Лёд и Снег · 2020 · Т. 60 · № 1

УДК 556.12:551.322

doi: 10.31857/S2076673420010026

Изотопный состав и регионы-источники зимних осадков в Надымской низменности

¹Институт водных и экологических проблем СО РАН, Барнаул, Россия; ²Алтайский государственный университет,

Барнаул, Россия; ³Научный центр изучения Арктики, Надым, Россия

*natmgn@gmail.com

Isotopic composition and source regions of winter precipitation in the Nadym Lowland

N.S. Malygina^1,2*, A.N. Eyrikh¹, E.V. Agbalyan³, Т.S. Papina¹

¹Institute for Water and Environmental Problems SB RAS, Barnaul, Russia; ²Altai State University, Barnaul, Russia;

³Scientific Research Centre of the Arctic, Nadym, Russia

*natmgn@gmail.com

Received December 29, 2018 / Revised March 25, 2019 / Accepted June 13, 2019

Keywords: Nadym lowland, stable isotopes of oxygen and hydrogen, winter precipitation.

Summary

According to the forecast of IPCC (Intergovernmental Panel of the Climate Change), an increase in precipi-

tation is expected in this century in the Arctic. The main reason is intensification of evaporation from waters

of the Arctic Ocean opening due to the intensive melting of sea ice. It is supposed that these changes will

be most severe in winters in the Arctic regions, which are subject to significant anthropogenic load. In this

respect, the intensively developed Nadym Lowland may be considered as a promising area for researches.

The results of our study showed that the circulation conditions (primarily cyclones coming from the North

Atlantic under the Eastern (E) circulation form of the G.Ya. Vangenheim-A.A. Girs classification) signifi-

cantly influence on the isotopic composition of precipitation in this region. Thus, in the cold period of 2016-

2017, the isotopic composition of precipitation changed for δ¹⁸О by 21 ‰, and for δD by 167 ‰ (weighted

average values δ¹⁸О = -22.3 ‰, δD = -172.6 ‰, and d_exc = 5.6 ‰). The use of the dew point temperature at

the moment of precipitation in the calculations of the isotopic-temperature dependences allows obtaining the

following coupling equation: δ¹⁸O = 0.67T_dp - 15.2 (R² = 0.67). On the basis of the joint analysis of synoptic,

trajectory and isotopic data, the main regions-sources of atmospheric moisture, precipitated in the Nadym

Lowland during the cold period of 2016-2017, were determined. The major contributions were made by the

Atlantic Ocean (35.7%), the North Atlantic Ocean and the Arctic Ocean (30.4%), and the Black Sea-Caspian

region (20%). The last one is characterized by the most weighted isotopic composition. Inland source regions

have contributed the least to precipitation (slightly larger 10%), and their lightweight isotopic composition is

related to cryogenic fractionation.

Citation: Malygina N.S., Eyrikh A.N., Agbalyan E.V., Papina Т.S. Isotopic composition and source regions of winter precipitation in the Nadym Lowland.

Led i Sneg. Ice and Snow. 2020. 60 (1): 98-108. [In Russian]. doi: 10.31857/S2076673420010026.

Поступила 29 декабря 2018 г. / После доработки 25 марта 2019 г. / Принята к печати13 июня 2019 г.

Ключевые слова: зимние атмосферные осадки, Надымская низменность, стабильные изотопы кислорода и водорода.

В результате совместного анализа синоптических, траекторных и изотопных данных определены

основные регионы-источники поступления атмосферной влаги, выпавшей в виде осадков в Надым-

ской низменности. Наибольший вклад вносит Атлантический океан (35,7%), меньше - северная

часть Атлантического океана и Северный Ледовитый океан (30,4%), а также Черноморско-Каспий-

ский регион (20%) и внутриконтинентальные регионы (немногим более 10%).

Введение

продолжителен, поэтому предполагается, что ос

новной рост атмосферных осадков будет преиму

Современные климатические модели прогно

щественно в зимний период [2]. Это подтверждают

зируют в ближайшее столетие значительное увели

уже реализованные оценки многолетних изме

чение выпадающих в Арктике атмосферных осад

нений количества атмосферных осадков, прове

ков, в первую очередь за счёт усиления испарения

дённые в Арктическом и Антарктическом науч

с возрастающей акватории Северного Ледовитого

но-исследовательском институте (ААНИИ). Так,

океана в результате интенсивного таяния морских

среднегодовое количество осадков за последние

льдов [1]. В арктическом регионе холодный сезон

десятилетия в Северной полярной области (СПО)

 98 

Н.С. Малыгина и др.

р. Обь, переходящим в Обскую губу, на западе низ

менность обрамляется Полуйской возвышенно

стью, а на востоке - междуречными увалами и Та

зовско-Пурской низменностью (рис. 1) [5]. Таким

образом, Надымская низменность не имеет значи

мых орографических барьеров для прохождения

воздушных масс с севера и юга, что способствует

развитию меридиональной формы циркуляции,

которая определяет резкие и быстрые изменения

синоптических обстановок, влияющих на режим

увлажнения в регионе.

