Из Википедии, свободной энциклопедии
Перейти к навигацииПерейти к поиску

Внезапное стратосферное потепление (SSW) является событием , в котором полярная стратосферной температура повышается на несколько десятков градусов Кельвина (до возрастаешь примерно от 50 ° C (90 ° F)) в течение нескольких дней. [1] Потеплению предшествует замедление, а затем изменение направления западных ветров в стратосферном полярном вихре . ВСП происходят примерно 6 раз за десятилетие в северном полушарии [2] и только примерно раз в 20-30 лет в южном полушарии [3] (и до сих пор наблюдались два ВСП [4] ).

История

Первые непрерывные измерения стратосферы были выполнены Ричардом Шерхагом в 1951 году с использованием радиозондов для получения надежных показаний температуры в верхних слоях стратосферы (~ 40 км), и он стал первым, кто наблюдал стратосферное потепление 27 января 1952 года. группа метеорологов, специально занимавшаяся изучением стратосферы в Свободном университете Берлина, и эта группа продолжала наносить на карту стратосферную температуру и геопотенциальную высоту в северном полушарии в течение многих лет с помощью радиозондов и ракетных зондов .

В 1979 году, когда началась эра спутников , метеорологические измерения стали намного более частыми. Хотя спутники в основном использовались для исследования тропосферы, они также записывали данные для стратосферы. Сегодня и спутники, и стратосферные радиозонды используются для измерения стратосферы .

Классификация и описание

SSW тесно связан с разрушением полярного вихря . Метеорологи обычно классифицируют разрушение вихрей на три категории: большие, второстепенные и окончательные. До сих пор не было принято однозначного стандартного определения этих понятий. [2] Однако различия в методологии обнаружения ВСП не имеют значения, пока циркуляция в полярной стратосфере меняется на противоположную. [5] «Основные ВСП происходят, когда зимние полярные стратосферные западные ветры меняют направление на восточные. При небольших потеплениях градиент полярной температуры меняется на противоположный, но циркуляция - нет, а при окончательных потеплениях вихрь разрушается и остается на востоке до следующей бореальной осени». . [2]

Иногда четвертая категория, канадское потепление, включается из-за его уникальной и отличительной структуры и эволюции.

«Есть два основных типа ВСП: события смещения, при которых стратосферный полярный вихрь смещается от полюса, и события расщепления, при которых вихрь разделяется на два или более вихря. Некоторые ВСП представляют собой комбинацию обоих типов». [2]

Майор

Это происходит, когда западный ветер 60N и 10 гПа обратный, т. Е. Становится восточным. Наблюдается полное разрушение полярного вихря, и вихрь будет либо расщеплен на дочерние вихри, либо смещен из своего нормального положения над полюсом.

По данным Комиссии по атмосферным наукам Всемирной метеорологической организации (Mclnturff, 1978) [ кто? ] : Стратосферное потепление может быть названо главным , если в 10 Мб или ниже широтные повышение средней температуры по направлению к полюсу от 60 градусов широты и наблюдается связанный с ним разворот циркуляции (то есть, преобладающие средние западные ветра полюса 60 широты следовалось означают восточные ветры в том же районе).

Незначительный

Незначительное потепление похоже на сильное потепление, однако оно менее драматично, западные ветры замедляются, но не изменяются. Поэтому разрушения вихря никогда не наблюдается.

Mclnturff [ кто? ] утверждает: стратосферное потепление называется незначительным, если наблюдается значительное повышение температуры (то есть, по крайней мере, на 25 градусов в течение недели или меньше) на любом стратосферном уровне в любой области зимнего полушария. Полярный вихрь не разрушается, и направление ветра с западного на восточное менее обширно.

Окончательный

Радиационный цикл в стратосфере означает, что зимой средний поток западный, а летом - восточный (западный). На этом переходе происходит окончательное потепление, так что полярные вихревые ветры меняют направление для потепления, однако не возвращаются обратно до следующей зимы. Это потому, что стратосфера вступила в летнюю восточную фазу. Оно окончательное, потому что летом не может произойти повторного потепления, поэтому это последнее потепление текущей зимы.

Канадский

Канадские потепления происходят в начале зимы в стратосфере Северного полушария, обычно с середины ноября до начала декабря. У них нет аналогов в южном полушарии.

Динамика

Обычно зимой в северном полушарии происходит несколько незначительных потеплений, при этом крупные события происходят примерно каждые два года. Одна из причин того, что в Северном полушарии происходит сильное стратосферное потепление, заключается в том, что орография и контрасты температуры суши и моря ответственны за генерацию длинных ( волновое число 1 или 2) волн Россби в тропосфере . Эти волны движутся вверх в стратосферу и рассеиваются там, замедляя западные ветры и нагревая Арктику. [6] Это причина того, что сильные потепления наблюдаются только в северном полушарии, за двумя исключениями. В 2002 и 2019 годах наблюдались большие потепления в южном полушарии. [7][8] [9] Эти события до конца не изучены.

