ВВЕДЕНИЕ 3
1. Общие сведения 5
1.1. Стратосфера 5
1.2. Стратосферный полярный вихрь 5
1.3. Взаимодействие стратосферы с тропосферой 7
1.4. Внезапные стратосферные потепления 11
1.5. Влияние извержений вулканов на состояние стратосферного полярного
вихря 12
1.6. Цикл солнечной активности 17
2. Используемые данные и методы анализа 19
2.1. Реанализ 19
2.2. Критерий t-test 20
2.3. Программа GrADS 22
3 Полученные результаты 24
3.1 Оценка изменчивости геопотенциальной высоты 24
3.2 Аномалии геопотенциальной высоты относительно климата 29
3.3 Оценка значимости изменчивости среднезональной геопотенциальной
высоты 53
ВЫВОД 60
Используемая литература 62
Одной из самых динамичных частей окружающей природной среды является атмосфера. Состояние атмосферы Земли зависит от многих физических факторов и процессов, химических составов, синоптических и климатологических характеристик, процессов взаимодействия с внешними факторами и антропогенным воздействием. Атмосфера делится на несколько уровней: тропосфера, тропопауза, стратосфера, стратопауза, мезосфера, мезопауза, термосфера и определяется высотным профилем температуры. Одним из методов изучения атмосферы являются контактные измерения, но это затруднительно для средних и верхних слоев атмосферы, поэтому в настоящее время распространены методы удаленного зондирования, связанные со взаимодействием атмосферного вещества с излучением как естественных, так и искусственных источников. Стратосфера и мезосфера изучаются посредством лидарного зондирования, исследования с борта искусственных спутников Земли. Во втором случае часто используется лимбовая схема измерений, позволяющая выделять определенный слой атмосферы и измерять его характеристики с высокой точностью. [1]
В данном исследовании особое внимание будет уделено процессам, происходящим в стратосфере. Тропосферно - стратосферные взаимодействия до сих пор до конца не изучены, но в наше время данных, полученных с верхних слов атмосферы становится всё больше, что дает возможность проводить исследования, искать зависимости и оценивать изменчивость процессов от года к году.
Цель: оценка аномальных состояний стратосферного полярного вихря и их климатической изменчивости за холодные периоды (с ноября по апрель) с 1980 по 2022 гг.
Задачи:
• оценить изменчивость геопотенциальной высоты;
• оценить изменчивость аномалий геопотенциальной высоты от периода к периоду относительно климата;
• оценить изменчивость аномалий геопотенциальной высоты по высотам относительно климата;
• оценить значимость изменчивости среднезональной геопотенциальной высоты.
Актуальность работы заключается в том, что процессы, происходящие в стратосфере, могут способствовать устойчивым и прогнозируемым изменениям у земли от нескольких недель до нескольких лет, следовательно, анализ аномалий стратосферного полярного вихря является значимым для выявления изменений и закономерностей, с которыми могут быть связаны процессы у земли.
Проанализировав полученные результаты была выявлена тенденция к изменению состояния стратосферного полярного вихря.
Значения геопотенциальной высоты в центре стратосферного полярного вихря на высоте 30 км наименее изменчивы от периода к периоду в ноябре, а наиболее изменчивы в феврале и марте.
Стратосферный полярный вихрь в декабре 1 и 2 периода был слабее, чем в декабре 3 и 4 периода, и слабее декабря климатического.
Стратосферный полярный вихрь в январе 1 и 2 периода был сильнее, чем в январе 3 и 4 периода и сильнее января климатического.
Стратосферный полярный вихрь в феврале 1 и 2 периода был сильнее, чем в феврале 3 и 4 периода и сильнее февраля климатического.
Стратосферный полярный вихрь в марте 1 периода был слабее, чем в 2,3,4 периоды и слабее марта климатического, сильнее климатического марта были периоды 2 и 4.
Стратосферный полярный вихрь в апреле 2 и 3 периода был сильнее, чем в апреле 1 и 4 периода и сильнее апреля климатического.
В весенние месяцы наблюдается смещение центра геопотенциальной высоты, а также поле геопотенциала становится малоградиентным, что свидетельствует о начале перестройки вихря на летний режим.
Аномальная зона будет шире на высоте 45 км связана с тем, что с высотой вихрь расширяется и занимает большее пространство. Отличие аномалий на разных уровнях могут свидетельствовать о том, что потепление может быть индуцировано, т.е. запущено из мезосферы и тогда реакция на 45 км и 30 км будет одинаковой, а если потепление индуцируется снизу, то тогда аномалии на высоте 45 км будут отличны от аномалий на высоте 20 км и 30 км.
По абсолютным значениям самые большие аномалии относительно климатических зафиксированы для января, февраля, марта (отклонения были в эти месяцы от 200 гп.м до 500 гп.м в зависимости от уровня);
Анализ среднезональной изменчивости: область с наиболее высокими абсолютными значениями изменчивости геопотенциальной высоты (600 гп.м и более) - это верхняя граница стратосферы в январе, феврале, марте;
От периода к периоду наблюдается увеличение области с высокой стат. значимостью на высотах стратосферы в январе, марте и апреле.
Аномальные состояния стратосферного полярного вихря, ссылаясь на исследование, могут быть следствием извержения вулканов.
Низкая стат. значимость говорит о том, что от года к году изменчивость геопотенциальной высоты очень большая. Одной из причин низкой стат.значимости в первое десятилетие является то, что данные могли быть недостаточно качественными и между десятилетиями была сильная изменчивость, так как в этот период случилось извержение вулкана, что могло сказалось на стратосфере в значительной степени. При нарастании давления вихрь начинает разрушаться, поэтому при высокой стат. значимости в весенние месяцы можно говорить, что разрушение вихря происходило позднее.
Месяц с наименьшей статистической значимостью: февраль, а с наибольшей - март.
По оценке среднезональной изменчивости значимые области с наиболее высокими абсолютными значениями изменчивости геопотенциальной высоты (600 гп.м и более) - это верхняя граница стратосферы в месяцы: январь, февраль, март.
