Том 37, номер 11, статья № 7

Аннотация:

Наблюдающиеся над территорией Сибири аномалии атмосферной температуры, связанные с внезапными стратосферными потеплениями (ВСП), требуют детального изучения. В Сибири мало инструментов, которые способны предоставить необходимую информацию о вертикальном распределении температуры атмосферы. Уникальное оборудование Сибирской лидарной станции (СЛС) Института оптики атмосферы им. В.Е. Зуева СО РАН, разработанное для регулярных лидарных измерений атмосферных параметров, позволяет получить необходимые данные о вертикальной стратификации температуры атмосферы во время ВСП. Для определения характеристик температурных аномалий атмосферы в период ВСП зимой 2023 г. над Томском были проведены сравнения значений температуры атмосферы в отдельные ночи, полученных с помощью лидара СЛС, модели Whole Atmosphere Community Climate Model (WACCM), среднеширотной зимней стандартной модели и реанализа ERA5 (ECMWF – European Centre for Medium-Range Weather Forecasts) Reanalysis v5). Впервые показана возможность использования вертикальных профилей температуры атмосферы, полученных методом СКР, для изучения ВСП и, в том числе анализа изменения вертикальной структуры атмосферы в период ВСП.

Ключевые слова:

лидар, температура, атмосфера, спонтанное комбинационное рассеяние, внезапное стратосферное потепление

Иллюстрации:

Список литературы:

