Вертикальная структура антарктического полярного вихря во время внезапных стратосферных потеплений 1988, 2002 и 2019 гг. по данным спутниковых наблюдений

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

В работе с использованием спутниковых данных MERRA-2 и данных реанализа ERA5 рассмотрена вертикальная структура антарктического полярного вихря во время ВСП 1988, 2002 и 2019 гг. В 1988 и 2019 гг. наблюдалось значительное смещение полярного вихря, в 2002 г. – расщепление. Показаны различия в вертикальной динамике антарктического полярного вихря при ВСП, регистрируемом вследствие смещения (1988 и 2019 гг.) или расщепления вихря (2002 г.). Ослабление, смещение и последующее разрушение полярного вихря в 1988 и 2019 гг. наблюдалось сначала в верхней стратосфере и затем постепенно распространялось в среднюю и нижнюю стратосферу в течение месяца. Таким образом, ВСП в нижней стратосфере предварялось значительным смещением вихря в верхней стратосфере за месяц до события. В свою очередь в 2002 г. до расщепления полярный вихрь был достаточно сильным и устойчивым на всех стратосферных уровнях, расщепление наблюдалось единовременно в средней и верхней стратосфере, после чего в верхней стратосфере вихрь разрушился, а в нижней и средней просуществовал еще месяц. Во всех случаях наблюдалось снижение скорости ветра по границе вихря, увеличение температуры внутри вихря, разрушение частиц полярных стратосферных облаков и уменьшение площади озоновой дыры начиная с конца августа. Более раннее затягивание озоновой дыры произошло соответственно 30 октября 1988 г., 9 ноября 2002 г. и 6 ноября 2019 г.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

В. В. Зуев

Институт мониторинга климатических и экологических систем СО РАН

Email: esav.pv@gmail.com
Россия, Томск

Е. С. Савельева

Институт мониторинга климатических и экологических систем СО РАН; Институт физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: esav.pv@gmail.com
Россия, Томск; Москва