В начальный момент в тропосфере устанавливается циркуляция блокирующего типа . Эта блокирующая структура вызывает [ требуется пояснение ] волны Россби с зональным волновым числом 1 и / или 2 [ требуется пояснение ], чтобы расти до необычно больших амплитуд. Растущая волна распространяется в стратосферу и замедляет западные средние зональные ветры. [ требуется уточнение ] Таким образом, струя полярной ночи ослабевает и одновременно искажается растущими планетными волнами. Поскольку амплитуда волны увеличивается с уменьшением плотности, этот процесс ускорения в восточном направлении неэффективен на довольно высоких уровнях. [ почему?] Если волны достаточно сильные, средний зональный поток может существенно замедлиться, так что зимние западные ветры повернутся на восток. В этот момент планетарные волны могут больше не проникать в стратосферу [10] [ требуется пояснение ] ). Следовательно, дальнейшая восходящая передача энергии полностью блокируется, и на этом критическом уровне происходит очень быстрое восточное ускорение и полярное потепление, которое затем должно двигаться вниз, пока в конечном итоге потепление и изменение направления зонального ветра не затронут всю полярную стратосферу. Восходящее распространение планетарных волн и их взаимодействие со средним стратосферным потоком традиционно диагностируется с помощью так называемых потоков Элиассена-Пальма. [11] [12]

Существует связь между внезапными стратосферными потеплениями и квазидвухлетними колебаниями : если КДЦ находится в восточной фазе, атмосферный волновод модифицируется таким образом, что распространяющиеся вверх волны Россби фокусируются на полярном вихре , усиливая их взаимодействие с ним. средний расход. Таким образом, существует статистически значимый дисбаланс между частотой внезапных стратосферных потеплений, если эти события сгруппированы по фазе QBO (восточная или западная).

Погодные эффекты

Хотя внезапные стратосферные потепления в основном вызваны волнами планетарного масштаба, которые распространяются вверх от нижних слоев атмосферы, существует также последующий обратный эффект внезапных стратосферных потеплений на приземную погоду. После внезапного стратосферного потепления высокогорные западные ветры меняются на противоположные и сменяются восточными. Восточные ветры распространяются по атмосфере, что часто приводит к ослаблению тропосферных западных ветров, что приводит к резкому снижению температуры в Северной Европе. [13] Этот процесс может занять от нескольких дней до нескольких недель. [1]

См. Также

  • Полярное усиление
  • Teleconnection

Ссылки

  1. ^ a b «Внезапное стратосферное потепление» . Метеорологический офис .
  2. ^ a b c d Батлер, Эми Х .; Sjoberg, Jeremiah P .; Зайдель, Дайан Дж .; Розенлоф, Карен Х. (9 февраля 2017 г.). «Компендиум внезапного стратосферного потепления» . Данные науки о Земле . 9 (1): 63–76. Bibcode : 2017ESSD .... 9 ... 63B . DOI : 10.5194 / ЭСУР-9-63-2017 .
  3. ^ Джакер, Мартин; Райхлер, Томас; Во, Дэррин (2021). «Насколько часты внезапные стратосферные потепления Антарктики в нынешнем и будущем климате?» . Письма о геофизических исследованиях . 48 (11). Bibcode : 2021GeoRL..4893215J . DOI : 10.1029 / 2021GL093215 .
  4. ^ Шэнь, Сяочэнь; Ван, Линь; Оспри, Скотт (2020). «Внезапное стратосферное потепление в Южном полушарии в сентябре 2019 года» . Вестник науки . 65 (21): 1800–1802. Bibcode : 2020SciBu..65.1800S . DOI : 10.1016 / j.scib.2020.06.028 .
  5. ^ Palmeiro, Froila M; Барриопедро, Дэвид; Гарсиа-Эррера, Рикардо; Кальво, Наталья (2015). «Сравнение определений внезапного стратосферного потепления в данных повторного анализа» (PDF) . Журнал климата . 28 (17): 6823–6840. Bibcode : 2015JCli ... 28.6823P . DOI : 10,1175 / JCLI D-15-0004.1 . hdl : 10261/122618 .
  6. ^ Элиассен, А; Пальма, Т. (1960). «О передаче энергии в стационарных горных волнах». Geofysiske Publikasjoner . 22 : 1023.
  7. ^ Varotsos, C. (2002). «Озоновая дыра в южном полушарии раскололась в 2002 году» . Науки об окружающей среде и исследованиях загрязнения . 9 (6): 375–376. DOI : 10.1007 / BF02987584 . PMID 12515343 . S2CID 45351011 .  
  8. ^ Мэнни, Глория L .; Sabutis, Joseph L .; Allen, Douglas R .; Lahoz, William A .; Scaife, Adam A .; Randall, Cora E .; Поусон, Стивен; Науйокат, Барбара; Суинбанк, Ричард (2005). «Моделирование динамики и переноса во время сильного потепления в Антарктике в сентябре 2002 г.» . Журнал атмосферных наук . 62 (3): 690. Полномочный код : 2005JAtS ... 62..690M . DOI : 10.1175 / JAS-3313,1 . S2CID 119492652 . 
  9. ^ Льюис, Дайани (2019). «Редкое потепление над Антарктидой показывает силу стратосферных моделей» . Природа . 574 (7777): 160–161. Bibcode : 2019Natur.574..160L . DOI : 10.1038 / d41586-019-02985-8 . PMID 31595070 . 
  10. ^ Чарни, JG; Дразин, П.Г. (1961). «Распространение возмущений планетарного масштаба из нижних слоев в верхние слои атмосферы» . Журнал геофизических исследований . 66 (1): 83–109. Bibcode : 1961JGR .... 66 ... 83C . DOI : 10.1029 / JZ066i001p00083 . S2CID 129826760 . 
  11. ^ Эндрюс, DG; Макинтайр, Мэн (1976). «Планетарные волны в горизонтальном и вертикальном сдвиге: обобщенное соотношение Элиассена-Палма и среднее зональное ускорение» . Журнал атмосферных наук . 33 (11): 2031–2048. Bibcode : 1976JAtS ... 33.2031A . DOI : 10.1175 / 1520-0469 (1976) 033 <2031: PWIHAV> 2.0.CO; 2 .
  12. ^ Джакер, Мартин (2021). «Масштабирование векторов потока Элиассена-Палма» . Письма атмосферных наук . 22 (4). DOI : 10.1002 / asl.1020 .
  13. ^ Король, AD; Батлер, AH; Jucker, M .; Эрл, НЕТ; Рудева, И. (2019). «Наблюдаемые взаимосвязи между внезапными стратосферными потеплениями и экстремальными климатическими явлениями в Европе» . Журнал геофизических исследований: атмосферы . 124 (24): 13943–13961. Bibcode : 2019JGRD..12413943K . DOI : 10.1029 / 2019JD030480 .