1. Arias P.A., Bellouin N., Coppola E., Jones R.G., Krinner G., Marotzke J., Naik V., Palmer M.D., Plattner G.-K., Rogelj J., Rojas M., Sillmann J., Storelvmo T., Thorne P.W., Trewin B., Achuta Rao K., Adhikary B., Allan R.P., Armour K., Bala G., Barimalala R., Berger S., Canadell J.G., Cassou C., Cherchi A., Collins W., Collins W.D., Connors S.L., Corti S., Cruz F., Dentener F.J., Dereczynski C., Di Luca A., Diongue Niang A., Doblas-Reyes F.J., Dosio A., Douville H., Engelbrecht F., Eyring V., Fischer E., Forster P., Fox-Kemper B., Fuglestvedt J.S., Fyfe J.C., Gillett N.P., Goldfarb L., Gorodetskaya I., Gutierrez J.M., Hamdi R., Hawkins E., Hewitt H.T., Hope P., Islam A.S., Jones C., Kaufman D.S., Kopp R.E., Kosaka Y., Kossin J., Krakovska S., Lee J.-Y., Li J., Mauritsen T., Maycock T.K., Meinshausen M., Min S.-K., Monteiro P.M.S., Ngo-Duc T., Otto F., Pinto I., Pirani A., Raghavan K., Ranasinghe R., Ruane A.C., Ruiz L., Sallée J.-B., Samset B.H., Sathyendranath S., Seneviratne S.I., Sörensson A.A., Szopa S., Takayabu I., Tréguier A.-M., van den Hurk B., Vautard R., von Schuckmann K., Zaehle S., Zhang X., Zickfeld K. Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC). Technical summary // Climate Change 2021: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge: Cambridge University Press, 2023. P. 35–144. DOI: 10.1017/9781009157896.002.
2. Zorkaltseva O.S., Vasilyev R.V. Stratospheric influence on the mesosphere–lower thermosphere over mid latitudes in winter observed by a Fabry–Perot interferometer // Annal. Geophys. Copernicus GmbH. 2021. V. 39, N 1. P. 267–276. DOI: 10.5194/angeo-39-267-2021.
3. Yiğit E., Medvedev A.S. Internal wave coupling processes in Earth’s atmosphere // Adv. Space Res. 2015. V. 55, N 4. P. 983–1003. DOI: 10.1016/j.asr.2014.11.020.
4. Dowdy A.J., Vincent R.A., Tsutsumi M., Igarashi K., Murayama Y., Singer W., Murphy D.J., Riggin D.M. Polar mesosphere and lower thermosphere dynamics: 2. Response to sudden stratospheric warmings // J. Geophys. Res.: Atmos. 2007. V. 112, N D17. DOI: 10.1029/2006JD008127.
5. Jacobi C., Hoffmann P., Liu R.Q., Krizan P., Lastovicka J., Merzlyakov E.G., Solovjova T.V., Portnyagin Y.I. Midlatitude mesopause region winds and waves and comparison with stratospheric variability // J. Atmos. Sol.-Terr. Phys. 2009. V. 71, N 14–15. P. 1540–1546. DOI: 10.1016/j.jastp.2009.05.004.
6. Kretschmer M., Coumou D., Agel L., Barlow M., Tziperman E., Cohen J. More-persistent weak stratospheric polar vortex states linked to cold extremes // Bull. Am. Meteorol. Soc. 2018. V. 99, N 1. P. 49–60. DOI: 10.1175/bams-d-16-0259.1.
7. Meteorological Conditions & Ozone in the Polar Stratosphere. URL: https://www.cpc.ncep.noaa.gov/products/stratosphere/polar/polar.shtml#plot1 (дата обращения: 10.12.2024).
8. Зоркальцева О.С., Антохина О.Ю., Антохин П.Н. Долговременная изменчивость параметров внезапных стратосферных потеплений по данным реанализа ERA5 // Оптика атмосф. и океана. 2023. Т. 36, № 3. С. 200–208. DOI: 10.15372/AOO20230306; Zorkaltseva O.S., Antokhina O.Yu., Antokhin P.N. Long-term variations in parameters of sudden stratospheric warmings according to ERA5 reanalysis data // Atmos. Ocean. Opt. 2023. V. 36, N 4. P. 370–378. DOI: 10.1134/S1024856023040206.
9. Baldwin M.P., Ayarzagüena B., Birner T., Butchart N., Butler A.H., Charlton-Perez A.J., Domeisen D.I.V., Garfinkel C.I., Garny H., Gerber E.P., Hegglin M.I., Langematz U., Pedatella N.M. Sudden stratospheric warmings // Rev. Geophys. 2021. V. 59, N 1. DOI: 10.1029/2020RG000708.
10. Варгин П.Н., Кирюшов Б.М. Внезапное стратосферное потепление в Арктике в феврале 2018 г. и его влияние на тропосферу, мезосферу и озоновый слой // Метеорол. и гидрол. 2019. № 2. С. 41–56.
11. Antokhina O.Y., Antokhin P.N., Zorkaltseva O.S., Bobrovnikov S.M., Zharkov V.I., Trifonov D.A. Characteristics of the dynamics and relationships of the troposphere and stratosphere in the winter period 2022–2023 // 29th International Symposium on Atmospheric and Ocean Optics: Atmospheric Physics. SPIE. 2023. V. 12780. P. 925–930. DOI: 10.1117/12.2688249.
12. Sigmond M., Scinocca J., Kharin V., Shepherd T. Enhanced seasonal forecast skill following stratospheric sudden warmings // Nat. Geosci. 2013. V. 6, N 2. P. 98–102. DOI: 10.1038/ngeo1698.
13. WMO: Implementation of the WMO-IQSY STRATWARM PROGRAMME. 1964. V. 13, N 4. P. 200–205. URL: https://library.wmo.int/doc_num.php?explnum_id=6525 (дата обращения: 13.11.2023).
14. Labitzke K. Stratospheric-mesospheric midwinter disturbances: A summary of observed characteristics // J. Geophys. Res.: Ocean. 1981. V. 86, N C10. P. 9665–9678. DOI: 10.1029/JC086iC10p09665.
