Прогностические модели Северной полярной шапки за период 1992-2040 гг. по данным спутниковой микроволновой радиометрии на основе алгоритма NASA Team 2

Анализ и прогноз климатических изменений на Земле в широком диапазоне пространственно-временных масштабов, несомненно, представляют собой фундаментальную научную проблему для мирового научного сообщества. Были предприняты теоретические и экспериментальные усилия по поиску дистанционного индикатора, который был бы в наибольшей степени чувствителен к глобальным климатическим вариациям. По мнению многих исследователей, таким индикатором может быть состояние Северной полярной шапки (СПШ), включая долговременную и краткосрочную эволюцию ее площади, структуры и возможные прогностические модели на ближайшие 20-25 лет (Иванов и др., 2013; Тихонов и др., 2016; Agarwal et al., 2012; Kapsch et al., 2013; Markus et al. 2009; Meier et al. 2014; Msadek et al., 2014; Spreen et al., 2008; Stroeve et al., 2014). В работе предпринимается попытка на основе нелинейного регрессионного анализа рассмотреть модель СПШ как сложную стохастическую систему. По данным многоканальных радиотепловых наблюдений, полученных со спутников программы DMSP - F08–F18, авторами накоплена многолетняя база данных (БД) GLOBAL-RT, постоянно обновляющаяся в отделе «Исследование Земли из космоса» ИКИ РАН (Ермаков и др., 2007). С использованием полярной версии этой БД были рассчитаны по алгоритму NASA Team 2 (NT2), широко используемому в зарубежной научной литературе (Тихонов и др., 2016), площади покрытия льдом Арктики для областей выше 60° с.ш. По анализу эволюции ледяного покрова СПШ за период 1992–2018 гг. были вычислены средние значения площади морского льда для максимального (февраль) и минимального (сентябрь) значения за текущий сезон. Были построены несколько вариантов аппроксимации временных зависимостей минимальной площади морского льда за указанный период и вычислены регрессионные зависимости для полиномов Чебышева различных степеней от первой (модель «линейного тренда») до шестой. Установлено, что используемая в подавляющем большинстве работ строго линейная регрессия с отрицательным временным градиентом (модель «линейного тренда») для минимального сентябрьского значения снежно-ледового покрытия СПШ должна применяться в строго ограниченных временных пределах - с 1996г. по 2014г. В то же время, квадратичная регрессия (нелинейная модель) может быть использована только в пределах с 2007г. по 2018г. На основе корреляционного анализа авторы показали, что временная эволюция снежно-ледового покрова Арктики за период 1992-2040 гг. относится к группе сложных стохастических систем, которые включают в себя, как детерминированные компоненты гармонического типа, так и случайные составляющие с временем корреляции меньше одного года и в рассматриваемых условиях представляющие, по–существу, модель «белого» шума.
Работа финансировалась в рамках темы «Мониторинг» (Государственное задание по теме фундаментального научного исследования, госрегистрация № 01.20.0.2.00164), также частично проектом РФФИ 18-05-00440-а «Неопределенность оценок климатических трендов водного эквивалента снега по спутниковым данным: роль стратиграфии снежного покрова».