В последние годы активное использование

изотопологов воды (δ¹⁸O и δD) в качестве трас

серов климатических и гидрологических циклов

способствовало уточнению путей переноса влаги в

атмосфере и реализации количественных оценок

влияния циркуляционных условий на режим ув

лажнения. В глобальном масштабе соотношение

стабильных изотопов кислорода δ¹⁸O и дейтерия

δD в атмосферных осадках описывается уравне

нием δD = 8δ¹⁸O + 10, которое называется гло-

бальной линией метеорных вод - ГЛМВ [6-8]. От

Рис. 1. Местоположение точки отбора проб атмо-

клонения изотопологов от этой линии позволяют

сферных осадков в Надымской низменности (1) и

оценивать региональные процессы изотопного

станций сети Global Network of Isotopes in Precipita

tion - GNIP (2)

фракционирования, а их математическое выра

Fig. 1. The location of sampling points of precipitation

жение представлено в уравнениях локальных линий

in Nadym lowland (1) and the stations of Global Network

метеорных вод - ЛЛМВ. Предложенный В. Данс-

of Isotopes in Precipitation - GNIP (2)

гором (1964 г.) на основе ГЛМВ расчётный пока

затель дейтериевый эксцесс (d_exc = δD - 8δ¹⁸О)

увеличилось на 5,5% по сравнению со значени

используют как для определения направленно

ями климатической нормы (1961-1990 гг.), при

сти процессов изотопного фракционирования в

чём это увеличение полностью обеспечено за счёт

осадках, так и регионов их формирования [9]. Для

роста количества атмосферных осадков в холод

наиболее достоверной индикации регионов-ис

ный период (в среднем на 11%). Максимальный

точников осадков дополнительно применяют рас

рост количества атмосферных осадков отмеча

считанные на основе данных реанализа обратные

ется в южных частях Северо-Европейского (30-

траектории движения воздушных масс [10].

60° в.д.) и Западно-Сибирского (60-100° в.д.) рай

Основная цель настоящей работы - синоп

онов СПО - 39,7 и 27,1% соответственно [3].

тический и траекторный анализы условий выпа

В работах, посвящённых исследованиям кли

дения зимних атмосферных осадков в Надым

матических и гидрологических изменений в Запад

ской низменности с последующим определением

но-Сибирском районе СПО, показано усиление

основных регионов-источников их поступления

влияния антропогенной нагрузки на климатиче

при использовании данных изотопного анализа.

ские и гидрологические условия в регионе, осо

бенно в наиболее интенсивно осваиваемых рай

онах СПО, например, в бассейне р. Надым [4].

Методика исследования

Данный речной бассейн полностью расположен на

территории Надымской низменности, т.е. на пло

Траекторный анализ, погодные и синоптиче-

ской равнине, характеризующейся незначитель

ские условия. Надымская низменность относит

ным расчленением рельефа (от 5 до 20 м). С юга он

ся к атлантико-евразийскому естественному си

ограничен Сибирскими увалами, с севера - устьем

ноптическому району и характеризуется очень

 99 

Снежный покров и снежные лавины

сложными метеорологическими условиями, а

сферных осадков. На следующем этапе с целью

именно: она может испытывать влияние как ис

повышения информативности и удобства рабо

ландского минимума или азорского максимума,

ты все полученные траектории сводили в еди

так и азиатского антициклона. В соответствии с

ный каталог на основе Google Earth [14].

классификацией Г.Я. Вангенгейма-А.А. Гирса,

Пробоотбор и анализ атмосферных осадков.

основанной на выделении квазиоднородных

Отбор проб атмосферных осадков вели в хо

циркуляционных периодов с однонаправленным

лодный период (с 23 ноября 2016 г. по 16 апре

развитием крупномасштабных процессов, для

ля 2017 г.) на стационарной площадке в Надым

атлантико-евразийского синоптического райо

ской низменности (65°32' с.ш. и 72°31' в.д.) (см.

на установлено три основных состояния атмо-

рис. 1). За изучаемый временнóй интервал со

сферы: зональные процессы с термобарически

трудниками «Научного центра изучения Аркти

ми волнами малой амплитуды - западная форма

ки» (Ямало-Ненецкий автономный округ) не

циркуляции «W» и два типа меридиональных про

посредственно после окончания снегопада было

цессов с волнами большой амплитуды - мериди-

отобрано 35 проб твёрдых атмосферных осадков

ональная «С» и восточная «Е» формы циркуляции.

объёмом более 1 мм в.э. После отбора пробы пла

В настоящее время оценку развития циркуля

вили при комнатной температуре в плотно за

ционных условий, а именно элементарных си

крытых пластиковых пакетах, а затем перено

ноптических процессов в Северном полушарии

сили в герметично закрывающиеся пробирки,

в соответствии с классификацией Вангенгейма-

которые до начала анализа хранили в холодиль

Гирса, проводят специалисты ААНИИ [11].

нике при температуре 5-8 °С. Изотопный анализ

Для анализа циркуляционных условий мы

проб талой воды атмосферных осадков выпол

использовали данные Каталога макросинопти

няли в Химико-аналитическом центре Инсти

ческих процессов по классификации Ванген

тута водных и экологических проблем СО РАН.

гейма-Гирса, содержащие внутримесячную

Для количественного определения соотношения

детализацию атмосферных процессов по эле

изотопного состава δ¹⁸O и δD пробы предвари

ментарным синоптическим процессам. Для

тельно фильтровали через мембранный фильтр (с

оценки погодных и синоптических условий в

использованием стерильных шприцев и шприце

период выпадения атмосферных осадков до

вых насадок Minisart NML Plus) с диаметром пор

полнительно привлекали данные метеонаблю

0,45 мкм. Изотопный состав (δ¹⁸О и δD) опре

дений, полученные непосредственно в точке

деляли методом лазерной абсорбционной ИК-

отбора, а также материалы Росгидромета [12]

спектрометрии на приборе PICARRO L2130-i

и Национального управления океанических и

(WS-CRDS). Точность измерения δD и δ¹⁸О

атмосферных исследований - National Oceanic

(1σ, n = 5) составила ±0,4 и ±0,1 ‰ соответст

and Atmospheric Administration (NOAA) [13]. Тра

венно. В качестве внутренних стандартов исполь

екторный анализ выполняли при помощи моде

зовали пробы воды, откалиброванные относи

ли HYSPLIT (Hybrid Single-Particle Lagrangian

тельно Международного стандарта V-SMOW-2

Integrated Trajectory) [14]. Исходной метеоро

(МАГАТЭ). Средневзвешенные значения δ¹⁸О,

логической информацией служил архив GDAS,

δD и d_exc в атмосферных осадках рассчитывали

имеющий высокое пространственное разреше

с учётом вклада каждого индивидуального сне

ние (0,5°) и покрывающий временнóй интер

гопада в общее количество осадков по формуле

вал с 1 сентября 2007 г. по настоящее время. Об

X = Σ(X_i × A_i /A), где X - средневзвешенное зна

ратные траектории движения воздушных масс,

чение δ¹⁸О, δD или d_exc; X_i - значение δ¹⁸О, δD

вызывающих осадки, рассчитывали с одинако

или d_exc в осадках i-го снегопада; A_i - количество

вым временным масштабом (равным продолжи

осадков в i-м снегопаде, мм в.э.; A - общее за ис

тельности одного естественно-синоптического

следуемый период количество осадков, мм в.э.

