 (6): ES6001. https://doi.org/10.2205/2022ES000820
  18. Miller G. H., Alley R. B., Brigham-Grette J., Fitzpatrick J. J., Polyak L., Serreze M. C., White J. W. C. Arctic amplification: Can the past constrain the future? Quaternary Science Review. 2010, 29 (15–16): 1779–1790. https://doi.org/ 10.1016/j.quascirev.2010.02.008
  19. Previdi M., Smith K. L., Polvani L. M. Arctic amplification of climate change: a review of underlying mechanisms. Environ. Reseach Letters. 2021, 16 (9): 93003. https://doi.org/10.1088/1748–9326/ac1c29
  20. Screen J. A., Simmonds I. The central role of diminishing sea ice in recent Arctic temperature amplification. Nature. 2010, 464 (7293): 1334–1337. https://doi.org/10.1038/nature09051
  21. Sellers W. D. A global climatic model based on energy balance of the Earth-atmosphere system. Journ. of Applied Meteorology. 1969, 8: 392–400. https://doi.org/10.1175/1520-0450(1969)008<0392: AGCMBO>2.0.CO;2
  22. Serreze M. C., Barry R. G. Processes and impacts of Arctic amplification: A research synthesis. Global Planetary Change. 2011, 77: 85–96. https://doi.org/10.1016/j.gloplacha.2011.03.004
  23. Serreze M. C., Francis J. A. The arctic amplification debate. Climate Change. 2006, 76: 241–264. https://doi.org/10.1007/s10584-005-9017-y
  24. Winton M. Amplified Arctic climate change: What does surface albedo feedback have to do with it? Geophys. Research Letters. 2006, 33 (3): 1–4. https://doi.org/10.1029/2005GL025244
  25. Zhang R., Wang H., Fu Q., Pendergrass A. G., Wang M., Yang Y., Ma P-L., Rasch P. J. Local Radiative Feedbacks Over the Arctic Based on Observed Short-Term Climate Variations. Geophys. Research Lettres. 2018, 45 (11): 5761–5770. https://doi.org/10.1029/2018GL077852

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Fig. 1. Meteorological stations on the islands and coast of the Arctic Ocean and the Arctic seas of the Northern Sea Route: in the Arctic Ocean (а); in the Arctic seas of the Northern Sea Route (б). The dots are stations; blue line — the boundary of the largest winter extent of sea ice in the Arctic.

Download (346KB)
3. Fig. 2. Trend coefficients in average monthly air temperature (a) and ice coverage (б) in the maritime Arctic: 1 — Arctic Ocean; 2 — seas of the Northern Sea Route (3 — Kara, 4 — Laptev, 5 — East Siberian, 6 — Chukchi).

Download (185KB)
4. Fig. 3. Correlation coefficients between differences from month to month of ice coverage and air temperature in the Arctic Ocean and the seas of the Northern Sea Route: 1 — Arctic Ocean; 2 — seas of the Northern Sea Route.

Download (154KB)
5. Fig. 4. Characteristics of air temperature variability over the water areas of the seas of the NSR according to the EPA5 reanalysis and the correlation between increments of temperature and ice coverage for comparison with calculations using temperature at meteorological stations: a — correlation coefficients between average temperatures; б — trend coefficients of intermonthly temperature increments according to EPA5; в ‒ correlation coefficients between temperature increments according to EPA5 and ice cover.

Download (604KB)

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».