Северный Ледовитый океан располагается в приполюсных широтах, где в атмосферу в среднем за год уходит больше тепла, чем приходит. Этим обусловлены и объясняются многие особенности и характеристики его гидрологического режима. В июле на 80° с. ш. на поверхность поступает около 31 ккал/см2 в месяц. Но значительная часть этой энергии теряется вследствие большой отражательной способности снега и льда. Альбедо морских льдов и снега — 80-85%, т. е. его роль в формировании радиационного баланса чрезвычайно велика.
По расчетным данным и непосредственным измерениям годовой радиационный баланс Центральной Арктики положительный и колеблется от 2 ккал/см2 до величин, близких к 0. В зимнее время остывшие нижние слои приземного слоя воздуха получают немного тепла от атлантических вод, температура которых подо льдом достаточно высокая по сравнению с другими слоями воды. Весной и летом к понижению температуры воздуха ведет огромная затрата тепла на таяние снега и льда.
Особенности климата Северного Ледовитого океана
Формирование климата Арктического бассейна связано с взаимодействием барических центров, образующихся как над океаном, так и над соседними участками суши.
В Арктическом регионе взаимодействуют четыре центра повышенного давления. В центре бассейна располагается обширный постоянный максимум, границей которого служит арктический фронт (приблизительно на 70° с. ш.). С сентября по март формируются Азиате кий и Североамериканский максимумы. И наконец, в течение всего года над ледяным куполом Гренландии функционирует Гренландский максимум. Над океанами в зимнее полугодие активны Исландский минимум и играющий местную роль для Северного Ледовитого океана Алеутский минимум Тихого океана. В северо-восточном направлении развивается Исландско-Карская ложбина, к зиме она достигает Восточносибирского моря. По оси ложбины проходит арктический фронт, вдоль которого происходит активное движение циклонов. Его влияние сказывается на климате восточной части Чукотского моря, иногда циклоны прорываются в Центральную Арктику, играя некоторую роль в питании ледников западных окраин Канадского Арктического архипелага. В прибрежных районах материков и в Гренландии наблюдается муссонный характер ветров.
Арктический климат наиболее ярко проявляется во время полярной ночи, продолжающейся в разных частях океана от нескольких суток до полугода (на полюсе). В это время не поступает солнечное тепло, остается только атмосферная радиация адвективного происхождения. Полярной ночью отмечаются самые низкие температуры в приземных слоях атмосферы (ниже —30°С). Усиливается выхолаживание огромной поверхности замерзшего океана вследствие излучения.
Хотя полярным днем незаходящее солнце и поставляет на Землю большое количество лучистой энергии (за месяц больше, чем на экваторе), но велико альбедо, достигающее 90—95%. Значительная часть тепла уходит на таяние снега и льда, поэтому температура приземного слоя воздуха едва превышает 0°С. Необходимо отметить, что того количества тепла, которое получает Северный Ледовитый океан за полярный день, вполне достаточно, чтобы растопить все льды и снега, если бы поверхность океана была черного цвета, поглощающего радиацию. В летнее время интенсивно протекают процессы испарения и образования облаков. Зимой все прекращается. Океан отдает тепло, хотя и небольшое, атмосфере.
В целом климат океана можно охарактеризовать как суровый с продолжительной зимой, сильными ветрами, малой суммой осадков, но частыми туманами, метелями, вечными льдами, со среднегодовой температурой ниже 0°С.
Преобладающая скорость ветров — 4-9 м/с. Облачность летом — более 7 баллов, зимой — 4-9 баллов. Годовая сумма осадков редко где превышает 200 мм. Значительная часть последних приходится на иней, изморозь, ледяной налет, что связано с низкими температурами и высокой относительной влажностью воздуха (70% и более). Характерную особенность климата Арктики отмечал В. Ю. Визе: наибольшие суточные амплитуды температур наблюдаются весной — в апреле, в переходное время от полярной ночи к полярному дню, при минимальной облачности и очень слабых ветрах. Для ледово-морской (центральной) части характерны почти полное отсутствие положительных среднесуточных температур, однородность летних (июль-август) температур и отсутствие ярко выраженного среднемесячного зимнего минимума. Абсолютный минимум температур не достигает —50°С.
Физико-химические свойства вод
В целом для вод Северного Ледовитого океана характерны низкие температуры и пониженная соленость.
Распреснение поверхностных вод океана происходит в теплое полугодие, и к концу лета соленость достигает 30—31%о. Несколько больше — до 33%о она в приатлантических водах Гренландского моря. В арктических морях, где лед почти полностью тает и поступает много пресной воды с континентов, соленость уменьшается до 10%о. За пределами квазистационарного слоя (50-55 м, а летом даже 20-30 м) значения солености быстро повышаются и на глубине 150-200 м уже достигают 33—34%о.
Температура поверхностных вод имеет сезонный ход. Зимой она подо льдом близка к температуре замерзания соленой воды. Летом повышается на 0,1-0,2°С в первую очередь за счет поглощения лучистой энергии разводьями.
Нулевая изотерма проходит вдоль кромки льда, на свободных ото льда акваториях вода прогревается до положительных величин. Температура вод теснейшим образом связана и с их динамикой. По мере продвижения в сторону Атлантического океана воды трансформируются. В Североевропейский бассейн они поступают как холодное Восточно-Гренландское течение. Аналогичные воды формируются в Гренландском и Баффиновом морях. Большую роль в температурном режиме Арктического бассейна играют теплые воды Атлантики. Они широкой полосой поступают в Северный Ледовитый океан. В Датском проливе струи течения Ирмингера сливаются с водами южно-норвежского циклонического круговорота и частично выходят между Фарерскими о-вами и Исландией. Норвежское течение приносит воды в Норвежское море и далее в Арктический бассейн, причем температура вод (в Фареро-Шетландском проливе) меняется от 10-14°С на поверхности до 0°С на глубине 600-800 м. Сезонная амплитуда температур, затухающая к 200 м глубины, составляет 5°С. Теплые воды течений в высоких широтах имеют большую площадь соприкосновения с холодной атмосферой, в результате чего происходит огромная отдача тепла в воздух.
