Тренды вертикальной составляющей потока волновой активности в Северном полушарии

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

По данным глобального реанализа атмосферы JRA-55 изучаются долговременные тренды трехмерного потока волновой активности Пламба. Вертикальная компонента потока Пламба характеризует распространение атмосферных планетарных волн, генерируемых в тропосфере, в верхние слои атмосферы и используется для анализа стратосферно-тропосферного динамического взаимодействия. Исследование потока волновой активности проводилось для трех широтных секторов Северного полушария для месяцев с декабря по март, за 64-летний период с 1958 г. Показано, что в январе и марте над Дальним Востоком России наблюдается статистически значимый тренд на увеличение потока волновой активности из тропосферы в стратосферу, что может способствовать возрастанию частоты формирования волн холода в тропосфере средних широт. Исследование стратосферно-тропосферного динамического взаимодействия в целом и потоков волновой активности в частности необходимо для решения задач, связанных как с глобальными и региональными климатическими изменениями, так и с перемешиванием долгоживущих атмосферных компонент.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

К. А. Диденко

Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В. Пушкова РАН; Санкт-Петербургский государственный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: didenko@izmiran.ru
Россия, Троицк; Санкт-Петербург

Т. С. Ермакова

Санкт-Петербургский государственный университет; Российский государственный гидрометеорологический университет