периода) для каждого анализируемого случая.

В настоящей работе для идентификации ос

Причём начало построения траекторий соот

новных регионов-источников атмосферной

ветствовало моменту начала анализируемого со

влаги, выпадающей в виде осадков, выполнен

бытия, а высота траектории - высоте нижней

широкий комплекс исследований. Первоначаль

границы облачности в момент выпадения атмо-

но были отобраны пробы атмосферных осадков

 100 

Н.С. Малыгина и др.

с их последующим изотопным анализом (δ¹⁸O

Таблица 1. Число дней с различной формой циркуляции

и δD) и расчётом d_exc. Затем анализировали по

(по классификации Вангенгейма-Гирса) за месяцы в

холодный период 2016/17 г. (числитель) и 1990-2014 гг.

годные и синоптические условия и определяли

(знаменатель) [11]

высоты, соответствующие нижней границе об

Форма циркуляции

лачности, для расчёта на этих высотах обратных

Период

западная W

меридиональная C

восточная E

траекторий движения воздушных масс, обуслов

Ноябрь

8/11

7/6

15/13

ливающих выпадение осадков. После этого оце

Декабрь

18/10

9/5

4/16

нивали распространение снежного и ледяного

Январь

15/12

7/6

9/13

покрова в районах потенциальных источников

Февраль

13/9

2/6

13/13

влаги. На следующем этапе устанавливали по

Март

16/10

8/8

16/13

тенциальные регионы-источники влаги, выпа

Апрель

10/10

11/11

9/9

давшей в виде осадков, с учётом данных изотоп

Среднее

13/10

7/7

11/13

ного, траекторного и синоптического анализов.

И потом рассчитывали вклад осадков, посту

пивших из выделенных регионов-источников

декабре 2016 г. за счёт снижения процессов вос

атмосферной влаги, в общее количество осад

точной формы (Е). В целом во время холодного

ков, выпавших в регионе за изучаемый пери

периода 2016/17 г. число дней с западной фор

од. Ранее данный подход частично был реализо

мой циркуляции (W) превысило среднемесяч

ван для идентификации регионов-источников

ные (для 1990-2014 гг.) значения на три дня.

влаги, выпадавшей в виде осадков на террито

Согласно данным ближайшей к месту от

рии Якутии и в предгорьях Алтая [15, 16].

бора проб метеорологической станции (ГМС)

Надым (65°28' с.ш. и 72°33' в.д.), с ноября 2016 г.

по апрель 2017 г. в Надымской низменности тем

Результаты и их обсуждение

пература и количество осадков незначительно от

личались от средних значений этих параметров

Погодные условия и синоптические процессы

за 1980-2000 гг. Так, средняя температура анали

зимнего периода 2016/17 г. Атмосферная цирку

зируемого периода составила -17,6 °С, а средние

ляция и погодные условия каждого конкретно

многолетние значения за 1980-2000 гг. -17,1 °С,

го периода могут существенно отличаться как

количество выпавших осадков было меньше

от средних многолетних значений, так от друг

нормы (127,2 мм) только на 25 мм [12, 13].

друга. Число дней с разной формой циркуля

Для оценки зависимости изменений изотоп

ции за месяцы холодного периода 2016/17 г. в

ного состава атмосферных осадков от условий

атлантико-евразийском синоптическом районе,

их формирования (в первую очередь, температу

к которому относится Надымская низменность,

ры и количества осадков) мы проанализировали

приведено в табл 1. Так, в ноябре 2016 г. отмеча

погодные условия во время выпадения осадков

лась повышенная повторяемость процессов вос

по данным той же ГМС Надым. Установлено,

точной (Е) формы циркуляции, в то время как в

что средняя температура периодов, при кото

декабре этого же года повторяемость западной

рой выпадали атмосферные осадки, составила

(W) и меридиональной (C) форм циркуляций су

-9,9 °С, что практически в два раза теплее, чем

щественно превысила норму (1990-2014 гг.) на

в среднем за анализируемый холодный сезон

восемь и четыре дня соответственно. В начале

(-17,6 °С); минимальная температура была

(январь-март) 2017 г. атмосферные процессы в

равна -24,9 °С (23.12.2016 г.), а максимальная

этом синоптическом районе характеризовались

-0,7 °С (30.03.2017 г.). При этом за холодный пе

повышенной повторяемостью западной формы

риод 2016/17 г. выпало 72 мм атмосферных осад

циркуляции (W), но уже в апреле аналогич

ков, объём которых превышал 1 мм за время их

ное повышение было характерно для меридио

выпадения, а наибольшее количество отмеча

нальной формы (С). Таким образом, в течение

лось 23 декабря 2016 г. и 28 февраля 2017 г. - по

анализируемого холодного периода 2016/17 г.

5 мм (рис. 2) [12, 13]. Таким образом, анализи

максимальные превышения числа дней наблю

руемый холодный период в Надымской низмен

дались для западной формы циркуляции (W) в

ности по данным ГМС Надым незначительно

 101 

Снежный покров и снежные лавины

Рис. 2. Атмосферные осадки, температура воздуха [12, 13] и макросиноптические процессы (по классификации

Вангенгейма-Гирса) [11] для дат выпадения атмосферных осадков в течение холодного периода 2016/17 г.