А. В. Павлинский

Институт мониторинга климатических и экологических систем СО РАН

Email: esav.pv@gmail.com
Россия, Томск

Список литературы

  1. Агеева В.Ю., Груздев А.Н., Елохов А.С., Мохов И.И. Внезапные стратосферные потепления: статистические характеристики и влияние на общее содержание NO2 и O3 // Известия РАН. ФАО. 2017. Т. 53. № 5. С. 545–555. doi: 10.7868/S0003351517050014.
  2. Ayarzagüena B., Palmeiro F.M., Barriopedro D., Calvo N., Langematz U., Shibata K. On the representation of major stratospheric warmings in reanalyses // Atmos. Chem. Phys. 2019. V. 19. № 14. P. 9469–9484. doi: 10.5194/acp-19-9469-2019.
  3. Charlton A.J., O’Neill A., Lahoz W.A., Berrisford P. The splitting of the stratospheric polar vortex in the Southern Hemisphere, September 2002: Dynamical evolution // J. Atmos. Sci. 2005. V. 62. № 3. P. 590–602. doi: 10.1175/JAS-3318.1.
  4. Eswaraiah S., Kim J.-H., Lee W., Hwang J., Kumar K.N., Kim Y.H. Unusual changes in the Antarctic middle atmosphere during the 2019 warming in the Southern Hemisphere // Geophys. Res. Lett. 2020. V. 47. № 19. P. e2020GL089199. doi: 10.1029/2020GL089199.
  5. Feng W., Chipperfield M.P., Roscoe H.K., Remedios J.J., Waterfall A.M., Stiller G.P., Glatthor N., Höpfner M., Wang D.-Y. Three-dimensional model study of the Antarctic ozone hole in 2002 and comparison with 2000 // J. Atmos. Sci. 2005. V. 62. № 3. P. 822–837. doi: 10.1175/JAS-3335.1.
  6. Gelaro R., McCarty W., Suárez M.J., Todling R., Molod A., Takacs L., Randles C.A., Darmenov A., Bosilovich M.G., Reichle R., Wargan K., Coy L., Cullather R., Draper C., Akella S., Buchard V., Conaty A., da Silva A.M., Gu W., Kim G.-K., Koster R., Lucchesi R., Merkova D., Nielsen J.E., Partyka G., Pawson S., Putman W., Rienecker M., Schubert S.D., Sienkiewicz M., Zhao B. The Modern-Era Retrospective Analysis for Research and Applications, Version 2 (MERRA-2) // J. Climate. 2017. V. 30. № 14. P. 5419–5454. doi: 10.1175/JCLI-D-16-0758.1.
  7. Goncharenko L.P., Harvey V.L., Greer K.R., Zhang S.-R., Coster A.J. Longitudinally dependent low-latitude ionospheric disturbances linked to the Antarctic sudden stratospheric warming of September 2019 // J. Geophys. Res. 2020. V. 125. № 8. P. e2020JA028199. doi: 10.1029/2020JA028199.
  8. Grooß J.-U., Konopka P., Müller R. Ozone chemistry during the 2002 Antarctic vortex split // J. Atmos. Sci. 2005. V. 62. № 3. P. 860‒870. doi: 10.1175/JAS-3330.1.
  9. Grytsai A.V., Evtushevsky O.M., Milinevsky G.P. Anomalous quasi-stationary planetary waves over the Antarctic region in 1988 and 2002 // Ann. Geophys. 2008. V. 26. № 5. P. 1101–1108. doi: 10.5194/angeo-26-1101-2008.
  10. Hersbach H., Bell B., Berrisford P., Hirahara S., Horányi A., Muñoz‐Sabater J., Nicolas J., Peubey C., Radu R., Schepers D., Simmons A., Soci C., Abdalla S., Abellan X., Balsamo G., Bechtold P., Biavati G., Bidlot J., Bonavita M., de Chiara G., Dahlgren P., Dee D., Diamantakis M., Dragani R., Flemming J., Forbes R., Fuentes M., Geer A., Haimberger L., Healy S., Hogan R.J., Hólm E., Janisková M., Keeley S., Laloyaux P., Lopez P., Lupu C., Radnoti G., de Rosnay P., Rozum I., Vamborg F., Villaume S., Thépaut J.‐N. The ERA5 global reanalysis // Q.J. Roy. Meteor. Soc. 2020. V. 146. № 730. P. 1999–2049. doi: 10.1002/qj.3803.
  11. Hirota I., Kuroi K., Shiotani M. Midwinter warmings in the southern hemisphere stratosphere in 1988 // Q. J. Roy. Meteor. Soc. 1990. V. 116. № 494. P. 929–941. doi: 10.1002/qj.49711649407.
  12. Hoppel K., Bevilacqua R., Allen D., Nedoluha G., Randall C. POAM III observations of the anomalous 2002 Antarctic ozone hole // Geophys. Res. Lett. 2003. V. 30. № 7. P. 1394. doi: 10.1029/2003GL016899.
  13. Klekociuk A.R., Tully M.B., Krummel P.B., Henderson S.I., Smale D., Querel R., Nichol S., Alexander S.P., Fraser P.J., Nedoluha G. The Antarctic ozone hole during 2018 and 2019 // J. South. Hemisph. Earth Syst. Sci. 2021. V. 71. № 1. P. 66–91. doi: 10.1071/ES20010.
  14. Kogure M., Yue J., Liu H. Gravity wave weakening during the 2019 Antarctic stratospheric sudden warming // Geophys. Res. Lett. 2021. V. 48. № 8. P. e2021GL092537. doi: 10.1029/2021GL092537.
  15. Kuttippurath J., Nikulin G. A comparative study of the major sudden stratospheric warmings in the Arctic winters 2003/2004–2009/2010 // Atmos. Chem. Phys. 2012. V. 12. № 17. P. 8115–8129. doi: 10.5194/acp-12-8115-2012.
  16. Lim E.-P., Hendon H.H., Butler A.H., Thompson D.W.J., Lawrence Z.D., Scaife A.A., Shepherd T.G., Polichtchouk I., Nakamura H., Kobayashi C., Comer R., Coy L., Dowdy A., Garreaud R.D., Newman P.A., Wang G. The 2019 Southern Hemisphere stratospheric polar vortex weakening and its impacts // B. Am. Meteorol. Soc. 2021. V. 102. № 6. P. E1150–E1171. doi: 10.1175/BAMS-D-20-0112.1.
