Spatial and temporal stationarity of the Laptev Sea polynyas

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

The study examines the seasonal and interannual variability of the location and area of flaw polynyas in the Laptev Sea. It utilizes AARI regional charts of ice conditions in SIGRID-3 format covering the years 1997 to 2023 as initial data. The analysis is based on an algorithm developed previously for calculating the frequency of occurrence of multiple vector polygon intersections. As a result, monthly charts (from December to May) were created to show the spatial distribution of zones with a 50% occurrence frequency. The time series of the annual average of this indicator demonstrates a positive trend. The seasonal variations of the polynyas show a distinct pattern: in the first half of the season, the polynyas in the western part of the sea are typically open and wide. However, during spring, the extent of polynyas in the eastern part increases, while those in the western part decrease. This positive trend is observed in both parts of the sea throughout the season, with significant values noted during the spring months (April and May) in the western area. This is particularly important, as the polynya during this period marks the beginning of summer melting, which can have significant implications. By analyzing all polynas polygons from the study period (1997–2023), we identified polygons of recurring polynyas (with a 75% occurrence frequency) and stable polynyas (with a 50% occurrence frequency). It was discovered that the criterion for recurring polynyas corresponds only to a small section along the fast ice of Teresa Klavens and Thaddeus Bays. Notably, the Western New Siberian polynya has a 50% occurrence frequency and is located in a narrow strip northwest of Kotelny Island. Previous studies indicate that this section is part of the Great Siberian Polynya; however, it is evident that its development has been limited in recent decades. In contrast, the sections of the Northern-Eastern Taimyr and Anabro-Lena polynyas are significantly larger and exhibit high occurrence frequencies. This scenario may be linked to changes in large-scale atmospheric circulation and the dominance of western circulation patterns.