Fig. 2. Precipitation, air temperature [12, 13] and macro-synoptic processes (according to the classification of Van

genheim-Girs) [11] for the dates of precipitation during the cold period 2016/17

отличался от средних значений холодного пери

годы и месторасположение также могли опреде

ода за 1980-2000 гг. Совместный анализ - рас

лить отличия (≈4 ‰ для δ¹⁸О) результатов, полу

чёт коэффициентов корреляций циркуляцион

ченных в этой работе, от ранее опубликованных

ных условий выпадения осадков, их количества

другими авторами (см. табл. 2) для сопредель

и температуры - не показал значимых результа

ных территорий. Рассчитанная локальная линия

тов (R² составило менее 0,2).

метеорных вод для атмосферных осадков, ото

Изотопный состав атмосферных осадков.

бранных в Надымской низменности (холод

Изотопный анализ проб атмосферных осад

ный период 2016/17 г.), имеет следующий вид:

ков, отобранных в Надымской низменности в

δD = 7,86¹⁸O + 2,4 (R² = 0,99). При этом угловой

холодный период 2016/17 г., показал, что изо

коэффициент ЛЛМВ близок к коэффициенту

топный состав варьирует от -12,6 до -33,5 ‰

ГЛМВ, равному 8 (рис. 3), что указывает на пре

для δ¹⁸O и от -92,2 до -259,0 ‰ для δD. Со

имущественное влияние акватории Атлантиче

отношения стабильных изотопов в атмосфер

ского океана как основного источника форми

ных осадках исследуемого холодного периода

рования атмосферной влаги, выпадающей в виде

согласуются с немногочисленными в простран

осадков в изучаемом регионе. Однако широкий

ственном и временнóм отношении ранее полу

разброс значений изотопного состава зимних ат

ченными значениями на наиболее близко рас

мосферных осадков, выпадающих в Надымской

положенных станциях Global Network of Isotopes

низменности, показанный на рис. 3, может быть

in Precipitation - GNIP [17], хотя они изотоп

обусловлен как изменениями условий окружа

но облегчены на 1-3 ‰ для δ¹⁸О (табл. 2). Это

ющей среды, например циркуляционными или

может быть обусловлено тем, что пробы отби

температурными, так и/или сменой регионов-

рались в разные годы: на станциях GNIP - с

источников поступления влаги.

1980 по 2000 г., а в Надымской низменности -

Связь изотопного состава атмосферных осад-

в 2016/17 г., а также удалённостью некоторых

ков с циркуляционными и температурными усло-

станций GNIP до 700 км. Отбор проб в разные

виями. Для оценки возможной связи циркуляци

 102 

Н.С. Малыгина и др.

Таблица 2. Изотопный состав атмосферных осадков, ото-

Таблица 3. Локальные линии метеорных вод атмосфер-

бранных в холодные периоды в Надымской низменности

ных осадков в Надымской низменности при соответст-

и на сопредельных территориях, ‰

вующих формах атмосферной циркуляции

Место отбора проб

δ¹⁸О

δD

d_exc

Форма

Коэффициент

Уравнение

циркуляции

детерминации R²

Надымская низмен

ность [результаты

-22,3

-172,6

5,6

Восточная E

δD = 8,0δ¹⁸O + 6,47

0,99

настоящей работы]

Меридиональная C

δD = 7,49δ¹⁸O - 6,28

0,98

Амерма (GNIP) [17]

-18,2±1,5

-135,9±7,3

9,7±7,3

Западная W

δD = 7,91δ¹⁸O + 3,22

0,99

Дудинка (GNIP) [17]

-19,6±3,9

-147,0±27,5

10,1±7,8

Печора (GNIP) [17]

-18,6±2,1

-136,9±21,4

12,1±10,1

том или ином типе циркуляций, показали сле

Салехард (GNIP) [17]

-21,5±2,4

-168,9±18,2

3,1±2,4

дующее (табл. 3). Угловой коэффициент ЛЛМВ

Ханты-Мансийск

-19,3±2,7

-154,5±22,2

0±2,1

осадков, выпадавших при восточной (Е) форме

(GNIP) [17]

циркуляции в Надымской низменности, имеет

Север Европейской

-18,4

значение равное восьми, что и величина углово

территории СССР [18]

го коэффициента ГЛМВ (см. табл. 3). Это вполне

Печора [19]

-23,7

объяснимо, так как при восточной форме цир

Марре-Сале [20]

-21,0

куляции циклоны с севера Атлантического оке

*Прочерк - отсутствие данных.

ана смещаются по высокоширотным траектори

ям через изучаемый район в восточный сектор

онных условий с изменением изотопного состава

Арктики, а влага, выпадающая с атмосферными

атмосферных осадков, отобранных на изучае

осадками при данном типе циркуляции, посту

мой территории, проанализированы их корреля

пает преимущественно с акватории Атлантиче

ционные зависимости. Установлено отсутствие

ского океана, которая считается основным её ис

значимой связи (R² равно менее 0,3)между из

точником в северной части Евразии [21].

менениями макросиноптических процессов (по

Вариации изотопного состава атмосферных

классификации Вангенгейма-Гирса) и изотоп

осадков могут быть обусловлены изменениями

ным составом атмосферных осадков холодного

не только циркуляционных, но и температур

периода 2016/17 г. Однако рассчитанные уравне

ных условий. Глобальная зависимость между

ния ЛЛМВ атмосферах осадков, выпадавших при

средней годовой температурой воздуха и изо

Рис. 3. Локальные линии метеорных вод (ЛЛМВ) атмосферных осадков в Надымской низменности (1) и по

данным станций GNIP (2), глобальная линия метеорных вод (3) (ГЛМВ)

Fig. 3. Local Meteoric Water Line (LMWL) of precipitation in Nadym lowland (1) and according to GNIP sta

tions (2), Global Meteoric Water Line (3) (GMWL)

 103 

Снежный покров и снежные лавины

Рис. 4. Соотношение изотопов кислорода в атмосферных осадках и температуры точки росы в момент их вы

падения на территории Надымской низменности (холодный период 2016/17 г.)

