Тема: Воспроизведение внезапного стратосферного потепления в модели средней и верхней атмосферы (МСВА)

В последние десятилетия произошло интенсивное развитие наземных и аэрокосмических систем наблюдения. Благодаря этому был собран огромный объем данных измерений о тепловой структуре, газовом составе и динамических характеристиках стратосферы. В зимней стратосфере имеется яркое явление, которое проявляет динамическое взаимодействие между тропосферой и стратосферой это - внезапные стратосферные потепления (ВСП).
Для определения внезапного стратосферного потепления используется критерий повышения температуры на любом уровне стратосферы над любой широтой зимнего полушария не менее, чем на 25°С. Однако во время сильных ВСП прогревание может происходить со скоростью до 10°С/сут. в течение недели не только в полярной, но и в среднеширотной стратосфере. Температура в области полярной шапки может увеличиться на более чем 50°С, и находящийся в темноте полярной ночи зимний полюс фактически становится теплее, чем освещенные Солнцем тропики. Географически ВСП распределены неравномерно с возрастанием на севере Атлантики и Тихого океана, а также в европейском, азиатском и американском секторах. Предшествующие ВСП возмущения в тропосфере в этих регионах могут быть замечены по карте сборнокинематических карт на высотах 10 гПа и карт относительной топографии в слое 1000-500 гПа с задержкой от 1 до 7 дней.
Предполагается, что формирование ВСП связано с динамическим взаимодействием стратосферы и тропосферы, которое можно увидеть до высоты 30-45 км. Т.Мацумо в 1971 году предположил, что возникновение ВСП может быть связано с планетарными волнами (с зональными волновыми числами n = 1, 2), которые взаимодействуют со средним потоком. Если амплитуда проникающей планетарной волны достаточна велика, это может привести к изменению направления ветра на восточное. Работа Мацумо остается актуальной по сей день.
Перед внезапным стратосферным потеплением происходит начальная фаза, в которой в тропосфере образуется блокирующий циркуляционный процесс, приводящий к появлению меридионального переноса воздушных масс и увеличению амплитуды планетарной волны. Дальнейшее распространение волны вверх приводит к образованию антициклонального вихря в стратосфере с нисходящими движениями в центре, вызывающему адиабатическое нагревание и в результате внезапное стратосферное потепление. Через несколько дней после его начала возрастает антициклогенез в тропосфере, что свидетельствует о динамической связи между стратосферной и тропосферной циркуляцией в этот период.
Предполагается, что распространение "сигнала" из тропосферы в стратосферу происходит быстро, примерно за 3-10 дней, тогда как в стратосфере аномальный "сигнал" сохраняется значительно дольше, около 1540 дней. Большой контраст в распределении суши и океана вызывает большую активность планетарных волн в зимний период, особенно на Северном полушарии. Это объясняет, почему в Южном полушарии ВСП наблюдаются гораздо реже, чем в Северном полушарии.
Интересно отметить, что, когда на уровне 30 гПа происходят сильные зимние потепления, температура в мезопаузе и в нижней термосфере понижается на среднем 13°C. Максимумы похолодания в мезопаузе и нижней термосфере запаздывают на несколько дней относительно максимумов сильных зимних потеплений в стратосфере.
Из синоптических исследований ВСП выяснилось, что некоторые значительные потепления начинались на высоте 60 км и затем распространялись вниз. Возможно, даже небольшое волновое возмущение может быть началом внезапного стратосферного потепления, инициируя тропосферный отклик вследствие нелинейного взаимодействия и/или фокусировки трехмерного потока волновой активности в волны меньшего масштаба и оказывать влияние на формирование погодных условий в определенных регионах.

Купить

Были проанализированы зимы с внезапными стратосферными потеплениями и на основе 10 зим был проведен анализ характеристик и выяснены основные закономерности изменения стратосферы. Далее на основе этих годов были получены нижние граничные условия для модели. На основе одного моделирования для января получили, что модель воспроизвела внезапное стратосферное потепление, но градиент температуры оказался чуть ниже данных реанализа. Значения зонального ветра и амплитуды близки по значениям к реальной стратосфере.
Купить