Email: taalika@mail.ru
Россия, Санкт-Петербург; Санкт-Петербург

А. В. Коваль

Санкт-Петербургский государственный университет

Email: a.v.koval@spbu.ru
Россия, Санкт-Петербург

Е. Н. Савенкова

Российский государственный гидрометеорологический университет

Email: savenkova.en@mail.ru
Россия, Санкт-Петербург

Список литературы

  1. Варгин П.Н., Володин Е.М., Карпечко А.Ю., Погорельцев А.И. О стратосферно-тропосферных взаимодействиях // Вестник РАН. Т. 85. № 1. С. 39–46. 2015. https://doi.org/10.7868/S0869587315010181
  2. Гечайте И., Погорельцев А.И., Угрюмов А.И. Волновое взаимодействие стратосфера-тропосфера как предвестник аномальных похолоданий восточной части Балтийского региона // Ученые записки РГММУ. № 43. С. 129–139. 2016.
  3. Погорельцев А.И., Савенкова Е.Н., Перцев Н.Н. Внезапные стратосферные потепления: роль нормальных атмосферных мод // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 54. № 3. С. 387–403. 2014. https://doi.org/10.7868/S0016794014020163
  4. Смышляев С.П., Погорельцев А.И., Галин В.Я., Дробашевская Е.А. Влияние волновой активности на газовый состав стратосферы полярных районов // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 56. № 1. С. 102–116. 2016. https://doi.org/10.7868/S0016794015060152
  5. Andrews D.G., McIntyre M.E. Planetary waves in horizontal and vertical shear: the generalized Eliassen-Palm relation and the mean zonal acceleration // J. Atmos. Sci. V. 33. N 11. Р. 2031–2048. 1976. https://doi.org/10.1175/1520-0469(1976)033<2031:PWIHAV>2.0.CO;2
  6. Baldwin M., Birner T., Brasseur G., et al. 100 years of progress in understanding the stratosphere and mesosphere // Meteor. Mon. V. 59. N 27. P. 27.1–27.62. 2019. https://doi.org/10.1175/AMSMONOGRAPHS-D-19-0003.1
  7. Baldwin M., Dunkerton T. Stratospheric harbingers of anomalous weather regimes // Science. V. 294. N 5542. Р. 581–584. 2001. https://doi.org/10.1126/science.10633
  8. Chan C.J., Plumb R.A. The response to stratospheric forcing and its dependence on the state of the troposphere // J. Atmos. Sci. V. 66. N 7. Р. 2107–2115. 2009. https://doi.org/10.1175/2009JAS2937.1
  9. Charney J., Drazin P. Propagation of planetary-scale disturbances from the lower into the upper atmosphere // J. Geophys. Res. V. 66. N 1. Р. 83–109. 1961. https://doi.org/10.1029/JZ066i001p00083
  10. Chen P., Robinson W. Propagation of planetary waves between the troposphere and stratosphere // J. Atmos. Sci. V. 49. N 24. Р. 2533–2545. 1992. https://doi.org/10.1175/1520-0469(1992)049<2533:POPWBT>2.0.CO;2
  11. Cullens С.Y., Thurairajah B. Gravity wave variations and contributions to stratospheric sudden warming using long-term ERA5 model output // J. Atmos. Sol.-Terr. Phy. V. 219. ID 105632. 2021. https://doi.org/10.1016/j.jastp.2021.105632
  12. Gečaitė I. Climatology of three-dimensional Eliassen-Palm wave activity fluxes in the Northern Hemisphere stratosphere from 1981 to 2020 // Climate. V. 9. N 8. ID 124. 2021. https://doi.org/10.3390/cli9080124
  13. Gelaro R., McCarty W., Suarez M. J. et al. The modern-era retrospective analysis for research and applications, version 2 (MERRA-2) // J. Climate. V. 30. N 14. Р. 5419–5454. 2017. https://doi.org/10.1175/JCLI-D-16-0758.1
  14. Haynes P.H., McIntyre M.E., Shepherd T.G., Marks C.J., Shine K.P. On the “downward control” of extratropical diabatic circulations by eddy-induced mean zonal forces // J. Atmos. Sci. V. 48. N 4. P. 651–678. 1991. https://doi.org/10.1175/1520-0469(1991)048<0651:OTCOED>2.0.CO;2
  15. Haigh J.D., Blackburn M. Solar influences on dynamical coupling between the stratosphere and troposphere // Space Sci. Rev. V. 125. N 1–4. P. 331–344. 2006. https://doi.org/10.1007/978-0-387-48341-2_26
  16. Haigh J.D., Blackburn M., Day R. The response of tropospheric circulation to perturbations in lower stratospheric temperature // J. Climate. V. 18. N 17. P. 3672–3691. 2005. https://doi.org/10.1175/JCLI3472.1
  17. Huang J., Hitchcock P., Maycock A.C. et al. Northern hemisphere cold air outbreaks are more likely to be severe during weak polar vortex conditions // Communications Earth & Environment. V. 2. ID 147. 2021. https://doi.org/10.1038/s43247-021-00215-6
  18. Jadin E.A., Wei K., Zyulyaeva Y.A., Chen W., Wang L. Stratospheric wave activity and the Pacific Decadal Oscillation // J. Atmos. Sol.-Terr. Phy. V. 72. N 16. P. 1163–1170. 2010. https://doi.org/10.1016/j.jastp.2010.07.009
  19. Karpechko A., Charlton-Perez A., Balmaseda M., Tyrrell N., Vitar F. Predicting sudden stratospheric warming 2018 and its climate impacts with a multimodel ensemble // Geophys. Res. Lett. V. 45. N 24. P. 13538–13546. 2018. https://doi.org/10.1029/2018GL081091
  20. Kobayashi Sh., Ota Y., Harada Y. et al. The JRA-55 reanalysis: general specifications and basic characteristics // J. Meteorol. Soc. Jpn. V. 93. N 1. P. 5–48. 2015. https://doi.org/10.2151/jmsj.2015-001
  21. Kolstad E., Breiteig T., Scaife A. The association between stratospheric weak polar vortex events and cold air outbreaks in the Northern Hemisphere // Q. J. R. Meteor. Soc. V. 136. N 649. Р. 886–893. 2010. https://doi.org/10.1002/qj.620
  22. Koval A.V., Didenko K.A., Ermakova T.S., Gavrilov N.M., Kandieva K.K. Simulation of changes in the meridional circulation of the middle and upper atmosphere during transitional QBO phases / 28th International Symposium on Atmospheric and Ocean Optics: Atmospheric Physics. Tomsk, July 4–8, 2022. Proc. SPIE. V. 12341. ID 1234170. 2022а. https://doi.org/10.1117/12.2643046
  23. Koval A.V., Gavrilov N.M., Kandieva K.K. Ermakova T.S., Didenko K.A. Numerical simulation of stratospheric QBO impact on the planetary waves up to the thermosphere // Scientific Reports. V. 12. ID 21701. 2022b. https://doi.org/10.1038/s41598-022-26311-x
  24. Koval A.V., Toptunova O.N., Motsakov M.A., Didenko K.A., Ermakova T.S., Gavrilov N.M., Rozanov E.V. Numerical modeling of relative contribution of planetary waves to the atmospheric circulation // Atmos. Chem. Phys. V. 23. N 7. P. 4105–4114. 2023. https://doi.org/10.5194/acp-23-4105-2023
  25. Liu H.L., Talaat E.R., Roble R.G., Lieberman R.S., Riggin D.M., Yee J.H. The 6.5-day wave and its seasonal variability in the middle and upper atmosphere // J. Geophys. Res. – Atmos. V. 109. N 21. ID D21112. 2004. https://doi.org/10.1029/2004jd004795
  26. Plumb R.A. On the Three-Dimensional Propagation of stationary waves // J. Atmos. Sci. V. 42. N 3. P. 217–229. 1985. https://doi.org/10.1175/1520-0469(1985)042<0217:OTTDPO>2.0.CO;2
  27. Pogoreltsev A.I., Kanukhina A.Yu., Suvorova E.V., Savenkova E.N. Variability of planetary waves as a signature of possible climatic changes // J. Atmos. Sol.-Terr. Phy. V. 71. N 14–15. P. 1529–1539. 2009. https://doi.org/10.1016/j.jastp.2009.05.011
  28. Polvani L.M., Waugh D.W. Upward wave activity flux as a precursor to extreme stratospheric events and subsequent anomalous surface weather regimes // J. Climate. V. 17. N 18. P. 3548–3554. 2004. https://doi.org/10.1175/1520-0442(2004)017<3548:UWAFAA>2.0.CO;2
  29. Rakushina E.V., Ermakova T.S., Pogoreltsev A.I. Changes in the zonal mean flow, temperature, and planetary waves observed in the Northern Hemisphere mid-winter months during the last decades // J. Atmos. Sol.-Terr. Phy. V. 171. P. 234–240. 2018. https://doi.org/10.1016/j.jastp.2017.08.005
  30. Reichler T., Kushner P.J., Polvani L.M. The coupled stratosphere–troposphere response to impulsive forcing from the troposphere // J. Atmos. Sci. V. 62. N 9. P. 3337–3352. 2005. https://doi.org/10.1175/JAS3527.1
  31. Robock A. Stratospheric forcing needed for dynamical seasonal prediction // B. Am. Meteorol. Soc. V. 82. N 10. P. 2189–2192. 2001. https://doi.org/10.1175/1520-0477(2001)082<2189:SFNFDS>2.3.CO;2
  32. Scott R., Polvani L. Internal variability of the winter stratosphere // J. Atmos. Sci. V. 63. N 11. P. 2758–2776. 2006. https://doi.org/10.1175/JAS3797.1
  33. Solomon S., Rosenlof K.H., Portmann R.W., Daniel J.S., Davis S.M., Sanford T.J., Plattner G.K. Contributions of stratospheric water vapor to decadal changes in the rate of global warming // Science. V. 327. N 5970. P. 1219–1223. 2010. https://doi.org/10.1126/science.1182488
  34. Thompson D.W.J., Furtado J.C., Shepherd T.G. On the tropospheric response to anomalous stratospheric wave drag and radiative heating // J. Atmos. Sci. V. 63. N 10. P. 2616–2629. 2006. https://doi.org/10.1175/JAS3771.1
  35. Tomassini L., Gerber E.P., Baldwin M.P., Bunzel F., Giorgetta M. The role of stratosphere-troposphere coupling in the occurrence of extreme winter cold spells over northern Europe // J. Adv. Model. Earth Sy. V. 4. N 4. ID M00A03. 2012. https://doi.org/10.1029/2012MS000177
  36. Vargin P.N., Koval A.V., Guryanov V.V. Arctic stratosphere dynamical processes in the winter 2021–2022 // Atmosphere. V. 13. N 10. ID 1550. 2022. https://doi.org/10.3390/atmos13101550
  37. Wei K., Ma J., Chen W., Vargin P.N. Longitudinal peculiarities of planetary waves-zonal flow interactions and their role in stratosphere-troposphere dynamical coupling // Clim. Dynam. V. 57. N 9–10. P. 2843–2862. 2021. https://doi.org/10.1007/s00382-021-05842-5
  38. Zyulyaeva Yu.A., Zhadin E.A. Analysis of three-dimensional Eliassen-Palm fluxes in the lower stratosphere // Russ. Meteorol. Hydrol. V. 34. N 8. P. 483–490. 2009. https://doi.org/10.3103/S1068373909080019

