Введение 3
Список сокращений 4
Глава 1. Физика внезапного стратосферного потепления 5
1.1 Стратосфера 5
1.2 Внезапное стратосферное потепление 6
1.3 Образование ВСП 9
1.3.1 Волна первого типа: смещение вихря 12
1.3.2 Волна первого типа: расщепление вихря 15
1.4 Краткая история открытия внезапных стратосферных потеплений 17
Глава 2. Сравнительный анализ ВСП в северном полушарии с 1980 по 2020 20
2.1 Статистика ВСП в северном полушарии 20
2.2 Анализ больших ВСП. Взаимосвязь между пиком температуры и
изменением зонального ветра 47
Глава 3. Спутниковый мониторинг стратосферных потеплений 50
3.1 Лимбовый метод зондирования 50
3.2 Спутник TIMED 51
3.3 Внезапное стратосферное потепление зимы 2018-2019 гг. по данным радиометра
SABER и сравнение его характеристик с данными предпикового состояния 56
Заключение 59
Список литературы 60
Цель данной выпускной квалификационной работы заключается в прослеживании эволюции вертикального распределения температуры, скорости зонального ветра, площади полярного вихря и содержания озона в полярной атмосфере и выявлении возмущений, связанных с событиями больших внезапных стратосферных потеплений (ВСП).
В связи с этим были поставлены следующие задачи:
1. Проанализировать данные реанализа NOAA NCEP (National Oceanic and Atmospheric Administration, National Centers for Environmental Prediction) для северной полярной области за 40 лет.
2. Построить сводную таблицу с результатами наблюдений над аномалиями зонально осредненной температуры на высоте 10 гПа, аномалиями скорости зонального ветра и изменением площади полярного вихря во время ВСП в период с 1980 по 2020. Также проиллюстрировать межгодовой ход каждой характеристики за весь период наблюдения.
3. Показать зависимость между аномалиями зонально осредненной температуры на высоте 10 гПа и аномалиями скорости зонального ветра во время больших ВСП (major SSW). Также произвести корреляционный анализ и показать тесноту связей (её отсутствие) между этими двумя характеристиками.
4. Сравнить профили температуры и содержания озона по данным радиометра SABER в предпиковый период и во время пика большого ВСП зимой 2019 года.
Объектом нашего исследования является полярная стратосфера северного полушария, предметом - внезапные стратосферные потепления за период с 1980 по 2020 годы.
Выпускная квалификационная работа изложена на 63 страницах печатного текста, состоит из содержания, списка сокращений, введения, трёх глав, девяти подглав, заключения и списка литературы в составе 49 наименований. Во введении сформированы цели и задачи исследования. В заключении подведены итоги работы и сделаны выводы, связанные с ней.
К стратосферным аномалиям, обусловленным большими ВСП, относятся: резкое повышение температуры на 10 и более 0С, торможение зимнего полярного джета и изменение направления ветра с восточного на западный (не всегда), уменьшение площади внутри полярного джета (также не всегда). Анализ данных NCEP показал, что в период с 1980 по 2020 произошло порядка 11 больших ВСП, с повышением температуры более чем на 20ОС: в 1981, 1984, 1987, 1989, 1995, 1999, 2001, 2006, 2009, 2018, 2019 гг.
Максимальная температура достигала -36ОС в 1989 году, скорость западного ветра -60 м/с в 2006 году, уменьшение площади полярного вихря 81 % в 2009 году.
Также хотелось бы отметить, что далеко не всегда крайне сильному внезапному потеплению воздуха в стратосфере соответствует смена направления зонального ветра и уменьшение площади полярного вихря, что наглядно показали 1989 (скорость ветра 25 м/с) и 1984 (уменьшение полярного вихря всего на 18%).
В то же время, иной раз мы можем наблюдать, что смене западного зонального ветра на восточный, а также значительному уменьшению полярного вихря может сопутствовать несущественное повышение температуры, что показали нам 1991 (-25 м/с, потепление только до -55ОС) и 1998 (уменьшение полярного вихря на 71%, потепление только до -6РС).
Однако, следует заметить, что среди наблюдаемых есть годы, в которых все три характеристики во время внезапного стратосферного потепления изменялись согласно теории, а именно 1995 (повышение температуры до -49ОС, скорость зонального ветра до - 25 м/с, уменьшение полярного вихря до 50%), 2001 (повышение температуры до -47ОС, скорость зонального ветра до -25 м/с, уменьшение полярного вихря до 47%), 2006 (повышение температуры до -46ОС, скорость зонального ветра до -60 м/с, уменьшение полярного вихря до 43%), 2009 (повышение температуры до -40ОС, скорость зонального ветра до -45 м/с, уменьшение полярного вихря до 81%) и 2018 (повышение температуры до -38ОС, скорость зонального ветра до -42 м/с, уменьшение полярного вихря до 77%)
Линейной зависимости между температурой на пике ВСП и скоростью реверсивного ветра не наблюдается, что показал корреляционный анализ и его последующая проверка критерием Стьюдента.
Также сравнение профилей температуры и содержания озона, полученных по данным радиометра SABER показало увеличение температуры в стратосфере (от 240 К до 270 К), подъем стратопаузы (от 40 км до 80 км тангенциальной высоты) и уменьшение содержания озона в нижней стратосфере от 6.5 до 5.5 ppm. на высоте ~10 гПа.