  17. Manney G.L., Sabutis J.L., Allen D.R., Lahoz W.A., Scaife A.A., Randall C.E., Pawson S., Naujokat B., Swinbank R. Simulations of dynamics and transport during the September 2002 Antarctic major warming // J. Atmos. Sci. 2005. V. 62. № 3. P. 690–707. doi: 10.1175/JAS-3313.1.
  18. Manney G.L., Millán L.F., Santee M.L., Wargan K., Lambert A., Neu J.L., Werner F., Lawrence Z.D., Schwartz M.J., Livesey N.J., Read W.G. Signatures of anomalous transport in the 2019/2020 Arctic stratospheric polar vortex // J. Geophys. Res. 2022. V. 127. № 20. P. e2022JD037407. doi: 10.1029/2022JD037407.
  19. Milinevsky G., Evtushevsky O., Klekociuk A., Wang Y., Grytsai A., Shulga V., Ivaniha O. Early indications of anomalous behaviour in the 2019 spring ozone hole over Antarctica // Int. J. Remote Sens. 2019. V. 41. № 19. P. 7530–7540. doi: 10.1080/2150704X.2020.1763497.
  20. Newman P.A., Kawa S.R., Nash E.R. On the size of the Antarctic ozone hole // Geophys. Res. Lett. 2004. V. 31. № 21. P. L21104. doi: 10.1029/2004GL020596.
  21. Newman P.A., Nash E.R. The unusual Southern Hemisphere stratosphere winter of 2002 // J. Atmos. Sci. 2005. V. 62. № 3. P. 614–628. doi: 10.1175/JAS-3323.1.
  22. Noguchi S., Kuroda Y., Kodera K., Watanabe S. Robust enhancement of tropical convective activity by the 2019 Antarctic sudden stratospheric warming // Geophys. Res. Lett. 2020. V. 47. № 15. P. e2020GL088743. doi: 10.1029/2020GL088743.
  23. Roy R., Kuttippurath J., Lefèvre F., Raj S., Kumar P. The sudden stratospheric warming and chemical ozone loss in the Antarctic winter 2019: comparison with the winters of 1988 and 2002 // Theor. Appl. Climatol. 2022. V. 149. P. 119–130. doi: 10.1007/s00704-022-04031-6.
  24. Safieddine S., Bouillon M., Paracho A.-C., Jumelet J., Tencé F., Pazmino A., Goutail F., Wespes C., Bekki S., Boynard A., Hadji-Lazaro J., Coheur P.-F., Hurtmans D., Clerbaux C. Antarctic ozone enhancement during the 2019 sudden stratospheric warming event // Geophys. Res. Lett. 2020. V. 47. № 14. P. e2020GL087810. doi: 10.1029/2020GL087810.
  25. Shen X., Wang L., Osprey S., Hardiman S.C., Scaife A.A., Ma J. The life cycle and variability of Antarctic weak polar vortex events // J. Climate. 2022. V. 35. № 6. P. 2075–2092. doi: 10.1175/JCLI-D-21-0500.1.
  26. Solomon S. Stratospheric ozone depletion: a review of concepts and history // Rev. Geophys. 1999. V. 37. № 3. P. 275–316. doi: 10.1029/1999RG900008.
  27. Stolarski R.S., McPeters R.D., Newman P.A. The ozone hole of 2002 as measured by TOMS // J. Atmos. Sci. 2005. V. 62. № 3. P. 716‒720. doi: 10.1175/JAS-3338.1.
  28. Wargan K., Weir B., Manney G.L., Cohn S.E., Livesey N.J. The anomalous 2019 Antarctic ozone hole in the GEOS constituent data assimilation system with MLS observations // J. Geophys. Res. 2020. V. 125. № 18. P. e2020JD033335. doi: 10.1029/2020JD033335.
  29. Waugh D.W., Polvani L.M. Stratospheric polar vortices. In: Polvani L.M., Sobel A.H., Waugh D.W. (Eds.). The Stratosphere: Dynamics, Transport, and Chemistry // Geophysical Monograph Series. 2010. V. 190. P. 43–57. doi: 10.1002/9781118666630.ch3.
  30. Waugh D.W., Sobel A.H., Polvani L.M. What is the polar vortex and how does it influence weather? // Bull. Amer. Meteor. Soc. 2017. V. 98. № 1. P. 37–44. doi: 10.1175/BAMS-D-15-00212.1.
  31. Zuev V.V., Savelieva E.S. Dynamic characteristics of the stratospheric polar vortices // Dokl. Earth Sci. 2024. V. 517. № 1. P. 1240–1248. doi: 10.1134/S1028334X24601895.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Внутригодовой ход скорости зонального ветра у 60 ю.ш., минимальной температуры в области 50–90 ю.ш. на уровне 50 гПа, объема ПСО в области 60‒90 ю.ш. и площади озоновой дыры в области 40–90 ю.ш. с июля по ноябрь 1988, 2002 и 2019 гг. на фоне средних значений за 1983‒2022 гг. с СКО (±1 σ).

Скачать (394KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Поля геопотенциала на уровнях от 100 до 5 гПа над Антарктикой с 1 октября по 10 ноября 1988 г.

Скачать (1MB)
Метаданные
4. Рис. 3. Поля скорости ветра на уровнях от 100 до 5 гПа над Антарктикой с 1 октября по 10 ноября 1988 г.

Скачать (1MB)
Метаданные
5. Рис. 4. Поля геопотенциала на уровнях от 100 до 5 гПа над Антарктикой с 1 по 30 сентября 2002 г.

Скачать (1MB)
Метаданные
6. Рис. 5. Поля скорости ветра на уровнях от 100 до 5 гПа над Антарктикой с 1 по 30 сентября 2002 г.

Скачать (1MB)
Метаданные
7. Рис. 6. Поля геопотенциала на уровнях от 100 до 5 гПа над Антарктикой с 1 октября по 10 ноября 2019 г.

Скачать (1MB)
Метаданные
8. Рис. 7. Поля скорости ветра на уровнях от 100 до 5 гПа над Антарктикой с 1 октября по 10 ноября 2019 г.

Скачать (1MB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025