Том 38, номер 11, статья № 7

Аннотация:

Стратосферные полярные вихри, формирующиеся над полярными областями поздней осенью, представляют собой крупномасштабные циклональные образования, устойчивость которых в зимне-весенний период определяет масштабы и глубину весеннего разрушения озона. Методом оконтуривания вихрей на основе данных реанализа ERA5 выявлены особенности вертикальной динамики арктического и антарктического полярных вихрей в 2020 г. во время их рекордного усиления, сопровождавшегося формированием наиболее крупных и продолжительных озоновых аномалий в Арктике и Антарктике. Рассмотрена согласованность во временных изменениях динамики вихря на разных стратосферных уровнях. Разрушение полярных вихрей в 2020 г. наблюдалось с конца весны по начало лета и распространялось сверху вниз в течение одного-двух месяцев. В динамике арктического полярного вихря прослеживались три пика активности, распространявшихся из верхней стратосферы в нижнюю в пределах месяца. В динамике антарктического полярного вихря – один пик активности, распространявшийся из верхней стратосферы в нижнюю в течение двух месяцев. В качестве возможной причины рекордного усиления полярных вихрей в 2020 г. предложена аномальная продолжительность западной фазы квазидвухлетней цикличности в средней стратосфере. Полученные результаты могут быть использованы при оценке рисков повышения приземного уровня опасного для биосферы УФ-Б-излучения.

Ключевые слова:

стратосферные полярные вихри, озоновые аномалии, квазидвухлетняя цикличность, площадь вихря, скорость ветра по границе вихря

Иллюстрации:

Список литературы:

1. Manney G.L., Zurek R.W., O’Neill A., Swinbank R. On the motion of air through the stratospheric polar vortex // J. Atmos. Sci. 1994. V. 51, N 20. P. 2973–2994. DOI: 10.1175/1520-0469(1994)051<2973:OTMOAT>2.0.CO;2.
2. Schoeberl M.R., Lait L.R., Newman P.A., Rosenfield J.E. The structure of the polar vortex // J. Geophys. Res. 1992. V. 97, N D8. P. 7859–7882. DOI: 10.1029/91JD02168.
3. Зуев В.В., Савельева Е.С., Масленникова Э.А., Томашова А.С., Крупчатников В.Н., Чхетиани О.Г., Калашник М.В. Последствия ослабления динамического барьера арктического полярного вихря // Докл. РАН. Науки о Земле. 2024. Т. 514, № 2. С. 333–342. DOI: 10.31857/S2686739724020183.
4. Waugh D.W., Sobel A.H., Polvani L.M. What is the polar vortex and how does it influence weather? // Bull. Am. Meteorol. Soc. 2017. V. 98, N 1. P. 37–44. DOI: 10.1175/BAMS-D-15-00212.1.
5. Waugh D.W., Polvani L.M. Stratospheric polar vortices // The Stratosphere: Dynamics, Transport, and Chemistry. AGU, 2010. P. 43–57. DOI: 10.1002/9781118666630.ch3.
6. Newman P.A., Nash E.R., Rosenfield J.E. What controls the temperature of the Arctic stratosphere during the spring? // J. Geophys. Res. 2001. V. 106, N 17. P. 19999–20010. DOI: 10.1029/2000JD000061.
7. Solomon S. Stratospheric ozone depletion: A review of concepts and history // Rev. Geophys. 1999. V. 37, N 3. P. 275–316. DOI: 10.1029/1999RG900008.
8. Newman P.A. Chemistry and dynamics of the Antarctic ozone hole // The Stratosphere: Dynamics, Transport, and Chemistry. AGU, 2010. P. 157–171. DOI: 10.1029/2009GM000873.
9. Finlayson-Pitts B.J., Pitts J.N. Chemistry of the Upper and Lower Atmosphere: Theory, Experiments, and Applications. California: Academic Press, 2000. 969 p. DOI: 10.1016/B978-0-12-257060-5.X5000-X.
10. Лукьянов А.Н., Варгин П.Н., Юшков В.А. Исследование с помощью лагранжевых методов аномально устойчивого арктического стратосферного вихря, наблюдавшегося зимой 2019–2020 гг. // Изв. РАН. Физ. атмосф. и океана. 2021. T. 57, № 3. C. 278–285. DOI: 10.31857/S000235152103007X.
11. Lawrence Z.D., Perlwitz J., Butler A.H., Manney G.L., Newman P.A., Lee S.H., Nash E.R. The remarkably strong Arctic stratospheric polar vortex of winter 2020: Links to record-breaking Arctic Oscillation and ozone loss // J. Geophys. Res. 2020. V. 125, N 22. P. e2020JD033271. DOI: 10.1029/2020JD033271.
12. Grooß J.-U., Müller R. Simulation of record Arctic stratospheric ozone depletion in 2020 // J. Geophys. Res. 2021. V. 126, N 12. P. e2020JD033339. DOI: 10.1029/2020JD033339.
13. Kuttippurath J., Feng W., Müller R., Kumar P., Raj S., Gopikrishnan G.P., Roy R. Exceptional loss in ozone in the Arctic winter/spring of 2019/2020 // Atmos. Chem. Phys. 2021. V. 21, N 18. P. 14019–14037. DOI: 10.5194/acp-21-14019-2021.
14. Wohltmann I., von der Gathen P., Lehmann R., Maturilli M., Deckelmann H., Manney G.L., Davies J., Tarasick D., Jepsen N., Kivi R., Lyall N., Rex M. Near-Complete local reduction of Arctic stratospheric ozone by severe chemical loss in spring 2020 // Geophys. Res. Lett. 2020. V. 47, N 20. P. e2020GL089547. DOI: 10.1029/2020GL089547.
15. Зуев В.В., Савельева Е.С., Павлинский А.В. Беспрецедентная озоновая аномалия в арктической стратосфере в зимне-весенний период 2020 г. // ДАН. Науки о Земле. 2020. Т. 495, № 2. С. 36–40. DOI: 10.31857/S2686739720120130.
16. 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 2020 // J. South. Hemisph. Earth Syst. Sci. 2021. V. 72, N 1. P. 19–37. DOI: 10.1071/ES21015.
17. Yook S., Thompson D.W.J., Solomon S. Climate impacts and potential drivers of the unprecedented Antarctic ozone holes of 2020 and 2021 // Geophys. Res. Lett. 2022. V. 49, N 10. P. e2022GL098064. DOI: 10.1029/2022GL098064.
18. Зуев В.В., Савельева Е.С., Павлинский А.В., Сидоровский Е.А. Беспрецедентная продолжительность антарктической озоновой аномалии 2020 г. // Докл. РАН. Науки о Земле. 2023. Т. 509, № 1. С. 120–124. DOI: 10.31857/S2686739722602319.
19. 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. Meteorol. Soc. 2020. V. 146, N 730. P. 1999–2049. DOI: 10.1002/qj.3803.
20. Zuev V.V., Savelieva E. Stratospheric polar vortex dynamics according to the vortex delineation method // J. Earth Syst. Sci. 2023. V. 132, N 1. P. 39. DOI: 10.1007/s12040-023-02060-x.
21. Зуев В.В., Савельева Е.С. Динамические характеристики стратосферных полярных вихрей // Докл. РАН. Науки о Земле. 2024. Т. 517, № 1. С. 830–840. DOI: 10.31857/S2686739724070173.
22. Waugh D.W., Randel W.J., Pawson S., Newman P.A., Nash E.R. Persistence of the lower stratospheric polar vortices // J. Geophys. Res. 1999. V. 104, N 22. P. 27191–27201. DOI: 10.1029/1999JD900795.
23. Baldwin M.P., Gray L.J., Dunkerton T.J., Hamilton K., Haynes P.H., Randel W.J., Holton J.R., Alexander M.J., Hirota I., Horinouchi T., Jones D.B.A., Kinnersley J.S., Marquardt C., Sato K., Takahashi M. The quasi-biennial oscillation // Rev. Geophys. 2001. V. 39, N 2. P. 179–229. DOI: 10.1029/1999RG000073.
24. Holton J.R., Tan H.C. The influence of the equatorial quasi-biennial oscillation on the global circulation at 50 mb // J. Atmos. Sci. 1980. V. 37, N 10. P. 2200–2208. DOI: 10.1175/1520-0469(1980)037<2200:TIOTEQ>2.0.CO;2.
25. Garfinkel C.I., Shaw T.A., Hartmann D.L., Waugh D.W. Does the Holton–Tan mechanism explain how the quasi-biennial oscillation modulates the Arctic polar vortex? // J. Atmos. Sci. 2012. V. 69, N 5. P. 1713–1733. DOI: 10.1175/JAS-D-11-0209.1.
26. Zuev V.V., Savelieva E. The cause of the strengthening of the Antarctic polar vortex during October–November periods // J. Atmos. Sol.-Terr. Phys. 2019. V. 190. P. 1–5. DOI: 10.1016/j.jastp.2019.04.016.
27. Chen W., Wei K. Interannual variability of the winter stratospheric polar vortex in the Northern Hemisphere and their relations to QBO and ENSO // Adv. Atmos. Sci. 2009. V. 26, N 5. P. 855–863. DOI: 10.1007/s00376-009-8168-6.
28. Calvo N., Giorgetta M.A., Peña-Ortiz C. Sensitivity of the boreal winter circulation in the middle atmosphere to the quasi-biennial oscillation in MAECHAM5 simulations // J. Geophys. Res. 2007. V. 112, N 10. P. D10124. DOI: 10.1029/2006JD007844.
29. Niwano M., Takahashi M. The influence of the equatorial QBO on the Northern Hemisphere winter circulation of a GCM // J. Meteorol. Soc. Jpn. 1998. V. 76, N 3. P. 453–461. DOI: 10.2151/jmsj1965.76. 3_453.
30. Garfinkel C.I., Hartmann D.L. Effects of the El Niño–Southern Oscillation and the Quasi-Biennial Oscillation on polar temperatures in the stratosphere // J. Geophys. Res. 2007. V. 112, N 19. P. D19112. DOI: 10.1029/2007JD008481.
31. Klekociuk A.R., Tully M.B., Alexander S.P., Dargaville R.J., Deschamps L.L., Fraser P.J., Gies H.P., Henderson S.I., Javorniczky J., Krummel P.B., Petelina S.V., Shanklin J.D., Siddaway J.M., Stone K.A. The Antarctic ozone hole during 2010 // Aust. Meteorol. Ocean. 2011. V. 61, N 4. P. 253–267. DOI: 10.1071/ES11025.
32. Haigh J.D., Roscoe H.K. The final warming date of the Antarctic polar vortex and influences on its interannual variability // J. Climate. 2009. V. 22, N 22. P. 5809–5819. DOI: 10.1175/2009JCLI2865.1.