Том 38, номер 04, статья № 5

Аннотация:

Полярный стратосферный вихрь в Северном полушарии Земли в зимний период значительно варьирует от года к году. Эти вариации периодически приводят к возникновению внезапных стратосферных потеплений (ВСП). Такие события значительно меняют циркуляцию и химический состав полярной стратосферы. На основе данных реанализа ERA5 проведено исследование колебаний полярной стратосферы Северного полушария с 1979 по 2023 г. На основе метода текущих спектров исследована изменчивость периодичности волновых процессов в полярной стратосфере для разных временных промежутков. В качестве основного индикатора волновых свойств стратосферы используется поле вертикальной компоненты скорости ветра в области между 60 и 90° с.ш. Показано, что в отдельные годы колебания стратосферы совпадают по периоду или находятся вблизи периодов главных волн (двухнедельного и месячного) лунного гравитационного прилива. Обсуждаются причины и следствия такой синхронизации колебательных процессов в стратосфере с лунным гравитационным приливом. Результаты исследования позволяют лучше понять механизмы формирования и протекания ВСП, а также изучить прогнозирование таких событий.

Ключевые слова:

средняя атмосфера, внезапные стратосферные потепления, полярный стратосферный вихрь, лунный гравитационный прилив, собственные колебания атмосферы

Иллюстрации:

Список литературы:

1. Scherhag R. Die explosionsartigen Stratospherenerwarmingen des Spatwinters, 1951–1952 // Ber. Deut. Wetterd. 1952. N 6. P. 51–63.
2. Baldwin M.P., Ayarzaguena B., Birner T., Butchart N., Butler A.H., Charlton-Perez A.J., Domeisen D.I.V., Garfinkel Ch.I., Garny H., Gerber E.P., Hegglin M.I., Langematz U., Pedatella N.M. Sudden stratospheric warmings // Rev. Geophys. 2021. V. 59. P. e2020RG000708. DOI: 10.1029/2020RG000708.
3. Zorkaltseva O.S., Vasilyev R.V. Stratospheric influence on MLT over mid-latitudes in winter by Fabry–Perot interferometer data // Ann. Geophys. 2021. V. 39. P. 267–276. DOI: 10.5194/angeo-39-267-2021.
4. Yasyukevich A.S., Chernigovskaya M.A., Shpynev B.G., Khabituev D.S., Yasyukevich Y.V. Features of winter stratosphere small-scale disturbance during sudden stratospheric warmings // Remote Sens. 2022. V. 14. P. 2798. DOI: 10.3390/rs14122798.
5. Klimenko M.V., Klimenko V.V., Koren’kov Yu.N., Bessarab F.S., Karpov I.V., Ratovsky K.G., Chernigovskaya M.A. Modeling of response of the thermosphere–ionosphere system to sudden stratospheric warmings of years 2008 and 2009 // Cosmic Res. 2013. V. 51, N 1. P. 54–63.
6. Pancheva D., Mukhtarov P. Stratospheric warmings: The atmosphere–ionosphere coupling paradigm // J. Atmos. Sol.-Terr. Phys. 2011. V. 73, N 113. P. 1697–1702. DOI: 10.1016/j.jastp.2011.03.006.
7. Pedatella N. Ionospheric variability during the 2020–2021 SSW: COSMIC-2 observations and WACCM-X simulations // Atmosphere. 2022. V. 13, N 3. Article 368. DOI: 10.3390/atmos13030368.
8. Siddiqui T.A., Yamazaki Y., Stolle C., Maute A., Laštovička J., Edemskiy I.K. Understanding the total electron content variability over Europe during 2009 and 2019 SSWs // J. Geophys. Res.: Space Phys. 2021. V. 126. P. e2020JA028751. DOI: 10.1029/2020JA028751.
9. Butchart N. The Brewer-Dobson circulation // Rev. Geophys. 2014. V. 52. P. 157–184. DOI: 10.1002/2013RG000448.
10. Lawrence Z., Perlwitz J., Butler A., Manney G., Newman P., Lee S., Nash E. The remarkably strong arctic stratospheric polar vortex of winter 2020: Links to recordbreaking Arctic oscillation and ozone loss // J. Geophys. Res. 2020. V. 125. DOI: 10.1029/2020JD033271.
11. Butler A.H., Sjoberg J.P., Seidel D.J., Rosenlof K.H. A sudden stratospheric warming compendium // Earth Syst. Sci. Data. 2017. V. 9. P. 63–76. DOI: 10.5194/essd-9-63-2017.
12. 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. 3, № 36. С. 200–208. DOI: 10.15372/AOO20230306; 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.
13. Мордвинов В.И., Латышева И.В. Теория общей циркуляции атмосферы, изменчивость крупномасштабных движений. M.: Изд-во ИГУ, 2013. 193 с.
14. Holton J.R., Tan H.-C. The influence of the equatorial quasi-biennial oscillation on the global circulation at 50 mb // J. Atmos. Sci. 1980. V. 37. P. 2200–2208. DOI: 10.1175/1520-0469(1980)037<2200:TIOTEQ>2.0.CO;2.
15. Anstey J.A., Osprey S.M., Alexander J., Baldwin M., Butchart N., Gray L., Kawatani Y., Newman P., Richter J. Impacts, processes and projections of the quasi-biennial oscillation // Nat. Rev. Earth Environ. 2022. V. 3. P. 588–603. DOI: 10.1038/s43017-022-00323-7.
16. Domeisen D.I., Garfinkel C.I., Butler A.H. The teleconnection of El Nino Southern Oscillation to the stratosphere // Rev. Geophys. 2019. V. 57. P. 5–47. DOI: 10.1029/2018RG000596.
17. Коваль А.В., Гаврилов Н.М., Головко А.Г., Диденко К.А., Ермакова Т.С. Моделирование влияния вариаций солнечной активности на глобальную атмосферную циркуляцию // Солнечно-земная физика. 2024. Т. 10, № 2. С. 119–126. DOI: 10.12737/szf-102202411.
18. Salminen A., Asikainen T., Maliniemi V., Mursula K. Dependence of sudden stratospheric warmings on internal and externaldrivers // Geophys. Res. Lett. 2020. V. 47. P. e2019GL086444. DOI: 10.1029/2019GL086444.
19. Pogoreltsev A., Savenkova E., Aniskina O., Ermakova T., Chen W., Wei K. Interannual and intraseasonal variability of stratospheric dynamics and stratosphere-troposphere coupling during northern winter // J. Atmos. Sol.-Terr. Phys. 2015. V. 136. P. 187–200. DOI: 10.1016/j.jastp.2015.08.008.
20. Чепмен С., Линдзен Р. Атмосферные приливы. М.: Мир, 1972. 292 с.
21. Сидоренков Н.С., Физика нестабильностей вращения Земли. М.: Физматлит, 2002. 384 с.
22. Pertsev N., Dalin P. Lunar semimonthly signal in cloudiness: Lunar-phase or lunar-declination effect? // J. Atmos. Sol.-Terr. Phys. 2010. V. 72. P. 713–717. DOI: 10.1016/j.jastp.2010.03.013.
23. Forbes J.M., Zhang X., Bruinsma S., Oberheide J. Lunar semidiurnal tide in the thermosphere under solar minimum conditions // J. Geophys. Res.: Space Phys. 2013. V. 118. DOI: 10.1029/2012JA017962.
24. Авсюк Ю.Н. Приливные силы и природные процессы. М.: ОИФЗ РАН, 1996. 188 с.
25. Forbes J.M., Zhang X. Lunar tide amplification during the January 2009 stratosphere warming event: Observations and theory // J. Geophys. Res. 2012. V. 117. P. A12312. DOI: 10.1029/2012JA017963.
26. Yamazaki Y. Solar and lunar ionospheric electrodynamic effects during stratospheric sudden warmings // J. Atmos. Sol.-Terr. Phys. 2014. V. 119. P. 138–146. DOI: 10.1016/j.jastp.2014.08.001.
27. Kumar S., Siddiqui T.A., Stolle C., Pedatella N.M., Pallamraju D. Impact of strong and weak stratospheric polar vortices on geomagnetic semidiurnal solar and lunar tides // Earth Planets Space. 2023. V. 75. DOI: 10.1186/s40623-023-01810-x.
28. Hersbach H., Bell B., Berrisford P., Hirahara S., Horanyi A., Munoz-Sabater J., Nicolas J., Peubey C., Radu R., Schepers D. The ERA5 global reanalysis // Q. J. R. Meteorol. Soc. 2020. V. 146. P. 1999–2049. DOI: 10.1002/qj.3803.
29. Baldwin M.P., Hirooka T., O’Neil A., Yoden S. Major stratospheric warming in the Southern Hemisphere in 2002: Dynamical aspects of the ozone hole split // SPARC Newslett. 2003. V. 20. P. 24–26.
30. Rao J., Garfinkel C.I., White I.P., Schwartz C. The Southern Hemisphere minor sudden stratospheric warming in September 2019 and its predictions in S2S models // J. Geophys. Res.: Atmos. 2020. V. 125. P. e2020JD032723. DOI: 10.1029/ 2020JD032723.
31. Савельева Е.С. Динамика антарктического полярного вихря во время внезапного стратосферного потепления в 2002 г. // Оптика атмосф. и океана. 2020. Т. 33, № 1. С. 50–55. DOI: 10.15372/ AOO20200107.
32. Shpynev B.G., Churilov S.M., Chernigovskaya M.A. Generation of waves by jet stream instabilities in winter polar stratosphere/mesosphere // J. Atmos. Sol.-Terr. Phys. 2015. V. 136. P. 201–215. DOI: 10.1016/j.jastp.2015.07.005.
33. Хабитуев Д.С., Шпынев Б.Г. Циркуляционные структуры в полярной стратосфере Северного полушария во время зим 2019–2021 гг. // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2023. Т. 20, № 5. С. 307–316.
34. Харкевич А.А. Спектры и анализ. М.: ГИФМЛ, 1962. 236 с.
35. Орлов И.И., Ильин Н.В. О текущих спектрах сигналов // Радиолокация. Навигация. Связь. Воронеж: Изд-во ВГУ, 2000. Т. 1. С. 361–365.
36. Кузнецов А.П., Кузнецов С.П., Рыскин Н.М. Нелинейные колебания. М.: Физматлит, 2002. 292 с.