Fig. 4. The relations of oxygen isotopes in precipitation and dew point temperature at the time of their precipitation in

Nadym lowland (cold period 2016/17)

топным составом атмосферных осадков по дан

стояния насыщения и начал конденсировать

ным ГМС, расположенных как в тропических,

ся; именно после наступления конденсации [24]

так и в полярных широтах, показана В. Дансго

сразу начинается выпадение осадков. Поэтому

ром [7] ещё в 1964 г. Причём наиболее тесная

авторы настоящей статьи при расчётах изотоп

связь между температурой воздуха и изотопным

но-температурных зависимостей использовали

составом осадков наблюдается в холодный пе

имеющиеся по ГМС Надым данные о темпера

риод года в высоких широтах [22], а величина

туре точки росы в момент выпадения атмосфер

δ¹⁸O варьирует пропорционально изменению

ных осадков, т.е. температуру конденсации, ко

температуры. Для изучения зависимости между

торая позволила получить следующее уравнение

изотопным составом анализируемых атмосфер

соотношения изменений изотопного состава ат

ных осадков и приземной температурой воздуха

мосферных осадков и температуры точки росы

в момент их выпадения мы получили уравнение

Т_тр в момент их выпадения: δ¹⁸O = 0,67Т_тр - 15,2

связи изотопного состава осадков от температу

(рис. 4). Полученное уравнение имеет значи

ры, наблюдаемой на ГМС Надым, которое имеет

мый коэффициент детерминации R² = 0,67, а

следующий вид: δ¹⁸O = 0,93Т + 4,3, коэффици

коэффициент связи изменений δ¹⁸O в атмос

ент детерминации - очень низкий (R² = 0,18).

ферных осадках и температуры точки росы равен

Особенности использования изотопно-тем

0,67 ‰/°С. Данный результат хорошо согласует

пературного метода подробно описаны в работе

ся с ранее опубликованными результатами, где

А.А. Екайкина [23]. Чаще всего изотопный со

угол наклона изотопно-температурных зависи

став атмосферных осадков сопоставляют с при

мостей составляет для полярных широт в зим

земной температурой воздуха, однако физиче

ний период 0,67 ‰/°С [25], а для районов Се

ски он связан с температурой конденсации в

верной Атлантики - 0,69 ‰/°С [7]. При этом

облаках, которая отличатся от приземной тем

рассчитанные значения близки и к значению

пературы воздуха. Поэтому, например, для па

коэффициента связи температур и изотопно

леоклиматической реконструкции по данным

го состава осадков для высоких широт, равному

глубинного ледяного керна со станции Восток

0,71 ‰/°С [25].

было предложено учитывать не только призем

Траекторный анализ и идентификация регио-

ную температуру воздуха, но и температуру кон

нов-источников. Для идентификации регионов-

денсации [23]. Известно, что точка росы - это

источников атмосферной влаги, выпадавшей в

температура, до которой должен охладиться воз

виде осадков в Надымской низменности, рас

дух, чтобы содержащийся в нём пар достиг со

считанные для нижней границы облачности об

 104 

Н.С. Малыгина и др.

Рис. 5. Обратные траектории движения воздушных масс, обусловливающих атмосферные осадки в Надым

ской низменности (холодный период 2016/17 г.).

1 - обратные траектории движения воздушных масс; 2 - регионы-источники атмосферной влаги, выпадавшей в виде осадков

в Надымской низменности; 3 - I регион (северная часть Атлантического океана и Северный Ледовитый океан); 4 - II регион

(Внутриконтинентальные источники); 5 - III регион (Черноморско-Каспийский); 6 - IV регион (Атлантический океан)

Fig. 5. Backward trajectories of air masses responsible for precipitation in Nadym lowland (cold period 2016-2017).

1 - backward trajectories of air masses; 2 - regions-sources of atmospheric moisture that fall as precipitation in Nadym lowland:

3 - I region (North Atlantic Ocean and Arctic Ocean); 4 - II region (Inland regions); 5 - III region (Black Sea-Caspian region);

6 - IV region (Atlantic Ocean)

ратные траектории движения воздушных масс

ско-Каспийского региона на даты формирова

были приведены к одному масштабу для соз

ния над ними воздушных масс, обусловивших

дания единого каталога на основе Google Earth

атмосферные осадки в Надымской низменно

(рис. 5). Используя данные с суточным разре

сти, были открыты, в то время как для севера Ат

шением по распространению снежного и ле

лантического и Северного Ледовитого океанов

дяного покровов в Северном полушарии [13],

часто было характерно наличие установившего

было оценено наличие ледяного покрова на во

ся ледяного покрова (рис. 6).

доёмах и снежного покрова на подстилающей

Основываясь на данных траекторного, по

поверхности в районах потенциальных регио

годного и синоптического анализов, картах рас

нов-источников влаги. Результаты показали, что

пространения снежного и ледяного покрова,

акватории Атлантического океана и Черномор

установлены потенциальные регионы-источни

Рис. 6. Распространение снежного и ледяного покровов 24.12.2016 г. (a) и 27.03.2017 г. (б) по данным [13]:

1 - распространение ледового покрова; 2 - распространение снежного покрова

Fig. 6. Snow and ice covers on 24.12.2016 (a) and 27.03.2017 (б) according to [13]:

1 - ice cover; 2 - snow cover

 105 

Снежный покров и снежные лавины

ков) имели самые близкие значения d_exc к значе

Таблица 4. Средневзвешенные значения изотопного

, ‰) атмосферных осадков и их

нию d_exc ГЛМВ, равному 10 ‰, и составили 9,5

состава (δ¹⁸O, δD и d_exc

вклад (%) в общее количество осадков в Надымской низ-

и 9,1 ‰ соответственно. Осадки, обусловлен

менности (за холодный период 2016/17 г.)

