Введение 3
1. Общие сведения 5
1.1. Полярный стратосферный вихрь 7
1.2. Внезапное стратосферное потепление 9
1.3. Планетарные волны 11
2. Исходные данные и причины климатической изменчивости 13
2.1. Индекс солнечной активности 14
2.2. Данные JRA 16
3. Полученные результаты 18
3.1. Случаи ВСП на высоте 30 - 45 км 18
4. Влияние ВСП на стратосферный полярный вихрь 40
5. Анализ стационарных планетарных волн 55
Заключение 63
Список используемых источников 65
Стратосфера — устойчивый слой атмосферы, простирающийся от тропопаузы вверх до высоты около 50 км. Устойчивость стратосферы обуславливается тем, что температура воздуха увеличивается с высотой до стратопаузы, которая является высотой температурной инверсии [1]. Тепло в стратосфере сохраняется благодаря поглощению озоном УФ излучения и инфракрасного излучения от тропосферы. Особенностями стратосферы также является низкое содержание водяного пара и в связи с этим практическое отсутствие облачности, не считая той, которая может образоваться при возникновение достаточно низкой температуры, конденсируя существующее небольшое количество водяного пара и образовывая ледяные кристаллы.
Процессы в стратосфере до сих пор не до конца изучены, но благодаря усовершенствованию получения данных с верхних слоев атмосферы, накапливается всё больше новой информация, которая подлежит дальнейшей обработке, изучению и анализу.
Целью данной выпускной квалификационной работы является оценка изменчивости интенсивности стратосферного полярного вихря и планетарных волн за холодные периоды (с ноября по апрель) с 1958 по 2020 гг.
Перед выполнением работы были поставлены следующие задачи:
— оценить изменчивость распределения температуры и зональной составляющей ветра в стратосфере;
— отследить изменения давления в центре стратосферного полярного вихря;
— выявить взаимосвязь между изменчивостью распределения температуры, зональной составляющей ветра и геопотенциальной высотой;
— оценить изменчивость стационарных планетарных волн с волновым числом 1 и 2.
Актуальность данной темы заключается в том, что процессы, происходящие в стратосфере, оказывают значительное влияние на изменение климата и ее дальнейшее исследование может дополнить знания о климате и причин его изменчивости.
С использованием данных реанализа JRA-55 в работе были рассмотрены и проанализированы холодные периоды (ноябрь - апрель) с 1958 года по 2020 год (весь исследуемый временной интервал был поделен на 6 периодов, первые пять из которых по 11 лет и последний 7лет) и сделаны следующие выводы:
— амплитуда ВСП первых двух исследуемых периодов (1958 г. - 1969 г. и 1969 г. - 1980 г.) на 4-5 градуса оказалась ниже по сравнению с амплитудой за остальные периоды;
— частота сильных ВСП возросла, слабых (рост температуры 25-30 К) - уменьшилась по сравнению с первыми двумя периодами (1958 г. - 1969 г. и 1969 г. - 1980 г.);
— за весь период исследования обращения ветра случались чаще, чем случаи повышения температуры и могли возникать при повышении температуры ниже, чем на 25 градусов (значение для ВСП рекомендованное ВМО), большее количество (4 случая) таких явлений было зафиксировано в четвертом исследуемом периоде (1991 г. -2002 г.)
— количество экстремально сильных состояний стратосферного полярного вихря увеличилось за последние два периода наблюдений (2002 г. - 2013 г. и 2013 г. - 2020 г.);
— смещение центра стратосферного полярного вихря за 1991 г. - 2002 г. и 2013 г. - 2020 г. на уровне 30 гПа может быть обусловлено частыми ВСП за эти периоды наблюдений;
— наибольшее давление в центре стратосферного полярного вихря за весь исследуемый период было зафиксировано зимой 1966 - 1967 гг. На уровне 5 гПа давление в центре составило приблизительно 7,5 гПа (33000 гп.м.). На уровне 20 гПа « 26,7 гПа (24600 гп. м)
— чаще всего высокое давление наблюдалось за периоды 2002 - 2013 гг. и 2013 - 2020 гг. Количество случаев соответственно: 6 и 4. Давление на уровне 5 гПа составило « 7,3 гПа (33200 гп.м.). Давление на уровне 20 гПа « 26,7 гПа (24600 гп.м.)
— в период с 1969 - 1980 гг. наблюдалась слабая волновая активность СПВ1. Наибольшее отклонение было зафиксировано от 10 км и выше и составило - 300 гп.м.
— сильная волновая активность СПВ1 зафиксирована в следующие
периоды: 2002 - 2013 гг. и 2013 - 2020 гг. Максимальное отклонение за
все периоды составило 200 гп.м,
— наибольшее количество периодов слабой волновой активности СПВ2 наблюдалось в периодах: 1958 - 1959 гг. и 1991 - 2002 гг.
— сильная волновая активность СПВ2 зафиксирована в 2013 - 2020 гг., отклонение составило 150 гп.м. от уровня 20 км и выше.
Отличие одного 11-летнего периода от другого может быть связано с тем, что спутниковые данные начали ассимилировать в реанализ только с 1979 года, поэтому первые два рассматриваемых периода (1958 г.- 1969 г., 1969 г.-1980 г.) могут отличаться от остальных, особенно на верхних модельных уровнях. Также на распределение исследуемых параметров может оказывать влияние естественное изменение климата.
