В.И. Мордвинов, Р.В. Васильев, Е.В. Девятова, О.С. Зоркальцева
ДИНАМИКА СРЕДНЕЙ И ВЕРХНЕЙ АТМОСФЕРЫ В ЗИМНИЕ ПЕРИОДЫ 2016/2017 И 2017/2018 ПО ДАННЫМ ИНТЕРФЕРОМЕТРА ФАБРИ-ПЕРО ИСЗФ СО РАН И АРХИВОВ ECMWF ERA-INTERIM И MERRA
Мы исследовали отклик циркуляции мезосферы – нижней термосферы (МНТ) на события внезапных стратосферных потеплений (ВСП). Рассмотрены два зимних периода – 2016/2017 (ВСП в конце января – начале февраля) и 2017/2018 (ВСП в середине февраля). Стратосферные потепления мы исследовали по данным ERA-Interim и MERRA, а циркуляцию МНТ – по данным интерферометра Фабри-Перо Института солнечно-земной физики СО РАН. В 2017 году данные интерферометра о зональной компоненте скорости ветра на высоте 100 км показали отклик на ВСП, а в 2018 году типичный для данной высоты режим циркуляции во время события ВСП не был нарушен. Анализ показал, что ВСП в 2017 году было более интенсивным в верхней стратосфере, чем в нижней. Тогда как ВСП в 2018 году было более интенсивным в нижней стратосфере.
Ключевые слова: средняя атмосфера, внезапное стратосферное потепление, общая циркуляция атмосферы
V . I . Mordvinov , R . V . Vasilyev , E . V . Devyatova , O . S . Zorkal ’ tseva
DYNAMICS OF THE MIDDLE AND UPPER ATMOSPHERE IN WINTER 2016/2017 AND 2017/2018 ACCORDING TO THE FABRY-PEROT INTERFEROMETER ISTP SB RAS AND ARCHIVES OF ECMWF ERA-INTERIM AND MERRA
We investigated mesosphere/lower thermosphere (MLT) circulation response on stratospheric sudden warming events (SSWs). We analyzed two winters – 2016/2017 (SSW event was in the end of January – beginning of February) and 2017/2018 (SSW was in the middle of February). SSWs were investigated using ERA-Interim and MERRA data. MLT circulation was investigated using data of Fabry-Perot interferometer (Institute of Solar-Terrestrial Physics SB RAS) about zonal wind speed at 100 km. In January-February 2017 there was the response of zonal wind at 100 km on SSW event. In February 2018 the typical circulation at 100 km was not disturb. Our analysis show that in 2017 the SSW was more intensive in the upper stratosphere (about 60 km) than in the lower stratosphere (about 35 km). Whereas in 2018 the SSW was more intensive in the lower stratosphere.
|
|
|
Keywords: middle atmosphere, stratospheric sudden warming, general atmospheric circulation
Циркуляция мезосферы и термосферы (высоты от 60 км и выше) остается в настоящее время во многом загадочной и представляет собой широкое поле деятельности для исследований. Существенное влияние на циркуляцию стратосферы, мезосферы и нижней термосферы оказывают волны: приливные (регулярная составляющая), планетарные и гравитационные (нерегулярная составляющая). По крайней мере, частично, источники нерегулярных колебаний находятся в более низких слоях атмосферы. По мере распространения волн наверх, их амплитуда экспоненциально растет, компенсируя уменьшение плотности с высотой (например, [1]).
Цель нашей работы – поиск отклика циркуляции верхней атмосферы на внезапные стратосферные потепления (ВСП). Мы рассмотрели два зимних сезона: 2016/2017 и 2017/2018. Для этого мы использовали данные о зональной компоненте ветра интерферометра Фабри-Перо, принадлежащего Институту солнечно-земной физики СО РАН, расположенного в обсерватории Торы р. Бурятия. Интерферометр позволяет сделать оценку трех компонент скорости ветра и температуры на высотах от 90 до 250 км в области своего базирования. Внезапные стратосферные потепления мы исследуем по данным архивов реанализа ERA-Interim [2] и MERRA [3].
|
|
|
На рисунке 1 представлены широтно-временные диаграммы осредненной вдоль широтных кругов зональной компоненты скорости ветра на высотах 10 и 1 гПа для зимних сезонов 2016/2017 (слева) и 2017/2018 (справа). Расчеты для зимы 2016/2017 выполнены по данным ERA-Interim, для зимы 2017/2018 – по данным MERRA. Согласно определению Всемирной Метеорологической Организации ВСП разделяются на мажорные и минорные. Критерием минорного потепления является резкий рост (на несколько десятков градусов в течение нескольких суток) температуры и смена знака градиента температуры в высоких широтах зимнего полушария на высоте 10 гПа (около 35 км). Критерием мажорного потепления помимо обращения градиента температуры является обращение зональной компоненты скорости ветра на высоте 10 гПа и широте 60 градусов, т.е. резкая смена зимнего западного переноса летним восточным. Рисунок 2 показывает, что в конце января 2017 года имело место событие ВСП, которое по интенсивности лишь слегка не достигло значений, удовлетворяющих критериям «мажорности». В начале второй декады февраля 2018 года началось ВСП, которое уверенно относится к категории «мажорных». Обращает на себя внимание одна деталь: потепление в январе 2017 является более интенсивным в верхней стратосфере – нижней мезосфере, на высоте около 60 км. Потепление в феврале 2018, наоборот, более интенсивно развивалось в нижней стратосфере, на высотах около 35 км. Что показывали в обоих случаях данные интерферометра?
