ВВЕДЕНИЕ 3
1. ИЗВЕРЖЕНИЯ ВУЛКАНОВ И ИХ ВЛИЯНИЕ НА ЗЕМЛЮ 5
1.1 Извержения вулканов 5
1.2 Извержения вулканов и атмосферная циркуляция 6
1.3 Влияние извержений вулканов на климат Земли 7
1.4 Квазидвухлетнее колебание 8
1.5 Фаза Эль-Ниньо-Южное колебание 9
2. ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ДАННЫЕ 11
2.1 Извержения вулканов 11
2.2 Используемые реанализы 13
2.3 Остаточная меридиональная циркуляция 14
2.4 Стационарные планетарные волны 15
3. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ И АНАЛИЗ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ 17
3.1 Стратосферный полярный вихрь 17
3.2 Остаточная меридиональная циркуляция 32
3.3 Амплитуды стационарных планетарных волн в поле геопотенциала 44
3.4 Анализ 60
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 66
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 68
Вулканическая активность может длится всего несколько суток, но выбросы могут влиять на климат годами. Крупные извержения изменяют радиационный баланс, и этот эффект может сохраняться от двух до трех лет после извержения вулкана. Также, одна из популярных гипотез изменения климата, это влияние различных газов, попадающих в атмосферу после извержения, на химические реакции в атмосфере. Во время крупных взрывных извержений в стратосферу выбрасывается огромное количество вулканического газа, аэрозольных капель и пепла. Извергаемый пепел быстро падает из стратосферы — большая его часть удаляется в течение нескольких дней или недель — и мало влияет на изменение климата. Но вулканические газы, такие как диоксид серы, могут вызвать глобальное похолодание. Этот эффект может длиться от нескольких месяцев до нескольких лет в зависимости от характеристик извержения. Вулканический диоксид углерода, парниковый газ, может способствовать глобальному потеплению. Вулканы вызывали глобальное потепление на протяжении миллионов лет в истории Земли, когда происходили экстремальные вулканические процессы, выбрасывавшие парниковые газы в атмосферу.
Однако только редкие крупные извержения выбрасывают вулканические газы в стратосферу, где они могут напрямую изменять химический состав, создавать аэрозоли, влиять на количество приходящей и уходящей радиации и динамику стратосферы. В настоящее время на Земле известно более 500 действующих вулканов, а неизвестных подводных вулканов должно быть гораздо больше.
Взрывоопасные вулканы могут значительно различаться по своему вкладу газов и частиц в стратосферу. Вулканы с одинаковым выделением энергии могут вносить в стратосферу совершенно разное количество выбросов из-за характера их взрывного извержения; один может извергаться в сторону (например, гора Сент-Хеленс), в то время как другой может извергаться, по существу, вертикально (как Эль-Чичон и гора Пинатубо). В общем, вулканы, которые извергают андезит, а не менее вязкий базальт, содержат более высокую пропорцию газа к лаве и извергаются с более сильным взрывом, часто проникающим в тропопаузу.
Местоположение вулкана и изменчивость высоты тропопаузы в зависимости от широты будут влиять на величину вулканического выброса, достигающего стратосферы. Время года извержения также важно из-за сезонной циркуляции и тропосферно-стратосферного обмена...
Целью данной работы было изучение влияния извержений вулканов в тропиках на стратосферный полярный вихрь через дальние связи.
Были отобраны четыре года с извержениями вулканов в тропиках в Северном полушарии и похожие года с аналогичными фазами Эль-Ниньо - Южное колебание и квазидвухлетним колебанием. В соответствии в выбранными годами с извержениями и без них были сформированы четыре кейса с помощью которых происходило сравнение и оценивалось влияние извержений вулканов на вихрь.
С помощью данных реанализа Европейского центра среднесрочных прогнозов погоды - ERA-Interim - были получены данные о давлении в центре стратосферного полярного вихря, а с помощью реанализа Управления глобального моделирования и ассимиляции в области моделирования и усвоения данных - Merra-2 - были полученные данные остаточной меридиональной циркуляции и амплитуды стратосферных полярных волн.
Были проанализированы изменения в меридиональной циркуляции в Северном полушарии в годы после извержения и в похожие годы без извержения. Выявлено, что остаточная меридиональная циркуляция в года после извержения отличается от остаточной меридиональной циркуляции более слабым потоком на высотах около 40 км в декабре и более сильным в феврале и марте. Также, после летних извержений вулканов поток в январе более слабый в сравнении с январями в зимы без извержений, а после зимних извержений вулканов в январе поток более сильный.
При сравнивании амплитуд стационарных планетарных волн в холодный период в Северном полушарии, отмечается более сильное увеличение амплитуд после зимних извержений во второй и третьей гармонике в декабре-январе до значений 1100 м и 450 м и выше, соответственно. При том, в холодный период в года без извержения в кейсах с зимними извержениями не наблюдается сильного увеличения амплитуд ни на одной из гармоник. После летних извержений можно наблюдать увеличение амплитуды в феврале только в первой гармонике до значений 2500 м и выше. В рассматриваемых кейсах с летними извержениями в схожие периоды без извержений отмечается увеличение амплитуды на первой, второй и третьей гармониках до значений 2200 м, 900 м и 550 м и выше, соответственно.
Анализируя давление в центре стратосферного полярного вихря в зимние месяцы можно отметить, что после извержения вулкана изменяется развитие вихря и его площадь. Можно отметить, что в зимы после извержения давление в центре вихря в феврале ниже, чем в выбранные зимы без извержения, а также больше по площади. Также, в кейсах с зимними извержениями давление в центре вихря в январе глубже, чем в схоже годы. В кейсах с летними извержениями другая ситуация, давление в центре вихря в январе выше, чем в январях других рассматриваемых зим.
Кроме этого, поведение вихря в декабре в зимы после извержения меняется в зависимости от местоположения вулкана. Так, в первом и втором кейсах, где вулканы находятся в Центральной Америке, давление в центре вихря выше и меньше по площади, чем в другие рассматриваемые зимы. А в третьем и четвертом кейсах давление в декабре ниже и больше по площади, в сравнении со схожими зимами, вулканы находятся в Юго-Восточной Азии.
Исходя из всех выводов можно сказать, что извержения вулканов в тропиках в Северном полушарии оказывают влияние на стратосферный полярный вихрь через дальние связи.
