Том 39, номер 01, статья № 6

Аннотация:

Изучение устойчивости стратосферного полярного вихря является ключевым для понимания долгосрочной динамики атмосферы, механизмов стратосферно-тропосферного взаимодействия и их роли в формировании региональных климатических аномалий, особенно в условиях быстрых климатических изменений. Зимний период 2024/2025 г. характеризовался аномальной устойчивостью стратосферного полярного вихря (СПВ) до середины февраля, обусловленной сочетанием слабого потока волновой активности из тропосферы и интенсивных зональных ветров, создававших барьер для вертикального переноса волн. Лидарные измерения в районе Томска в феврале зафиксировали рекордно низкие температуры (-85 °C) на высотах 15–20 км и образование полярных стратосферных облаков, что подтверждает уникальность стратосферных условий. В ноябре – январе наблюдались слабые процессы опрокидывания волн Россби и преобладание зональной циркуляции над Евразией; финальное ослабление СПВ в начале марта сопровождалось резкой перестройкой стратосферной циркуляции. Полученные результаты важны для понимания механизмов устойчивости СПВ и их влияния на динамику атмосферы.

Ключевые слова:

стратосфера, тропосфера, полярный вихрь, внезапные стратосферные потепления, распространение волн, аномалия температуры, полярные стратосферные облака

Иллюстрации:

Список литературы:

1. Holton J.R. Introduction to Dynamic Meteorology. 4th Edition. 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. DOI: 10.1029/JZ066i001p00083.
3. McIntyre M.E., Palmer T.N. Breaking planetary waves in the stratosphere // Nature. 1983. V. 305, N 5935. P. 593–600. DOI: 10.1038/305593a0.
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. DOI: 10.1088/1755-1315/611/1/012015.
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. DOI: 10.1029/2020RG000708.
6. Cullens C.Y., Thurairajah B. Gravity wave variations and contributions to stratospheric sudden warming using long-term ERA5 model output // J. Atmos. Sol.-Terr. Phys. Pergamon. 2021. V. 219. P. 105632. DOI: 10.1016/j.jastp.2021.105632.
7. Okui H., Koshin D., Watanabe S., Sato K. Roles of gravity waves in preconditioning of a stratospheric sudden warming // J. Geophys. Res.: Atmos. 2024. V. 129, N 10. DOI: 10.1029/2023JD039881.
8. Baldwin M.P., Dunkerton T.J. Stratospheric harbingers of anomalous weather regimes // Science. 2001. V. 294, N 5542. P. 581–584. DOI: 10.1126/science.1063315.
9. Kretschmer M., Coumou D., Agel L., Barlow M., Tziperman E., Cohen J. More-persistent weak stratospheric polar vortex states linked to cold extremes // Bull. Am. Meteorol. Soc. 2018. V. 99, N 1. P. 49–60. DOI: 10.1175/bams-d-16-0259.1.
10. Zhang C., Zhang J., Maycock A.C., Tian W. Distinct tropospheric anomalies during sudden stratospheric warming events accompanied by strong and weak Ural Ridge // Clim. Atmos. Sci. 2024. V. 7, N 1. DOI: 10.1038/s41612-024-00826-8.
11. Perlwitz J., Harnik N. Observational evidence of a stratospheric influence on the troposphere by planetary wave reflection // J. Climate. 2003. V. 16. P. 3011–3026. DOI: 10.1175/1520-0442(2003)016<3011:OEOASI>2.0.CO;2.
12. Sun L., Robinson W.A., Chen G. The predictability of stratospheric warming events: More from the troposphere or the stratosphere? // J. Atmos. Sci. 2012. V. 69, N 2. P. 768–783. DOI: 10.1175/jas-d-11-0144.1.
13. Zhang P., Wu Y., Simpson I.R., Smith K.L., Zhang X., De B., Callaghan P. A stratospheric pathway linking a colder Siberia to Barents-Kara Sea ice loss // Sci. Adv. 2018. V. 4, N 7. DOI: 10.1126/sciadv.aat6025.
14. 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. 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.
15. Goncharenko L.P., Harvey V.L., Greer K.R., Zhang S., Coster A.J., Paxton L.J. Impact of September 2019 Antarctic sudden stratospheric warming on mid-latitude ionosphere and thermosphere over North America and Europe // Geophys. Res. Lett. 2021. V. 48, N 15. DOI: 10.1029/2021gl094517.
16. Wang F., Tang J., Shan X., Zhang H., Li N., Zhang Y., Jin R., Xu T. The ionospheric response during the 2013 stratospheric sudden warming over the East Asia region // Adv. Space Res. 2024. V. 74, N 10. P. 4918–4929. DOI: 10.1016/j.asr.2024.07.063.
17. Zorkaltseva O.V., Saunkin A.V., Vasilyev R.V., Gavrilyeva G.A., Artamonov M.P., Antokhina O.Yu. . Effects of sudden stratospheric warmings on airglow emissions layers over Siberia // Adv. Space Res. 2025. V. 75, N 7. P. 5603–5614. DOI: 10.1016/j.asr.2025.01.054.
18. Zhang Y., Yi Y., Ren X., Liu Y. Statistical characteristics and long-term variations of major sudden stratospheric warming events // J. Meteorol. Res. 2021. V. 35, N 3. P. 416–427. DOI: 10.1007/s13351-021-0166-3.
19. Зоркальцева О.С., Антохина О.Ю., Гочаков А.В., Артамонов М.Ф. Эволюция стратосферного полярного вихря на примере зимних периодов 2022–2024 гг. // Солнечно-земная физика. 2025 Т. 11, № 2. DOI: 10.12737/szf-822025ХХ.
20. Vargin P., Smyshlyaev S., Guryanov V., Chubarova N., Ionov D., Bankova T., Ivanova N., Solomatnikova A. A study of the low-ozone episode over Scandinavia and Northwestern Russia in March 2025 // Atmosphere. 2025. V. 16, N 9. P. 1033. DOI: 10.3390/atmos16091033.
21. An early but interesting end to the 2024–2025 polar vortex season. URL: https://www.climate.gov/news-features/blogs/polar-vortex (last access: 17.08.2025).
22. Hersbach H., Bell B., Berrisford P., Hirahara Sh., 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., de Chiara G., Dahlgren P., Dee D., Diamantakis M., Dragani R., Flemming J., Forbes R., Fuentes M., Geer A., Haimberger L., Healy S., Hogan R.J., Hólm E., Janisková M., Keeley S., Laloyaux P., Lopez Ph., Lupu C., Radnoti G., de Rosnay P., Rozum I., Vamborg F., Villaume S., Thépaut J.-N. The ERA5 global reanalysis // Q. J. R. Meteorol. Soc. 2020. V. 146, N 730. P. 1999–2049. DOI: 10.1002/qj.3803.
