Том 37, номер 05, статья № 9

Аннотация:

Процессы разрушения (опрокидывания) планетарных волн Россби (ОВР) вносят значительную изменчивость в стратосферную циркуляцию. Используя метод идентификации ОВР, адаптированный к условиям циркуляции в стратосфере, анализируются климатология и долговременная изменчивость ОВР в средней стратосфере. В основе метода лежит анализ геометрии контуров потенциальной завихренности (PV – potential vorticity) на уровне 850 К по данным ERA5 для диапазона завихренности 0–400 PVU (единицы PV), выделенного на основании климатологии поля PV. Показано, что ОВР имеет внутрисезонные особенности. Наиболее часто волны разрушаются в северных частях Восточной Азии и Тихого океана с октября по декабрь, а также в апреле и марте; в январе и феврале не выявлено областей с преобладанием процессов ОВР. Мы получили статистически значимое увеличение количества ОВР в начале зимы (октябрь–декабрь) и в конце (март–апрель). Для середины зимы (январь–февраль) были получены незначимые отрицательные тренды. Результаты настоящей работы могут быть использованы при анализе долговременной изменчивости стратосферной циркуляции, в том числе возникновения стратосферных аномалий, предшествующих внезапным стратосферным потеплениям.

Ключевые слова:

разрушение (опрокидывание) планетарных волн, стратосфера, стратосферный полярный вихрь, внезапные стратосферные потепления, потенциальная завихренность, контуры равной потенциальной завихренности

Иллюстрации:

Список литературы:

1. Holton J.R. Introduction to Dynamic Meteorology. 4th ed. Amsterdam: Elsevier, 2004. 535 p.
2. Charney J.G., Drazin P.G. Propagation of planetary-scale disturbances from the lower into the upper atmosphere // J. Geophys. Res. 1961. V. 66, N 1. P. 83–109.
3. McIntyre M.E., Palmer T.N. Breaking planetary waves in the stratosphere // Nature. 1983. V. 305, N 5935. P. 593–600.
4. Krupchatnikov V.N., Borovko I.V. Rossby wave breaking and blocking events associated with some atmospheric circulation regimes in the Northern Hemisphere based on a climate system model (PlaSim-ICMMG-1.0) // IOP Conf. Ser.: Earth Environ. Sci. 2020. V. 611. P. 012015.
5. Baldwin M.P., Ayarzagüena B., Birner T., Butchart N., Butler A.H., Charlton-Perez A.J., Domeisen D.I.V., Garfinkel C.I., Garny H., Gerber E.P., Hegglin M.I., Langematz U., Pedatella N.M. Sudden stratospheric warmings // Rev. Geophys. 2021. V. 59, N 1. P. e2020RG000708.
6. Зоркальцева О.С., Антохина О.Ю., Антохин П.Н. Долговременная изменчивость параметров внезапных стратосферных потеплений по данным реанализа ERA5 // Оптика атмосф. и океана. 2023. Т. 36, № 3. С. 200–208; Zorkaltseva O.S., Antokhina O.Yu., Antokhin P.N. Long-term variations in parameters of sudden stratospheric warmings according to ERA5 reanalysis data // Atmos. Ocean. Opt. 2023. V. 36, N 4. P. 370–378.
7. Charlton A.J., Polvani L.M. A new look at stratospheric sudden warmings. Part I: Climatology and modeling benchmarks // J. Clim. 2007. V. 20, N 3. P. 449–469.
8. Labitzke K. Interannual variability of the winter stratosphere in the Northern Hemisphere // Mon. Weather Rev. Am. Meteorol. Soc. 1977. V. 105, N 6. P. 762–770.
9. Labitzke K. The amplification of height wave 1 in January 1979: A characteristic precondition for the major warming in February // Mon. Weather Rev. 1981. V. 109, N 5. P. 983–989.
10. Bancalá S., Krüger K., Giorgetta M. The preconditioning of major sudden stratospheric warmings // J. Geophys. Res.: Atmos. 2012. V. 117, N D4 . P. 0148–0227.
11. Limpasuvan V., Thompson D.W.J., Hartmann D.L. The life cycle of the Northern Hemisphere sudden stratospheric warmings // J. Clim. 2004. V. 17, N 13. P. 2584–2596.
12. Zorkaltseva O. Amplitude of planetary wave 1, 2, 3 in the stratosphere from 1979 to 2022. Zenodo. 2023. URL: https://doi.org/10.5281/zenodo.10011889.
13. McIntyre M.E., Palmer T.N. The “surf zone” in the stratosphere // J. Atmos. Terr. Phys. 1984. V. 46, N 9. P. 825–849.
14. Baldwin M.P., Holton J.R. Climatology of the stratospheric polar vortex and planetary wave breaking // J. Atmos. Sci. 1988. V. 45, N 7. P. 1123–1142.
15. Knox J.A., Harvey V.L. Global climatology of inertial instability and Rossby wave breaking in the stratosphere // J. Geophys. Res.: Atmos. 2005. V. 110, N D6. P. n/a-n/a.
16. Hitchman M.H., Huesmann A.S. A Seasonal Climatology of Rossby Wave Breaking in the 320–2000-K Layer // J. Atmos. Sci. 2007. V. 64, N 6. P. 1922–1940.
17. Abatzoglou J.T., Magnusdottir G. Wave breaking along the stratospheric polar vortex as seen in ERA-40 data // Geophys. Res. Lett. 2007. V. 34, N 8. P. L08812.
18. Greer K., Thayer J.P., Harvey V.L. A climatology of polar winter stratopause warmings and associated planetary wave breaking // J. Geophys. Res.: Atmos. 2013. V. 118, N 10. P. 4168–4180.
19. Gochakov A.V., Antokhina O.Yu., Krupchatnikov V.N., Martynova Yu.V. Method for identifying and clustering Rossby wave breaking events in the Northern Hemisphere // Russ. Meteorol. Hydrol. 2021. V. 46, N 1. P. 10–18.
20. Gochakov A.V., Antokhina O.Yu., Krupchatnikov V.N., Martynova Yu.V. Long-term variability of Rossby wave breaking in the subtropical jet stream area // Russ. Meteorol. Hydrol. 2022. V. 47, N 2. P. 79–88.
21. Zorkaltseva O. Ssw events_1979_2021. DOI: 10.5281/zenodo.7454265.
22. Hersbach H., Bell B., Berrisford P., Hirahara S., Horányi A., Muñoz-Sabater J., Nicolas J., Peubey C., Radu R., Schepers D., Simmons A., Soci C., Abdalla S., Abellan X., Balsamo G., Bechtold P., Biavati G., Bidlot J., Bonavita M., Chiara G. The ERA5 global reanalysis // Q. J. R. Meteorol. Soc. 2020. V. 146, N 730. P. 1999–2049.
23. Harvey V.L. A climatology of stratospheric polar vortices and anticyclones // J. Geophys. Res. 2002. V. 107, N D20.
24. Tung K.K., Lindzen R.S. A theory of stationary long waves. Part II: Resonant Rossby waves in the presence of realistic vertical shears // Mon. Weather Rev. 1979. V. 107, N 6. P. 735–750.
25. Held I.M., Ting M., Wang H. Northern winter stationary waves: Theory and modeling // J. Clim. 2002. V. 15, N 16. P. 2125–2144.
26. Garfinkel C.I., White I., Gerber E.P., Jucker M., Erez M. The building blocks of Northern Hemisphere wintertime stationary waves // J. Clim. 2020. V. 33, N 13. P. 5611–5633.
27. Zyulyaeva Yu.A., Zhadin E.A. Analysis of three-dimen­sional Eliassen-Palm fluxes in the lower stratosphere // Russ. Meteorol. Hydrol. 2009. V. 34, N 8. P. 483–490.
28. Scott R.K., Dritschel D.G., Polvani L.M., Waugh D.W. Enhancement of Rossby wave breaking by steep potential vorticity gradients in the winter stratosphere // J. Atmos. Sci. 2004. V. 61, N 8. P. 904–918.
29. Гурьянов В.В., Елисеев А.В., Мохов И.И., Переведенцев Ю.П. Волновая активность и ее изменения в тропосфере и стратосфере Северного полушария зимой в 1979–2016 гг. // Изв. РАН. Физ. атмосф. и океана. 2018. Т. 54, № 2. С. 133–146.
30. Quiroz R.S. The association of stratospheric warmings with tropospheric blocking // J. Geophys. Res. 1986. V. 91, N D4. P. 5277.
31. Kim B.-M., Son S.-W., Min S.-K., Jeong J.-H., Kim S.-J., Zhang X., Shim T., Yoon J.-H. Weakening of the stratospheric polar vortex by Arctic sea – ice loss // Nature Commun. 2014. V. 5, N 1. P. 4646.
32. Tyrlis E., Manzini E., Bader J., Ukita J., Nakamura H., Matei D. Ural Blocking driving extreme Arctic sea ice loss, cold Eurasia, and stratospheric vortex weakening in autumn and early winter 2016–2017 // J. Geophys. Res.: Atmos. 2019. V. 124, N 21. P. 11313–11329.
33. Peings Y. Ural Blocking as a driver of early-winter stratospheric warmings // Geophys. Res. Lett. 2019. V. 46, N 10. P. 5460–5468.
34. Chen X., Luo D., Wu Y., Dunn-Sigouin E., Lu J. Nonlinear response of atmospheric blocking to early winter Barents-Kara Seas warming: An idealized model study // J. Clim. 2020. V. 34, N 6. P. 1–42.
35. Zhou H., Fan K. Decadal change of the linkage between sea ice over the Barents–Kara Seas in November-December and the stratospheric polar vortex in subsequent January // J. Meteorol. Res. 2022. V. 36, N 4. P. 601–617.
36. Антохина О.Ю., Антохин П.Н., Зоркальцева О.С., Гочаков А.О., Мартынова Ю.В., Мордвинов В.И. Изменение отклика приземной температуры воздуха на колебания повторяемости блокирования в Атлантико-Евроазиатском секторе в осенне-зимний период // Метеорол. и гидрол. 2023. № 11. С. 5–19.