About the authors

A. B. Timofeeva

Arctic and Antarctic Research Institute

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

A. V. Rubchenia

N.N. Zubov’s State Oceanographic Institute, Roshydromet

Email: tianna@aari.ru
Russian Federation, Moscow

R. I. May

Arctic and Antarctic Research Institute; Krylov State Research Center

Email: tianna@aari.ru
Russian Federation, Saint Petersburg; Saint Petersburg

References

  1. Astakhov A.S., Babich V.V., Gukov A.Y., Alatorcev A.V. The winter Laptev Sea polynya and Arctic Oscilllation during the last 300 years. Reconstructions on geochemical proxy. Doklady Rossijskoj akademii nauk. Nauki o Zemle. 2023, 511 (1): 86–92. https://doi.org/10.31857/S2686739723600406 [In Russian].
  2. Afanasyeva E.V., Alekseeva T.A., Sokolova J.V., Demchev D.M., Chufarova M.S., Bychenkov Yu.D., Devyataev O.S. AARI methodology for sea ice charts composition. Rossiyskaya Arktika. Russian Arctic. 2019, 7: 5–20. https://doi.org/10.24411/2658-4255-2019-10071 [In Russian].
  3. Borodachev V.E., Gavrilo V.P., Kazanskiy M.M. Slovar’ morskih ledovyh terminov. Dictionary of sea ice terminology. Leningrad: Hydrometeoizdat, 1994: 127 p. [In Russian].
  4. Vize V.Yu. Seas of the Soviet Arctic. Moscow – Leningrad: Glavsevmorput Publishing House, 1948: 414 p. [In Russian].
  5. Gorbunov Yu.A., Gudkovich Z.M., Appel I.L. Features of ice drift in the southeastern part of the Laptev Sea. POLEKS-Sever-76, Сh. N. Leningrad: Hydrometeoizdat, 1979: 45–65 [In Russian].
  6. Gukov A.Y. Ecosystem of the Siberian polynya. Moscow: Nauchny Mir, 1999: 334 p. [In Russian].
  7. Dumanskaya I.O. Ice conditions of the seas of the Asian part of Russia. Obninsk: Publishing house of IG-SOCIN, 2017: 640 p. [In Russian].
  8. Egorov A.G. The Russian Arctic seas ice age composition and thickness variation in winter periods at the beginning of the 21st century. Problemy Arktiki i Antarktiki. Arctic and Antarctic Research. 2020, 66 (2): 124–143. https://doi.org/10.30758/0555-2648-2020-66-2-124-143 [In Russian].
  9. Egorov A.G., Pavlova E.A. Change in the time of stable ice formation in the Russian Eastern Arctic seas at the beginning of 21st century. Problemy Arktiki i Antarktiki. Arctic and Antarctic Research. 2019, 65 (4): 389–404. https://doi.org/10.30758/0555-2648-2019-65-4-389-404 [In Russian].
  10. Zakharov V.F. The role ofpolynia in the Laptev Sea hydrochemical and ice regime. Okeanologiya. Oceanology. 1966, 24: 168–179 [In Russian].
  11. Karelin I.D., Karklin V.P. Landfast ice and flaw polynyas of the Arctic seas of Siberian offshore in late XX – early XXI century. Saint Petersburg: Publishing house of AARI, 2012: 180 p. [In Russian].
  12. Krutskikh B.A., Lagutin B.L. Hydrometeorological conditions of the seas shelf zone of the USSR. Volume 11. Laptev Sea. Leningrad: Hydrometeoizdat, 1986. [In Russian].
  13. Kupetsky V.N. Stationary polynyas in freezing seas. Vestnik Akademii nauk. Bulletin of the Academy of Sciences. 1959, 12: 172 p. [In Russian].
  14. May R., Ganieva K, Topaj A., Yulin A. Frequency of occurrence of fast ice calculated from polygons of digitized ice charts (by the example of the Kara Sea). Kriosfera Zemli. Earth’s Cryosphere. 2022, 26 (5): 29–40. https://doi.org/10.15372/KZ20220503 [In Russian].
  15. Makshtas A.P. Thermal balance of Arctic ice in summer. Leningrad: Hydrometeoizdat, 1984: 67 p. [In Russian].
  16. World Data Center for Sea Ice. Retrieved from: http://wdc.aari.ru/datasets/d0004 Last access: October 6, 2023. [In Russian].
  17. Morozov E.G., Pisarev S.V. Internal waves and the formation of a polynya in the Laptev Sea. Doklady Akademii Nauk SSSR. Reports of the Academy of Sciences. 2004, 398 (2): 255–258.
  18. Review of hydrometeorological processes in the North Polar region in 2020. ISSN 2618-6721. Saint Petersburg: AARI, 2021. [In Russian].
  19. Dangerous ice phenomena for navigation in the Arctic. Saint Petersburg: AARI, 2010: 320 p. [In Russian].
  20. Timofeeva A.B., Sharatunova M.V., Prokhorova U.V. Estimation of fast ice thickness multiyear variability in the Russian Arctic seas according to polar stations data. Problemy Arktiki I Antarktiki. Arctic and Antarctic Research. 2023: 69 (3): 310–330 [In Russian].
  21. Cavalieri D.J., Martin S. The contribution of Alaskan, Siberian, and Canadian coastal polynyas to the halocline layer of Arctic Ocean. Journ. of Geophys. Research. 1994, 99 (C9): 18343–18362.
  22. Comiso J.J. Large decadal decline of the arctic multiyear ice cover. Journ. of Climatology. 2012, 25: 1176–1193.
  23. JCOMM Technical Report No. 23, SIGRID-3: A vector archive format for sea ice georeferenced information and data. 2014.
  24. Fiedler E.K., Lachlan‐Cope T.A., Renfrew I.A., King J.C. Convective heat transfer over thin ice covered coastal polynyas. Journ. of Geophys. Research. 2010, 115: C10051. https://doi.org/10.1029/2009JC005797
  25. Kassens H., Thiede J. Climatological significance of Arctic Sea ice at present and in the past. Russian-German Cooperation in the Siberian shelf seas: geo-system Laptev-Sea. 1994: 144 (1).
  26. Petty A.A., Stroeve J.C., Holland P.R., Boisvert L.N., Bliss A.C., Kimura N., Meier W.N. The Arctic sea ice cover 2016: a year of record-low highs and higher-than-expected lows. The Cryosphere. 2018, 12 (2): 433–453. http://doi.org/10.5194/tc-12-433-2018
  27. Serreze M.C., Stroeve J., Barrett A.P., Boisvert L.N. Summer atmospheric circulation anomalies over the Arctic Ocean and their influences on September sea ice extent: A cautionary tale. Journ. of Geophys. Research. Atmosphere. 2016, 121: 11463–11485. https://doi.org/10.1002/2016JD025161
  28. Timofeeva A., May R., Rubchenia A. Estimation of landfast ice occurrence frequency in the Laptev Sea based on the polygons analysis of electronic ice charts. Proc. of the Thirty-fourth (2024) International Ocean and Polar Engineering Conference. Rhodes, Greece, June 16–21, 2024.
  29. Willmes S., Adams S., Schroder D., Heinemann G. Spatio-temporal variability of polynya dynamics and ice production in the Laptev Sea between the winters of 1979/80 and 2007/08. Polar Research. 2011, 30 (5971): 1–16. https://doi.org/10.3402/polar.v30i0.5971
  30. World Meteorological Organization. Sea ice Nomenclature; WMO, 2014: 259.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 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».