Введение 3
1. Волновые потоки 5
1.1 Климатология трехмерных потоков Элиассена-Пальма в стратосфере
Северного полушария 5
1.2 Стационарные волны Северного полушария в условиях меняющегося
климата 10
2. Метод анализа и данные 14
2.1 Определение потока волновой активности (не зависящего от фазы)
для стационарных и мигрирующих квазигеострофических вихрей 14
2.2 Поток волновой активности 17
2.3 MERRA-2 18
2.3.1 Использование данных MERRA-2 20
3. Полученные результаты 23
3.1 Анализ ПВА в Северном полушарии в холодное время года 23
3.2 Анализ поведения амплитуд стационарных планетарных волн с
волновыми числами 1,2, 3 37
3.3 Совместный анализ тропических осцилляций (через индексы: Эль-
Ниньо-Южное Колебание (ЭНЮК), тихоокеанской декадной осцилляции (ТДО) и фазой квази-двухлетнего колебания (КДК)) и зим с сильными ПВА
47
Заключение 53
Список используемой литературы 56
Вопросы о взаимодействии стратосферы и тропосферы через взаимодействие атмосферных волн друг с другом, а также зональным потоком уже давно занимают одно из центральных мест в работах по атмосферной динамике. И традиционно считалось, что погода и климат в стратосфере сильно контролируются процессами в тропосфере и что влияние стратосферы на тропосферу незначительно. Однако последние исследования показывают, что тропосфера может быть не первична: некоторые атмосферные процессы могут начинаться в средней или верхней атмосфере. Одна из причин такого интереса - это понимание того, что некоторые из самых сильных радиационных возмущений, которые повлияли на климат в недавнем прошлом, произошли в стратосфере. В частности, быстрое изменение концентрации стратосферного озона примерно за последние 20 лет, связанное с антропогенным поступлением соединений хлора, оказало значительное влияние на климатическую систему. Более того, сульфатные аэрозоли, выброшенные в стратосферу в результате крупных взрывных извержений вулканов (таких как Эль-Чичон в 1982 году и гора Пинатубо в 1991 году), остаются по меньшей мере в течение двух лет и оказывают сильное воздействие как на коротковолновые, так и на длинноволновые составляющие радиационного баланса. Учитывая относительно большие стратосферные возмущения, вызванные такими явлениями, даже довольно умеренное взаимодействие с тропосферной циркуляцией может повлиять на климат у поверхности удивительным образом.
Вторая причина этого неожиданного интереса связана с недавним повышенным количеством исследований, утверждающих, что стратосферные возмущения в зимней циркуляции Северного полушария распространяются вниз в тропосферу. Это означает, что знания о стратосферной циркуляции могут быть использованы в качестве основы для сезонных прогнозов тропосферной циркуляции, по крайней мере, зимой в Северном полушарии.
Целью работы является изучить региональную зависимость климатической изменчивости стратосферно-тропосферного взаимодействия через анализ волновой активности.
Задачи, решаемые в данной работе:
1. построение распределения с помощью интерактивной системы GrADS (Grid Analysis and Display System) и анализ потока волновой активности в Северном полушарии в холодное время года.
2. выявление тенденции (если такая присутствует) в изменении потока волновой активности в связи с изменением глобального климата.
3. рассмотрение поведения амплитуд стационарных планетарных волн с волновыми числами 1, 2 и 3 при разной интенсивности потока волновой активности над Канадой и Дальним Востоком.
4. проведение совместного анализа тропических осцилляций (через
индексы: Эль-Ниньо — Южного колебания (ЭНЮК),
Тихоокеанской декадной осцилляции (ТДО) и фазой квази- двухлетнего колебания (КДК)) и зим с сильными потоками волновой активности.
В практической части были рассчитаны ПВА по формуле (2) в зимы с 1980 по 2020 год Северного полушария для выявления и дальнейшего анализа сильных ПВА. Северное полушарие было поделено на три основных региона: Дальний Восток России, Канада и Европа. Сильными положительными потоками волновой активности считались те потоки, значения которых превышали 0.4 м2/с2. Сильными отрицательными потоками волновой активности считались те потоки, значения которых были меньше (-0.4) м2/с2.
Число случаев сильного положительного ПВА над Дальним Востоком в исследуемый период наблюдалось в среднем 4-7 месяцев за десятилетие. Над Канадой число случаев сильного отрицательного ПВА встречается в среднем 1-3 месяца за десятилетие. Число случаев сильного положительного ПВА над Европой отмечается в среднем 2-4 месяца за десятилетие.
В 1990-е годы в феврале над Дальним Востоком и Европой наблюдается увеличение случаев с сильным положительным ПВА по сравнению с исследуемыми предыдущим и последующими десятилетиями. Количество случаев с сильным положительным ПВА над Дальним Востоком в ноябре в течение сорока зим увеличивается с 2 случаев в первое десятилетие до 5 в 2000-е годы. Количество случаев сильного положительного ПВА над Дальним Востоком в феврале-марте увеличилось до 9 во втором анализируемом десятилетии в сравнении с предыдущим и последующими десятилетиями, когда число случаев в среднем было 5. В феврале с 1980 по 2010 года количество случаев над Канадой с сильной отрицательной волновой активностью не изменчиво и составляет 3 зимы в десятилетие. В 2010-е годы в феврале количество случаев с сильным отрицательным ПВА над Канадой увеличивается до 5 случаев по сравнению с предыдущими десятилетиями. Можно обратить внимание, что над Дальним Востоком количество случаев сильного положительного ПВА уменьшается после 1990-х годов. Происходит выстраивание определенной симметрии, если сравнивать два данных региона (Канаду и Дальний Восток). В январе над Европой было 5 случаев сильного положительного потока в 1980-е года, а в 2010-е года всего 1 случай в десятилетие. Мы наблюдаем хорошую тенденцию на спад в течение 40 зим.
Количество рассмотренных случаев, в которые наблюдались сильный положительный и отрицательный ПВА над тремя рассмотренными регионами одновременно, и количество случаев, когда наблюдается единственный сильный ПВА над только одним регионом (Дальний Восток), меняется незначительно.
Было рассмотрено поведение амплитуд стационарных планетарных волн с волновыми числами 1, 2 и 3 при разной интенсивности ПВА над Канадой и Дальним Востоком. В годы 1985/86, 2013/14, 2017/18 и 2010/11, 2015/16, 2019/20, когда над Канадой и Дальним Востоком наблюдались сильные отрицательные и положительные ПВА соответственно, амплитуда 1й гармоники усиливается до 2400 гп(м), 2-й гармоники - 1000 гп(м), 3-й гармоники - 400-600 гп(м) на высотах 30-60 км. Проанализировав шесть холодных периодов, когда над Канадой и над Дальним Востоком наблюдался сильный отрицательный и положительный ПВА соответственно, можно прийти к общему выводу, что усиление всех трех гармоник происходит в большинстве случаев с конца декабря по середину февраля.
Сильный положительный ПВА над Дальним Востоком наблюдается при положительной и/или отрицательной фазе индекса MEI. Сильный ПВА над Канадой наблюдается при отрицательной и/или нейтральной фазе индекса MEI.
Очевидной зависимости между Тихоокеанскими декадными осцилляциями (ТДО) и ПВА в разных областях Северного полушария не наблюдается.
Для сильного положительного ПВА, наблюдавшемся над Дальним Востоком, конкретной привязки к фазе КДК не наблюдается: есть и восточная, и западная, и переходная фазы. Для сильного волнового потока, наблюдавшемся над Канадой, характерна больше переходная или восточная фаза КДК.
