ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ 3
ВВЕДЕНИЕ 4
1. История исследования КДК. Современное состояние вопроса изучения
влияния КДК на динамику атмосферы 6
1.1 История исследования КДК 6
1.2 Попытки объяснения феномена КДК 8
2. Влияние квазидвухлетних колебаний на динамические процессы и их
представление в моделях 10
2.1 Квазидвухлетние колебания 10
2.2 Численные модели для воспроизведения КДК 15
3. Принципы деления квазидвухлетних колебаний на фазы 18
4. Данные, используемые в работе 22
5. Анализ полученных результатов 24
5.1. Анализ направления зонального ветра за 42 года для выявления восточной и западной фаз КДК 24
5.2 Разница между зональным ветром восточного и западного направлений. 25
5.3 Анализ амплитуд СПВ в высотно широтном разрезе за западную и
восточную фазы КДК 28
5.4 Анализ разницы амплитуд между восточной и западной фазами КДК за
месяц 35
5.5 Анализ среднеквадратичного отклонения (СКО) амплитуд СПВ и
вариативности СКО 39
ЗАКЛЮЧЕНИЕ. ВЫВОДЫ 54
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ 56
ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ
В настоящее время все большее внимание уделяется изучению атмосферных явлений и их влиянию на климатические процессы нашей планеты. Особое внимание ученых привлекает стратосфера — слой атмосферы, расположенный выше тропосферы и ниже мезосферы. Стратосфера - это важный слой атмосферы Земли, который играет значительную роль в климатических процессах и обмене энергии между верхней и нижней атмосферой. Динамические процессы в стратосфере оказывают сильное влияние на климатические условия нашей планеты.
Радиозондовые и ракетные наблюдения в экваториальной стратосфере указывают на наличие цикличности воздушных течений. Квазидвухлетние колебания (КДК) - атмосферные колебания в стратосфере, представляющие собой распространяющиеся вниз переменные восточные и западные ветры с периодичностью около 28 месяцев. Существуют квазидвухлетняя цикличность в верхней стратосфере и шестимесячная в нижней, которые, вдобавок, взаимосвязаны друг с другом. Эти колебания имеют большое значение для климатической системы Земли, поскольку они могут влиять на распространение тепла и характер циркуляции атмосферы. К тому же они оказывают существенное влияние на атмосферную динамику средних и высоких широт.
Актуальность данной работы заключается в изучении квазидвухлетних колебаний для улучшения прогнозов погоды и климата, а также для более точного понимания атмосферных процессов. Понимание механизмов, определяющих динамику стратосферы, имеет большое значение для прогнозирования и понимания климатических изменений.
Целью данной дипломной работы является исследование влияния квазидвухлетних колебаний на динамический режим зимней стратосферы.
Список задач, необходимых для достижения поставленной цели:
1) Установление фазы колебаний для каждого месяца за период сорока двух лет, которые составлены по данным направления зонального ветра над экватором на высоте 30 гПа. Определение восточной и западной фазы колебаний КДК для зимних месяцев в разные годы;
2) Применение гармонического анализа к полю данных геопотенциальной высоты по долготе, полученных из реанализа MERRA-2 за каждый год;
3) Вычисление амплитуды, разницы амплитуд,
среднеквадратичного отклонения амплитуд стационарной планетарной волны в зимние месяцы для восточной и западной фаз КДК по годам. Построение высотно-широтного разреза с помощью интерактивной системы GrADS (Grid Analysis and Display System);
4) Анализ изменения амплитуды в геопотенциальной высоте в зависимости от фазы КДК;
5) Анализ разницы амплитуд между восточной и западной фазами КДК внутри одного месяца;
6) Анализ среднеквадратичного отклонения амплитуд СПВ и вариативности СКО;
7) Заключение по результатам работы.
В ходе работы были проанализированы амплитуды СПВ зимних месяцев за период с 1980 по 2022 годы. Значения амплитуд были получены в результате применения гармонического анализа к полю данных геопотенциальной высоты по долготе, полученных из реанализа MERRA-2.
В ходе работы выполнили:
1) Построение высотно-широтного разреза распределения амплитуд, разниц амплитуд, СКО амплитуд СПВ;
2) Анализ изменения амплитуд в зависимости от фазы КДК;
3) Анализ разницы амплитуд между восточной фазой и западной фазой КДК;
4) Анализ среднеквадратичного отклонения амплитуд СПВ и вариативности СКО.
Анализ данных показал, что фаза КДК существенно влияет на амплитуду волн, которые наблюдаются в зимний период в средних/высоких широтах.
Наиболее благоприятные условия для распространения волн наблюдаются в декабре и январе. Значения амплитуд в эти месяцы самые большие. Однако самым непредсказуемым месяцем является январь.
Для января наиболее активные СПВ для восточной фазы КДК наблюдаются в средних и высоких широтах северного полушария до высоты примерно 55 км. А волны западной фазы активнее волн восточной фазы в средних и высоких широтах с высоты 40 км и выше стратосферы.
Несмотря на эти условия, наиболее непредсказуемый характер имеют волны западной фазы КДК в январе. Самая большая изменчивость наблюдалась в этот же месяц. При восточной фазе КДК волны имеют максимальную среднюю амплитуду, значение которой составляет 1300 гп. м. При западной фазе КДК волны имеют среднюю амплитуду со значением 1200 гп. м.
В разные фазы КДК в январе волны имеют разную внутрисезонную изменчивость. Максимальное значение изменчивости для восточной фазы и западной фазы составляет 350 гп. м и 450 гп. м соответственно. Такой фактор необходимо учитывать при моделировании, изучении стратосферы и ее динамики.