ные влиянием этих двух регионов, были изотоп

Регион-источник и

Вклад в коли

δ¹⁸O

δD

d_exc

но облегчены (≈3 ‰ для δ¹⁸O и ≈40 ‰ для δD)

его номер

чество осадков

относительно осадков, поступивших с воздуш

I. Северная часть

ными массами из Черноморско-Каспийского

Атлантического

-22,7

-191,1

9,5

31,4

океана и Северный

региона, а их суммарный вклад составил более

Ледовитый океан

67% (см. табл. 4). Минимальный вклад (около

II. Внутриконтинен

13%) и самый облегчённый изотопный состав

-25,3

-190,5

11,7

12,9

тальные источники

характерны для атмосферных осадков, связан

III. Черноморско-

-19,4

-150,4

4,6

20,0

ных с влиянием Внутриконтинентальных регио-

Каспийский регион

нов-источников (II группа). При этом самые вы

IV. Атлантический

-23,7

-198,8

9,1

35,7

сокие значения d_exc, равные 11,7 ‰, характерны

океан

именно для этого региона; известно, что d_еxс в

атмосферных осадках увеличивается при низких

ки влаги, выпадавшей в виде осадков в Надым

температурах воздуха [23], когда происходят про

ской низменности, которые затем были вери

цессы криогенного фракционирования.

фицированы результатами изотопного анализа

атмосферных осадков и сопоставлены с опубли

кованными данными по изотопному составу

Выводы

природных вод в потенциальных регионах-ис

точниках. После этого были рассчитаны сред

1. Изотопный состав атмосферных осадков,

невзвешенные значения изотопного состава ат

отобранных в Надымской низменности в те

мосферных осадков, поступавших из четырёх

чение холодного периода 2016/17 г., изменял

основных регионов-источников, и процентный

ся для δ¹⁸О в пределах 21 ‰, а для δD - 167 ‰.

вклад каждого источника в общее количество

Рассчитанные средневзвешенные значения со

осадков, выпавших на исследуемой территории

ставили для δ¹⁸О = -22,3 ‰, δD = -172,6 ‰ и

в 2016/17 г. (табл. 4).

d_exc = 5,6 ‰ и были изотопно немного легче от

Наиболее утяжелённый изотопный состав

носительно ранее полученных значений по дан

осадков относительно других источников харак

ным сети GNIP.

терен для осадков, обусловленных воздушны

2. Уравнение локальной линии метеорных

ми массами из Черноморско-Каспийского регио-

вод зимних осадков в Надымской низменности

на (III группа регионов-источников), а именно:

имеет следующий вид: δ²D = 7,86δ¹⁸О + 2,4. При

-19,4 ‰ для δ¹⁸O; -150,4 ‰ для δD; 4,6 ‰

этом угол наклона близок как к глобальной, так

для d_exc. Полученные результаты хорошо согла

и к локальной линиям метеорных вод, рассчи

суются с ранее опубликованными данными по

танным по имеющимся данным станций GNIP,

изотопному составу природных вод в западной

расположенных на сопредельных с изучаемым

части Центральной Азии, а значения d_exc укла

регионом территориях. Это позволяет считать,

дываются в рассчитанные интервалы для этого

что на формирование изотопного состава атмо-

региона (от +5 до -3 ‰) [26]. При этом вклад

сферных осадков, выпадающих на изучаемой

данного региона, определившего поступление

территории в зимний период, преимуществен

влаги, выпадавшей в виде осадков в течение хо

ное влияние оказывает атлантическая влага.

лодного периода 2016/17 г. в Надымской низ

3. Циркуляционные условия значимо обу

менности, составил 20% общего количества.

словливают изменения изотопного состава зим

Атмосферные осадки, поступление которых свя

них атмосферных осадков в Надымской низ

зано с воздушными массами с севера Атлантиче

менности. В первую очередь, это циклоны,

ского океана и Северного Ледовитого океана, а

приходящие с северной части Атлантическо

также непосредственно с акватории Атлантиче

го океана при восточной (Е) форме циркуля

ского океана (I и IV группа регионов-источни

ции (по классификации Вангенгейма-Гирса),

 106 

Н.С. Малыгина и др.

что подтверждает значение угла наклона, равное

торые в сумме составили более 67%. Превали

восьми, как и в уравнении ГЛМВ, характерном

рующее влияние Атлантического океана также

для атлантических океанических вод.

показано при расчётах локальной линии метеор

4. Использование при расчётах изотоп

ных вод и оценке влияния циркуляционных ус

но-температурных зависимостей температуры

ловий в регионе;

точки росы в момент выпадения осадков по

б) пятую часть общего количества осадков

зволило получить следующее уравнение связи:

(20%) определил Черноморско-Каспийский ре

δ¹⁸O = 0,67Т_тр - 15,2 (R² = 0,67).

гион (III регион-источник), для которого харак

5. На основе совместного анализа имеющих

терен наиболее утяжелённый изотопный состав

ся синоптических, траекторных и изотопных

(δ¹⁸О = -19,4 ‰, δD = -150,4 ‰ и d_exc = 4,6 ‰)

данных определены основные регионы-источ

относительно атмосферных осадков, поступав

ники поступления атмосферной влаги, выпав

ших из других регионов-источников;

шей в виде осадков в холодной период 2016/17 г.