15. Braesicke P., Langematz U. On the occurrence and evolution of extremely high temperatures at the polar winter stratopause – a GCM study // Geophys. Res. Lett. 2000. V. 27, N 10. P. 1467–1470. DOI: 10.1029/2000GL011431.
16. Manney G.L., Krüger K., Pawson S., Minschwaner K., Schwartz M., Daffer W.H., Livesey N., Mlynczac M.G., Remsberg E.E., Russell J.III, Waters J. The evolution of the stratopause during the 2006 major warming: Satellite data and assimilated meteorological analyses // J. Geophys. Res.: Atmos. 2008. V. 113, N D11. DOI: 10.1029/2007JD009097.
17. Limpasuvan V., Richter J.H., Orsolini Y.J., Stordal F., Kvissel O. The roles of planetary and gravity waves during a major stratospheric sudden warming as characterized in WACCM // J. Atmos. Sol.-Terr. Phys. 2012. V. 78, P. 84–98. DOI: 10.1016/j.jastp.2011.03.004.
18. Chandran A., Collins R., Garcia R., Marsh D. A case study of an elevated stratopause generated in the Whole Atmosphere Community Climate Model // Geophys. Res. Lett. 2011. V. 38, N 8. DOI: 10.1029/20010GL046566.
19. King A.D., Butler A.H., Jucker M., Earl N.O., Rudeva I. Observed relationships between sudden stratospheric warmings and European climate extremes // J. Geophys. Res.: Atmos. 2019. V. 124, N 24. P. 13943–13961. DOI: 10.1029/2019JD030480.
20. Бобровников С.М., Жарков В.И., Зайцев Н.Г., Трифонов Д.А. Применение комбинированного метода фоторегистрации в лидарных измерениях температуры атмосферы на главном зеркале Сибирской лидарной станции // Оптика атмосф. и океана. 2023. Т. 36, № 10. С. 839–845. DOI: 10.15372/AOO20231008; Bobrovnikov S.M., Zharkov V.I., Zaitcev N.G., Trifonov D.A. Combined lidar signal registration technique for atmospheric temperature measurements with the primary mirror of the Siberian Lidar Station // Atmos. Ocean. Opt. 2024. V. 37, N 1. P. 24–30. DOI: 10.1134/S1024856023040206.
21. Бобровников С.М., Жарков В.И., Зайцев Н.Г., Надеев А.И., Трифонов Д.А. Анализ корректности восстановления вертикального распределения температуры атмосферы из лидарных сигналов молекулярного рассеяния на главном лидаре Cибирской лидарной станции // Оптика атмосф. и океана. 2022. Т. 35, № 7. С. 524–531. DOI: 10.15372/AOO20220702; Bobrovnikov S.M., Zharkov V.I., Zaitsev N.G., Nadeev A.I., Trifonov D.A. Analysis of the correctness of retrieving the vertical atmospheric temperature distribution from lidar signals of molecular scattering at the main lidar of the Siberian Lidar Station // Atmos. Ocean. Opt. 2022. V. 35, N 6. P. 704–712. DOI: 10.1134/S1024856022060057.
22. Vignon E., Mitchell D.M. The stratopause evolution during different types of sudden stratospheric warming event // Clim. Dyn. 2015. V. 44. P. 3323–3337. DOI: 10.1007/s00382-014-2292-4.
23. Hersbach H., Bell B., Berrisford P., Hirahara Sh., 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 Ph., Lupu C., Radnoti G., de Rosnay P., Rozum I., Vamborg F., Villaume S., Thépaut J.-N. The ERA5 Global Reanalysis // Q. J. R. Meteorol. Soc. 2020. V. 146. P. 1999–2049. DOI: 10.1002/qj.3803.
24. Коршунов В.А., Зубачев Д.С. Увеличение обратного аэрозольного рассеяния в нижней мезосфере в 2019–2021 гг. и его влияние на измерения температуры рэлеевским методом // Оптика атмосф. и океана. 2022. Т. 35, № 1. С. 32–36. DOI: 10.15372/AOO20220105; Korshunov V.A., Zubachev D.S. Increase in the aerosol backscattering ratio in the lower mesosphere in 2019–2021 and its effect on temperature measurements with the Rayleigh Method // Atmos. Ocean. Opt. 2022. V. 35, N 4. P. 366–370.
25. Маричев В.Н. Комбинированный метод оптического зондирования нижней и средней атмосферы // Оптика атмосф. и океана. 2016. Т. 29, № 3. С. 210–215. DOI: 10.15372/AOO20160307; Marichev V.N. Combined method for optical sensing of the lower and middle atmosphere // Atmos. Ocean. Opt. 2016. V. 29, N 4. P. 348–352.
26. Waccm download subset. URL: https://www.acom.ucar.edu/waccm/download.shtml (дата обращения: 20.01.2024).
27. Butchart N. The stratosphere: A review of the dynamics and variability // Weather Clim. Dyn. 2022. V. 3, N 4. P. 1237–1272. DOI: 10.5194/wcd-3-1237-2022.
28. McClatchey R.A. Optical properties of the atmosphere. Air Force Cambridge Research Laboratories. Office of Aerospace Research. United States Air Force, 1972. P. 108.
29. Wargan K., Coy L. Strengthening of the tropopause inversion layer during the 2009 sudden stratospheric warming: A MERRA-2 study // J. Atmos. Sci. 2016. V. 73, N 5. P. 1871–1887. DOI: 10.1175/JAS-D-15-0333.1.
30. Zülicke C., Becker E. The structure of the mesosphere during sudden stratospheric warmings in a global circulation model // J. Geophys. Res.: Atmos. 2013. V. 118, N 5. P. 2255–2271. DOI: 10.1002/jgrd.50219.