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Вертикальная составляющая трехмерного потока волновой активности (м2/с2), усреднeнная за 64 года (1958−2021 гг.): (а) – декабрь, (б) – январь, (в) – февраль, (г) – март, высота 20 км. Данные JRA-55.

Скачать (474KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Вертикальная составляющая трехмерного потока волновой активности (м2/с2), усреднeнная за 10 лет (2008−2017 гг.): (а) – декабрь, (б) – январь, (в) – февраль, (г) – март, высота 20 км. Данные JRA-55.

Скачать (422KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Временная изменчивость вертикальной составляющей потока волновой активности за 64 года (1958−2021 гг.) для декабря на уровне 20 км, усредненной для: (а) – I сектора, (б) – II сектора, (в) – III сектора в полосе 37.5−77.5° N. Данные JRA-55.

Скачать (295KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Временная изменчивость вертикальной составляющей потока волновой активности за 1980−2021 гг. для декабря на уровне 20 км, усредненной для: (а) – I сектора, (б) – II сектора, (в) – III сектора в полосе 37.5–77.5° N. Данные JRA-55.

Скачать (225KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Временная изменчивость вертикальной составляющей потока волновой активности за 64 года (1958−2021 гг.) для января на уровне 20 км, усредненной для: (а) – I сектора, (б) – II сектора, (в) – III сектора в полосе 37.5−77.5° N. Данные JRA-55.

Скачать (228KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Временная изменчивость вертикальной составляющей потока волновой активности за 64 года (1958−2021 гг.) для февраля на уровне 20 км, усредненной для: (а) – I сектора, (б) – II сектора, (в) – III сектора в полосе 37.5−77.5° N. Данные JRA-55.

Скачать (230KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Временная изменчивость вертикальной составляющей потока волновой активности за 64 года (1958−2021 гг.) для марта на уровне 20 км, усредненной для: (а) – I сектора, (б) – II сектора, (в) – III сектора в полосе 37.5−77.5° N. Данные JRA-55.

Скачать (234KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024

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».