в) Внутриконтинентальные регионы-источ

в Надымской низменности:

ники (II группа) внесли наименьший вклад в

а) наибольшей вклад внесли Атлантический

общее количество поступивших осадков (более

океан (IV регион-источник) - 35,7%, северная

10%), а их облегчённый изотопный состав

часть Атлантического океана и Северный Ледо

(δ¹⁸О = -25,3 ‰, δD = -190,5 ‰ и d_exc = 11,7 ‰)

витый океан (I регион-источник) - 31,4%, ко

связан с криогенным фракционированием.

Литература

References

1. Bintanja R., Selten F.M. Future increases in Arctic pre

cipitation linked to local evaporation and sea-ice re

treat // Nature. 2014. V. 509. P. 479-482.

treat. Nature. 2014, 509: 479-482.

2. Global warming of 1.5 °C. An IPCC Special Report on

2. Global warming of 1.5 °C. An IPCC Special Report on the

the impacts of global warming of 1.5 °C above pre-in

impacts of global warming of 1.5 °C above pre-industrial

dustrial levels and related global greenhouse gas emis

levels and related global greenhouse gas emission path

sion pathways, in the context of strengthening the

ways, in the context of strengthening the global response

global response to the threat of climate change, sus

to the threat of climate change, sustainable development,

tainable development, and efforts to eradicate pover

and efforts to eradicate poverty. Еds. Masson-Delmotte V.,

ty. Еds: Masson-Delmotte V., Zhai P., Pörtner H.O.,

Zhai P., Pörtner H.O., Roberts D., Skea J., Shukla P.R.,

Roberts D., Skea J., Shukla P.R., Pirani A., Moufou

Pirani A., Moufouma-Okia W., Péan C., Pidcock R., Con

ma-Okia W., Péan C., Pidcock R., Connors S., Mat

nors S., Matthews J.B.R., Chen Y., Zhou X., Gomis M.I.,

thews J.B.R., Chen Y., Zhou X., Gomis M.I., Lon

Lonnoy E., Maycock T., Tignor M., Waterfield T. Geneva,

noy E., Maycock T., Tignor M., Waterfield T. Geneva:

World Meteorological Organization, 2018: 32 p.

World Meteorological Organization. 2018. 32 p.

3. Obzor gidrometeorologicheskikh protsessov v Severnoy

3. Обзор гидрометеорологических процессов в Север

polyarnoy oblasti. Overview of hydrometeorological

ное полярной области / Под ред. И.Е. Фролова.

processes in Northern polar region. Ed. I.E. Frolova.

СПб.: Изд-во Политехнического ун-та Петра Ве

Sankt-Petersburg: Publ. Politekhnicheskogo univer

ликого, 2017. 96 с.

siteta Petra Velikogo, 2017: 96 p. [In Russian].

4. Zakharova E.A., Kouraev A.V., Biancamaria S., Kolma-

kova M.V., Mognard N.M., Zemtsov V.A., Kirpotin S.N.,

Decharme B. Snow cover and spring flood flow in the

northern part of Western Siberia (the Poluy, Nadym,

Pur and Taz rivers) // Journ. of Hydrometeorology.

Pur and Taz rivers). Journ. of Hydrometeorology. 2011,

2011. V. 2. Р. 1498-1511. doi: 10.1175/JHM-D-11-

2: 1498-1511. doi: 10.1175/JHM-D-11-017.1.

017.1.

5. Fiziko-geograficheskoe rayonirovanie Tyumenskoy oblasti.

5. Физико-географическое районирование Тюмен

Physical and geographical zoning of Tyumen region.

ской области / Под ред. Н.А. Гвоздецкого. М.:

Ed. N.A. Gvozdeckiy. M: Moscow State University,

Изд-во МГУ, 1973. 246 с.

1973: 246 p. [In Russian].

6. Craig H. Isotopic variations in meteoric waters // Sci

6. Craig H. Isotopic variations in meteoric waters. Science.

ence. 1961. V. 133. P. 1702-1703.

1961, 133: 1702-1703.

7. Rozanski K., AragufisAragufis L., Gonfiantini R. Isoto

pic patterns in modem global precipitation // Climate

pic patterns in modem global precipitation. Climate

Change in Continental Isotopic Records. Geophys.

Monography. 1993. V. 78. P. 1-36.

Monography. 1993, 78: 1-36.

8. Dansgaard W. Stable isotopes in precipitation // Tellus.

8. Dansgaard W. Stable isotopes in precipitation. Tellus.

1964. V. 16. P. 436-468.

1964, 16: 436-468.

 107 

Снежный покров и снежные лавины

9. Froehlich K., Gibson J.J., Aggarwal P.K. Deuterium

9. Froehlich K., Gibson J.J., Aggarwal P.K. Deuterium excess

excess in precipitation and its climatological signifi

in precipitation and its climatological significance. Study

cance // Study of environmental change using isotope

of environmental change using isotope techniques. Vi

techniques. Vienna: Intern. Atomic Energy Agency,

enna: International Atomic Energy Agency, 2002: 54-65.

2002. Р. 54-65.

10. Puntsag T., Mitchell M.J., Campbell J.L., Klein E.S.,

Likens G.E., Welker J.M. Arctic Vortex changes alter

the sources and isotopic values of precipitation in

northeastern US. Scientific Reports. 2016, 6. doi:

northeastern US // Scientific Reports. 2016. V. 6. doi:

10.1038/srep22647.

11. http://www.aari.ru.

11. Электронный ресурс: http://www.aari.ru.

12. http://www.meteorf.ru.

12. Электронный ресурс: http://www.meteorf.ru.

13. http://www.noaa.gov.

13. Электронный ресурс: http://www.noaa.gov.

14. Draxler R.R., Rolph G.D. HYSPLIT (HYbrid Single-

Particle Lagrangian Integrated Trajectory) Model ac

cess via NOAA ARL READY Website. College Park,

MD, NOAA Air Res. Laboratory, 2015. http://www.

arl.noaa.gov/HYSPLIT.php.