Определенную роль в гидрологическом режиме Ледовитого океана играют беринговоморские (тихоокеанские) воды, имеющие в свойствах четко выраженную сезонность. Распресненные и теплые воды поступают через пролив летом. В среднем за год через Берингов пролив поступает 36 тыс. км3 тихоокеанских вод, что в 6 раз меньше, чем атлантических.
Придонные воды, происхождение которых до сих пор точно не установлено, занимают основную часть объема океана. Существует предположение, что придонные воды Североевропейского бассейна — результат смешивания вод атлантических и собственно арктических. Арктический бассейн (восточная часть) имеет промежуточные воды между атлантическими и тихоокеанскими.
Льды
Постоянный ледяной покров сохраняется на 2/3 поверхности Северного Ледовитого океана. Это его характерная особенность.
Многолетний паковый лед толщиной 3—5 м занимает весь Арктический бассейн. Вдоль берегов континентов формируется припай шириной до 600-700 км. Объем этих льдов составляет около 10 млн. км3. Морские льды представляют гигантскую линзу, в центре которой толщина льда равна 3-5 м, а к периферии уменьшается до 1,5-2 метров. Ледяной покров состоит из множества мелких ледяных полей, которые постоянно перемещаются под воздействием циркуляции воздушных масс и течений. Это приводит к ломке ледяных полей, изменению границ льдов. В Северном Ледовитом океане есть и донный лед у берегов Шпицбергена, Гренландии, в его центральной части, что отмечали Ф. Нансен, О. Свердруп и другие полярные исследователи. У берегов Северной Гренландии встречаются неподвижные льды. Подвижные (дрейфующие) льды не связаны с берегом, они покорны ветрам и течениям. Ледяные поля имеют различные размеры. Более 10 км в поперечнике называют гигантскими. К дрейфующим льдам с устойчивым положением относятся ледяные массивы (ледяные поля): Карский, Северный, Новоземельский, Таймырский, Айонский. Они очень затрудняют работу морского транспорта. Так, например, в октябре 1983 г. Айонский ледяной массив полностью прервал навигацию между о-вом Врангеля и портом Певек. Менее устойчивы однолетние дрейфующие льды, образующиеся между паком и припаем. Летом, как правило, они разрушаются и образуют обширные полыньи. Существует Великая Сибирская полынья (от архипелага Шпицберген до о. Врангеля), где цепочка небольших полыней сливается в одну. Полыньи формируются в основном под воздействием южных ветров с материков, отжимающих льды на север. Зимой полыньи отдают большое количество тепла. Весной, напротив, они поглощают много тепла по сравнению со льдами, небольшие ледяные поля в них быстро тают. Здесь много рыбы, хорошо себя чувствуют тюлени. Полыньи — один из важнейших участков Северного морского пути Небольшие полыньи есть в море Баффина, наиболее известна полынья у Земли Гранта.
В Северном Ледовитом океане встречаются и айсберги, которые отрываются от ледников Гренландии, Земли Франца-Иосифа, островов Канадского Арктического архипелага.
Айсберги Северного полушария достигают высоты 60—70 м, редко 100 м, чаще всего имеют столообразную форму. Сезон существования айсбергов — апрель—август. Южная граница их распространения была зарегистрирована в Атлантическом океане на 41°30′ с. ш. Приплывшие в Атлантику айсберги живут 1—2 года и более. Объем льда айсбергов Гренландии — 600 км3.
При неблагоприятных метеорологических условиях: низких температурах, сильном ветре, волнениях в Арктике наблюдается одно из опаснейших явлений — обледенение судов. Обледенение бывает при забрызгивании, переливе воды через палубу, при наличии переохлажденных осадков. Наблюдаются эти явления при прохождении как теплых, так и холодных фронтов, когда усиливаются ветры, изменяются температуры и быстро меняется синоптическая обстановка. Прогноз таких условий особенно важен в Баренцевом, Норвежском, Карском морях.
Динамика вод
Среднее многолетнее распределение атмосферного давления, напряжение и трение льда привели к формированию антициклонального кругооборота течений в Канадском секторе Арктики и трансполярному выносу поверхностных вод через океан. Речной сток и положительный баланс влаги над испарением в Арктическом бассейне создают превышение уровня его вод над уровнем вод Атлантического океана. Это благоприятно для перетока поверхностных вод. Формируется постоянное стоковое течение от берегов Азии и Аляски к Северному полюсу и дальше. Это Трансарктическое течение, частью которого является и Восточно-Гренландское. Полный кругооборот течения осуществляется почти за 5 лет.
Сейчас экспериментально установлено, что, кроме теплого Североатлантического и холодного Восточно-Гренландского, есть мощное возвратное Атлантическое течение с положительной температурой, направляющееся на юг под поверхностными арктическими водами. Существует глубинная циркуляция Норвежского моря на север через пролив Фрама на юг в Атлантический океан. Поступающие атлантические воды, имея циклоническое движение, проходят за год 900 км. Они образуют слой толщиной в 600—800 м и прослеживаются во всем Арктическом бассейне. Циркуляция придонных вод изучена крайне слабо. Предполагается, что они имеют антициклональный круговорот.