Дальнейшее чтение

  • Батлер, Эми Х .; Sjoberg, Jeremiah P .; Зайдель, Дайан Дж .; Розенлоф, Карен Х. (2017). «Компендиум внезапного стратосферного потепления» . Данные науки о Земле . 9 (1): 63–76. Bibcode : 2017ESSD .... 9 ... 63B . DOI : 10.5194 / ЭСУР-9-63-2017 .
  • Чарльтон, Эндрю Дж .; Полвани, Лоренцо М. (2007). «Новый взгляд на стратосферные внезапные потепления. Часть I: климатология и критерии моделирования» . Журнал климата . 20 (3): 449. Bibcode : 2007JCli ... 20..449C . DOI : 10.1175 / JCLI3996.1 .
  • Чарльтон, Эндрю Дж .; Polvani, Lorenzo M .; Перлвиц, Джудит; Сасси, Фабрицио; Манзини, Элиза; Шибата, Киётака; Поусон, Стивен; Нильсен, Дж. Эрик; Ринд, Дэвид (2007). «Новый взгляд на стратосферные внезапные потепления. Часть II: Оценка численного моделирования» . Журнал климата . 20 (3): 470. Bibcode : 2007JCli ... 20..470C . DOI : 10.1175 / JCLI3994.1 .
  • Мэтьюман, штат Нью-Джерси; Esler, JG; Чарльтон-Перес, AJ; Полвани, LM (2009). «Новый взгляд на стратосферные внезапные потепления. Часть III: Эволюция полярных вихрей и вертикальная структура» . Журнал климата . 22 (6): 1566. Bibcode : 2009JCli ... 22.1566M . DOI : 10.1175 / 2008JCLI2365.1 .
  • Pedatella, N .; Chau, J .; Schmidt, H .; Гончаренко, Л .; Stolle, C .; Hocke, K .; Харви, L .; Funke, B .; Сиддики, Т. (2018). «Как внезапное стратосферное потепление влияет на всю атмосферу» . Эос . 99 . DOI : 10.1029 / 2018EO092441 .
  • Хендон, Гарри; Уоткинс, Эндрю Б .; Лим, Юн-Па; Янг, Гриффит (2019-09-06). «Воздух над Антарктидой внезапно становится теплее - вот что это значит для Австралии» . Разговор . Проверено 10 сентября 2019 .

Внешние ссылки

  • Метеорологическое бюро Великобритании: Что такое внезапное стратосферное потепление (ВСП)?
  • Обсуждение погоды и климата, чтение блога WCD по метеорологии: внезапные стратосферные волнения
  • GEOS-5: анализ и прогнозы сильного стратосферного внезапного потепления в январе 2013 г. Бюро глобального моделирования и ассимиляции НАСА