15. Malygina N.S., Eirikh A.N., Kurepina N.Y., Papina T.S.

15. Малыгина Н.С., Эйрих А.Н., Курепина Н.Ю., Па-

Isotope composition of winter precipitation and snow

пина Т.С. Изотопный состав зимних атмосфер

cover in the foothills of the Altai. Led i Sneg. Ice and

ных осадков и снежного покрова в предгорьях

Snow. 2017, 57 (1): 57-68. doi: 10.15356/2076-6734-

Алтая // Лёд и Снег. 2017. Т. 57. № 1. С. 57-68. doi:

2017-1-57-68. [In Russian].

10.15356/2076-6734-2017-1-57-68.

16. Papina T.S., Malygina N.S., Eirikh A.N., Galanin A.A., Zhe-

16. Папина Т.С., Малыгина Н.С., Эйрих А.Н., Галанин А.А.,

leznyak M.N. Isotopic composition and sources of atmo

Железняк М.Н. Изотопный состав и источники атмос

spheric precipitation in Central Yakutia. Kriosfera Zemli.

ферных осадков в Центральной Якутии // Криосфера

Earth’s Cryosphere. 2017, XXI (2): 60-69. [In Russian].

Земли. 2017. Т. XXI. № 2. С. 60-69.

17. http://www-naweb.iaea.org/napc/ih/IHS_resources_

17. Электронный ресурс: http://www-naweb.iaea.org/

gnip.html.

napc/ih/IHS_resources_gnip.html.

18. Brezgunov V.S., Evsikov A., D Ferronskij V.I., Salno-

18. Брезгунов В.С., Евсиков А.Д., Ферронский В.И.,

va L.V. Spatio-temporal variation of the oxygen isoto

Сальнова Л.В. Пространственно-временная ва

pic composition of atmospheric precipitation and river

риация изотопного состава кислорода атмосфер

water in northern part of Eurasia and their relationship

ных осадков и речных вод на территории северной

with temperature change. Wodnye Resursy. Water Re

части Евразии и их связь с изменением температу

sources. 1998, 25 (1): 99-104. [In Russian].

ры // Водные ресурсы. 1998. Т. 25. № 1. С. 99-104.

19. Vasilchuk Yu.K., Chizhova Yu.N., Papesh V. Trend of

19. Васильчук Ю.К., Чижова Ю.Н., Папеш В. Тренд

isotopic composition of individual snowfall in north

изотопного состава отдельного снегопада на се

eastern Europe. Kriosfera Zemli. Earth’s Cryosphere.

веро-востоке Европы // Криосфера Земли. 2005.

2005, IX (3): 81-87. [In Russian].

Т. IX. № 3. С. 81-87.

20. Oblogov G.E. Evolyutsiya kriolitozony poberezhya i shelfa

20. Облогов Г.Е. Эволюция криолитозоны побережья

Karskogo morya v pozdnem neopleystotsene-golotsene.

и шельфа Карского моря в позднем неоплейстоце

Evolution of the coastal and shelf cryolithozone of the

не-голоцене: Дис. на соиск. уч. степ. канд. геол.-

Kara Sea in the Late Neopleistocene-Holocene. PhD.

мин. наук. Тюмень: Ин-т криосферы Земли СО

Tyumen: Earth Cryosphere Institute SB RAS, 2016:

РАН, 2016. 197 с.

197 p. [In Russian].

21. Numaguti A. Origin and recycling processes of precipitat

21. Numaguti A. Origin and recycling processes of precipi

ing water over the Eurasian continent: Experiments using

tating water over the Eurasian continent: Experiments

an atmospheric general circulation model // Journ. of

using an atmospheric general circulation mode. Journ

Geophys Research. 1999. V. 104. P. 1957-1972.

of Geophys Research. 1999, 104: 1957-1972.

22. Ферронский В.И., Поляков В.А. Изотопия гидро-

22. Ferronskiy V.I., Polyakov V.A. Izotopiya gidrosfery Zemli.

сферы Земли. М.: Научный мир, 2009. 632 с.

The isotope of Earth's hydrosphere. Мoscow: Nauchny

23. Екайкин А.А. Стабильные изотопы воды в гляци

Mir, 2009: 632 p. [In Russian].

ологии и палеогеографии. СПб.: ААНИИ, 2016.

23. Ekaykin A.A. Stabilnye izotopy vody v glyatsiologii i paleogeo-

63 с.

grafii. Stable water isotopes in glaciology and paleogeog

24. Панин Б.Д., Репинская Р.П. Прогноз влажности,

raphy. Sankt-Petersburg: AARI, 2016: 63 p. [In Russian].

облачности и осадков. Л.: Ленинградский гидро

24. Panin B.D., Repinskaya R.P. Prognoz vlazhnosti,

мет. ин-т, 1982. 46 с.

oblachnosti i osadkov. Forecast of humidity, cloudiness

25. Fricke H., O’Neil J. The correlation between ¹⁸O/¹⁶O

and precipitation. Leningrad: Hydrometeorological In

ratios of meteoric water and surface temperature: its

stitute, 1982: 46 p.

use in investigating terrestrial climate change over geo

25. Fricke H., O’Neil J. The correlation between ¹⁸O/¹⁶O ra

logic time // Earth and Planetary Science Letters.

tios of meteoric water and surface temperature: its use in

1999. V. 170. P. 181-196.

investigating terrestrial climate change over geologic time.

26. Oberhänsli H., Weise S.M., Stanichny S. Oxygen and

Earth and Planetary Science Letters. 1999, 170: 181-196.

hydrogen isotopic water characteristics of the Aral

26. Oberhänsli H., Weise S.M., Stanichny S. Oxygen and hy

Sea, Central Asia // Journ. of Marine Systems. 2009.

drogen isotopic water characteristics of the Aral Sea, Cen

V. 76 (3). P. 310-321.

tral Asia. Journ. of Marine Systems. 2009, 76 (3): 310-321.

 108 