23. Kalnay E., Kanamitsu M., Kistler R., Collins W., Deaven D., Gandin L. The NCEP/NCAR 40-year Reanalysis Project // Bull. Am. Meteorol. Soc. 1996. V. 77, N 3. P. 437–471. DOI: 10.1175/1520-0477(1996)077<0437:TNYRP>2.0.CO;2.
24. Антохина О.Ю., Гочаков А.В., Зоркальцева О.С., Антохин П.Н., Крупчатников В.Н. Опрокидывание волн Россби в стратосфере. Часть I. Климатология и долговременная изменчивость // Оптика атмосф. и океана. 2024. Т. 37, № 5. С. 415–422. DOI: 10.15372/AOO20240509; Antokhina O.Yu., Gochakov A.V., Zorkaltseva O.S., Antokhin P.N., Krupchatnikov V.N. Rossby wave breaking in the stratosphere: Part I – Climatology and long-term variability // Atmos. Ocean. Opt. 2024. V. 37, N 4. P. 514–521.
25. Антохина О.Ю., Гочаков А.В., Зоркальцева О.С., Антохин П.Н., Крупчатников В.Н., Артамонов М.Ф. Опрокидывание волн Россби в стратосфере. Часть II. Условия возникновения внезапных стратосферных потеплений // Оптика атмосф. и океана. 2025. Т. 38, № 5. С. 358–366. DOI: 10.15372/AOO20250505; Antokhina O.Yu., Gochakov A.V., Zorkal’tseva O.S., Antokhin P.N., Krupchatnikov V.N., Artamonov M.F. Breaking of Rossby waves in the stratosphere: Part II – Factors leading to sudden stratospheric warmings // Atmos. Ocean. Opt. 2025. V. 38, N 5. P. 564–575.
26. Plumb R.A. On the three-dimensional propagation of stationary waves // J. Atmos. Sci. 1985. V. 42, N 3. P. 217–229. DOI: 10.1175/1520-0469(1985)042<0217:OTTDPO>2.0.CO;2.
27. Бобровников С.М., Жарков В.И., Зайцев Н.Г., Трифонов Д.А. Применение комбинированного метода фоторегистрации в лидарных измерениях температуры атмосферы на главном зеркале Сибирской лидарной станции // Оптика атмосф. и океана. 2023. Т. 36, № 10. С. 839–845. DOI: 10.15372/AOO20231008; Bobrovnikov S.M., Zharkov V.I., Zaitcev N.G., Trifonov D.A. Combined lidar signal registration technique for atmospheric temperature measurements with the primary mirror of the Siberian Lidar Station // Atmos. Ocean. Opt. 2024. V. 37, N 1. P. 24–30.
28. Балугин Н.В., Маричев В.Н., Юшков В.А., Фомин Б.А., Бочковский Д.А. Аэрозольное зондирование тропосферы и стратосферы с помощью лидарных и аэрологических технологий // Оптика атмосф. и океана. 2024. Т. 37, № 2. С. 99–104. DOI: 10.15372/AOO20240201; Balugin N.V., Marichev V.N., Yushkov V.A., Fomin B.A., Bochkovskiy D.A. Aerosol sounding of the troposphere and stratosphere by lidar and aerological technologies // Atmos. Ocean. Opt. 2024. V. 37, N 3. P. 338–342.
29. Черемисин А.А., Маричев В.Н., Новиков П.В. Перенос полярных стратосферных облаков из Арктики к Томску в январе 2010 г. // Оптика атмосф. и океана. 2013. Т. 26, № 2. С. 93–99. DOI: 10.5194/acp-17-3067-2017; Cheremisin A.A., Marichev V.N., Novikov P.V. Transport of polar stratospheric clouds from the Arctic to Tomsk in January 2010 // Atmos. Ocean. Opt. 2013. V. 26, N 6. P. 492–498.
30. Маричев В.Н., Бочковский Д.А. Лидарные исследования термического режима стратосферы над Томском за 2012–2015 гг. // Оптика атмосф. и океана. 2018. Т. 31, № 1. С. 28–37. DOI: 10.15372/AOO20180105.
31. Антохина О.Ю., Бобровников С.М., Жарков В.И., Зоркальцева О.С., Трифонов Д.А. Особенности вертикального распределения температуры над г. Томском во время внезапного стратосферного потепления зимой 2023 г. по данным Сибирской лидарной станции // Оптика атмосф. и океана. 2024. Т. 37, № 11. С. 947–953. DOI: 10.15372/AOO20241107; Antokhina O.Yu., Bobrovnikov S.M., Zharkov V.I., Zorkaltseva O.S., Trifonov D.A. Features of the vertical distribution of air temperature over Tomsk during sudden stratospheric warming in winter 2023 according to data from the Siberian Lidar Station // Atmos. Ocean. Opt. 2025. V. 38, N 1. P. 59–64.
32. Агеева В.Ю., Груздев А.Н., Елохов А.С., Мохов И.И., Зуева Н.Е. Внезапные стратосферные потепления: статистические характеристики и влияние на общее содержание NO₂ и O₃ // Изв. РАН. Физ. атмосф. и океана. 2017. Т. 53, № 5. С. 545–555. DOI: 10.7868/S0003351517050014.
33. Butler A.H., Domeisen D.I.V. The wave geometry of final stratospheric warming events // Weather Clim. Dyn. 2021. V. 2, N 2. P. 453–474. DOI: 10.5194/wcd-2-453-2021-2021.
34. Stratosphere – Troposphere Monitoring. URL: https://www.cpc.ncep.noaa.gov/products/ stratosphere/strat-trop/ (last access: 17.08.2025).
35. WACCM Download Subset. URL: https://www.acom.ucar.edu/waccm/download (last access: 01.05.2025).
36. Ugolnikov O.S. Winter noctilucent clouds following sudden stratospheric warming: First observations // J. Atmos. Sol.-Terr. Phys. 2025. P. 106507–106507. DOI: 10.1016/j.jastp.2025.106507\z.