|
|
|
Рис. 1. Осредненная вдоль широтных кругов зональная компонента ветра на высоте 1 гПа (верхние рисунки) и 10 гПа (нижние рисунки) в зимние периоды 2016/2017 (слева) и 2017/2018 (справа). По данным ERA-Interim с 01.10.2016 по 31.03.2017, по данным MERRA с 01.11.2017 по 28.02.2018. Ось Х – номера сроков (для ERA 4 срока в сутки, для MERRA 8 сроков в сутки). Ось У – широты.
На рисунке 2 представлены результаты наблюдений интерферометра зональной компоненты скорости ветра в 2017 и 2018 гг. на высоте 100 км. Оказалось, что внезапному потеплению в январе 2017 года соответствует сбой типичного для этих высот режима циркуляции. Полусуточные вариации ветра оказались нарушены и, в течение нескольких дней ветер был преимущественно западным. Результаты для ВСП в феврале 2018 оказались противоположными – на высоте 100 км отсутствует реакция ветра на это событие. Одной из причин различий может быть уже отмеченный выше различный характер развития двух ВСП по вертикали (первое более интенсивно протекало в верхней стратосфере, а второе – в нижней).
|
|
|
Рис. 2. Зональная компонента ветра на высоте 100 км в зимние периоды 2016/2017 и 2017/2018 по данным интерферометра Фабри-Перо (обсерватория Торы, р. Бурятия). Вертикальная пунктирная линия отмечает дату начала ВСП. Графики – индекс геомагнитной активности Ар.
Список литературы:
1. Andrews D.G., Holton J.R. and Leovy C.B. Middle Atmospheric Dynamics. – Academic Press 1987. – 489 pp.
2. Dee D. P. et al. The ERA-Interim reanalysis: Configuration and performance of the data assimilation system. – Quart. J. Roy. Meteorol. Soc., 2011, vol. 137, No. 656, pp. 553–597.
3. Gelaro Ronald, et al., The Modern-Era Retrospective Analysis for Research and Applications, Version 2 (MERRA-2), 2017, J. Clim., doi: 10.1175/JCLI-D-16-0758.1
Информация об авторе: Мордвинов Владимир Иванович – доцент, к.ф.-м.н., кафедра метеорологии и охраны атмосферы, Иркутский государственный университет, г. Иркутск; с.н.с., Институт солнечно-земной физики СО РАН, г. Иркутск; e-mail: v_mordv@iszf.irk.ru; Васильев Роман Валерьевич – к.ф.-м.н., зав. лабораторией нижней и средней атмосферы, Институт солнечно-земной физики СО РАН, г. Иркутск; e-mail: roman_vasilyev@iszf.irk.ru;Девятова Елена Викторовна – к.ф.-м.н., н.с., Институт солнечно-земной физики СО РАН, г. Иркутск; e-mail: devyatova@iszf.irk.ru; Зоркальцева Ольга Сергеевна – к.ф.-м.н., м.н.с., Институт солнечно-земной физики СО РАН, г. Иркутск; e-mail: meteorologist-ka@yandex.ru
Author: Mordvinov Vladimir Ivanovich – Associate Professor, PhD, Department of Meteorology and Protection of the Atmosphere, Irkutsk State University, Irkutsk; Researcher, Institute of Solar-Terrestrial Physics SB RAS, Irkutsk; e-mail: v_mordv@iszf.irk.ru; Vasilyev Roman Valerievich – PhD, Head of Laboratory of Lower and Middle Atmosphere, Institute of Solar-Terrestrial Physics SB RAS, Irkutsk; e-mail: roman_vasilyev@iszf.irk.ru; Devyatova Elena Viktorovna – PhD, Researcher, Institute of Solar-Terrestrial Physics SB RAS, Irkutsk; e-mail: devyatova@iszf.irk.ru; Zorkal’tseva Olga Sergeevna – PhD, Researcher, Institute of Solar-Terrestrial Physics SB RAS, Irkutsk; e-mail: meteorologist-ka@yandex.ru
УДК 551.513(57.2)
П.А. Найденов
Дата добавления: 2019-01-14; просмотров: 271; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!