37. Zhang Z., Cui H., Qiao F., Chen B., Song Y., Sun X., Gao C. Effect of the blocking High-East Asian trough on three extreme cold events in Eastern Asia // Adv. Atmos. Sci. 2024. V. 42. P. 892–903. DOI: 10.1007/s00376-024-4029-6.
38. Yang Z., Huang W., Chen R., Lin D., Wang B., Ma W. Ural blocking and the amplitude of wintertime cold surges over North China detected by a cooling algorithm // Atmosphere. 2024. V. 15, N 6. P. 623. DOI: 10.3390/atmos15060623.
39. Li Z., Dai G., Mu M. Effects of stratospheric warming on Ural blocking events in winter // J. Geophys. Res.: Atmos. 2024. V. 129, N 2. DOI: 10.1029/2023JD039672.
40. Luo D., Xiao Y., Yao Y., Dai A., Simmonds I., Franzke C.L.E. Impact of Ural blocking on winter warm Arctic–cold Eurasian anomalies. Part I: Blocking-induced amplification // J. Clim. 2016. V. 29, N 11. P. 3925–3947. DOI: 10.1175/jcli-d-15-0611.1.
41. Murto S., Caballero R., Svensson G., Papritz L. Interaction between Atlantic cyclones and Eurasian atmospheric blocking drives wintertime warm extremes in the high Arctic // Weather Clim. Dyn. 2022. V. 3, N 1. P. 21–44. DOI: 10.5194/wcd-3-21-2022.
42. 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. DOI: 10.1175/1520-0493(1977)105<0762:IVOTWS>2.0.CO;2.
43. Варгин П.Н., Кострыкин С.В., Ракушина Е.В., Володин Е.М., Погорельцев А.И. Исследование изменчивости дат весенних перестроек циркуляции стратосферы и объема полярных стратосферных облаков в Арктике по данным моделирования и реанализа // Изв. РАН. Физ. атмосф. и океана. 2020. Т. 56, № 5. C. 1–13. DOI: 10.31857/S0002351520050119.
44. Muller H.G., Whitehurst G.A., O’Neill A. Stratospheric warmings and their effects on the winds in the upper atmosphere during the winter of MAP/WINE 1983–1984 // J. Atmos. Sol.-Terr. Phys. 1985. V. 47, N 11. P. 1143–1147. DOI: 10.1016/0021-9169(85)90032-7.
45. Hansen G., Chipperfield M.P. Ozone depletion at the edge of the Arctic polar vortex 1996/1997 // J. Geophys. Res.: Atmos. 1999. V. 104, N D1. P. 1837–1845. DOI: 10.1029/1998jd100021.
46. Vargin P.N., Koval A.V., Guryanov V.V. Arctic stratosphere dynamical processes in the winter 2021–2022 // Atmosphere. 2022. V. 13, N 10. P. 1550. DOI: 10.3390/atmos13101550.
47. Sumerova K.A., Vargin P.N., Lukyanov A.N., Khan V.M. Analysis of tropospheric and stratospheric circulation conditions that contributed to the formation of cold waves in the northwest and center of European Russia in December 2021 // Russ. Meteorol. Hydrol. 2023. V. 48, N 11. P. 931–945. DOI: 10.3103/s106837392311002x.
48. Цветкова Н.Д., Варгин П.Н., Лукьянов А.Н., Кирюшов Б.М., Юшков В.А., Хаттатов В.У. Исследование химического разрушения озона и динамических процессов в стратосфере Арктики зимой 2019–20 г. // Метеорол. и гидрол. 2021. № 9. С. 70–83. DOI: 10.5194/acp-20-5349-2020.
49. Wohltmann I., Gathen P., Lehmann R., Deckelmann H., Manney G.L., Davies J., Tarasick D., Jepsen N., Kivi R., Lyall N., Rex M. Chemical evolution of the exceptional arctic stratospheric winter 2019/2020 compared to previous Arctic and Antarctic winters // J. Geophys. Res.: Atmos. 2021. V. 126, N 18. DOI: 10.1029/2020jd034356.
50. Lawrence Z.D., Perlwitz J., Butler A.H., Manney G.L., Newman P.A., Lee S.H., Nash E.R The remarkably strong Arctic stratospheric polar vortex of winter 2020: Links to record-breaking Arctic Oscillation and ozone loss // J. Geophys. Res.: Atmos. 2020. V. 125, N 22. DOI: 10.1029/2020jd033271.
51. 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.
52. Holton J.M., Tan H.-C. The Quasi-Biennial Oscillation in the Northern Hemisphere lower stratosphere // J. Met. Soc. Jpn. Ser. II. 1982. V. 60, N 1. P. 140–148. DOI: 10.2151/jmsj1965.60.1_140.
53. Yeh S.-W., Cai W., Min S.-K., McPhaden M.J., Dommenget D., Dewitte B., Collins M., Ashok K., An S.-I., Yim B.-Y., Kug J.-S. ENSO atmospheric teleconnections and their response to greenhouse gas forcing // Rev. Geophys. 2018. V. 56, N 1. P. 185–206. DOI: 10.1002/2017RG000568.
54. Yeh S.-W., Yi D.-W., Sung M.-K., Kim Y. H. An eastward shift of the North Pacific Oscillation after the mid-1990s and its relationship with ENSO // Geophys. Res. Lett. 2018. V. 45, N 13. P. 6654–6660. DOI: 10.1029/2018GL078671.
55. Zhu Y., Wang T., Wang H. Relative contribution of the anthropogenic forcing and natural variability to the interdecadal shift of climate during the late 1970s and 1990s // Sci. Bull. 2016. V. 61, N 5. P. 416–424. DOI: 10.1007/s11434-016-1012-3.