Том 39, номер 08, статья № 4

Аннотация:

В последние десятилетия на фоне глобального потепления все чаще наблюдаются региональные аномалии, такие как режим «теплая Арктика – холодная Евразия» (ТАХЕ), механизмы формирования которого недостаточно изучены. Настоящая работа посвящена установлению причин этой аномалии. Анализ взаимодействия стратосферы и тропосферы показал, что аномалия ТАХЕ возникла во второй половине февраля 2024 г. синхронно с ослаблением стратосферного полярного вихря (СПВ) и внезапным стратосферным потеплением (ВСП). Выяснено, что влияние процессов, связанных с ослаблением СПВ, на тропосферные аномалии проявляется не только после, но и в ходе самих ВСП. Интенсивный стратосферно-тропосферный обмен, характерный для этих событий, способен вызывать одновременные локальные и продолжительные похолодания над Сибирью, что подтверждается как результатами расчета потоков волновой активности на основе данных реанализа, так и данными инструментальных наблюдений, полученных в ходе самолетного зондирования. Доказано, что взаимодействие между тропосферой и стратосферой играет важную роль в формировании и усилении климатических аномалий, таких как ТАХЕ, в зимний период. Результаты работы могут быть полезны для совершенствования долгосрочного прогнозирования экстремальных зимних похолоданий в Евразии, а также развития климатических моделей, учитывающих стратосферно-тропосферные взаимодействия и их вклад в формирование аномалий типа «теплая Арктика – холодная Евразия».

Ключевые слова:

аномалия температуры, Арктика, циркуляция, внезапные стратосферные потепления, атмосферные блокирования, интрузия, озон

Иллюстрации:

Список литературы:

1. IPCC 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, 2021. 2391 p.
2. Мохов И.И., Семенов В.А. Погодно-климатические аномалии в регионах России, связанные с глобальными изменениями климата // Метеорол. и гидрол. 2016. № 2. С. 16–29.
3. Petoukhov V., Semenov V.A. A link between reduced Barents–Kara sea ice and cold winter extremes over northern continents // J. Geophys. Res.: Atmos. 2010. V. 115, N D21. P. D21111. DOI: 10.1029/2009JD013568.
4. Cohen J., Screen J.A., Furtado J.C., Barlow M., Whittleston D., Coumou D., Francis J., Dethloff K., Entekhabi D., Overland J., Jones J. Recent Arctic amplification and extreme mid-latitude weather // Nat. Geosci. 2014. V. 7, N 9. P. 627–637. DOI: 10.1038/ngeo2234.
5. Семенов В.А. Современные исследования климата Арктики: прогресс, смена концепций, актуальные задачи // Изв. РАН. Физ. атмосф. и океана. 2021. Т. 57, № 1. С. 21–33. DOI: 10.31857/s0002351521010119.
6. Rantanen M., Karpechko A.Y., Lipponen A., Nordling K., Hyvärinen O., Ruosteenoja K., Vihma T., Laaksonen A. The Arctic has warmed nearly four times faster than the globe since 1979 // Commun. Earth Environ. 2022. V. 3, N 1. P. 168. DOI: 10.1038/s43247-022-00498-3.
7. Semenov V.A., Latif M. Nonlinear winter atmospheric circulation response to Arctic sea ice concentration anomalies for different periods during 1966–2012 // Environ. Res. Lett. 2015. V. 10, N 5. P. 054020. DOI: 10.1088/1748-9326/10/5/054020.
8. Ghosh R., Manzini E., Gao Y., Gastineau G., Cherchi A., Frankignoul C., Liang Y.-C., Kwon Y.-O., Suo L., Tyrlis E., Mecking J.V., Tian T., Zhang Y., Matei D. Observed winter Barents Kara Sea ice variations induce prominent sub-decadal variability and a multi-decadal trend in the Warm Arctic Cold Eurasia pattern // Environ. Res. Lett. 2024. V. 19, N 2. P. 024018. DOI: 10.1088/1748-9326/ad1c1a.
9. Володин E.M. О механизме колебания климата в Арктике с периодом около 15 лет по данным модели климата ИВМ РАН // Изв. РАН. Физ. атмосф. и океана. 2020. Т. 56, № 2. C. 139–149. DOI: 10.31857/s0002351520020145.
10. Liu Z., Risi C., Codron F., Jian Z., Wei Z., He X., Poulsen C.J., Wang Y., Chen D., Ma W., Cheng Y., Bowen G.J. Atmospheric forcing dominates winter Barents–Kara sea ice variability on interannual to decadal time scales // Proc. Nat. Acad. Sci. 2022. V. 119, N 36. P. e2120770119. DOI: 10.1073/pnas.2120770119.
11. Luo D., Xiao Y., Diao Y., Dai A., Franzke C.L.E., Simmonds I. Impact of Ural blocking on Winter Warm Arctic – Cold Eurasian anomalies. Part I: Blocking-induced amplification // J. Clim. 2016. V. 29, N 11. P. 3925–3947. DOI: 10.1175/jcli-d-15-0611.1.
12. Kim B.-M., Son S.-W., Min S.-K., Jeong J.-H., Kim S.-J., Zhang X., Shim T., Yoon J.-H. Weakening of the stratospheric polar vortex by Arctic sea-ice loss // Nature Commun. 2014. V. 5, N 1. P. 4646. DOI: 10.1038/ncomms5646.
13. Zhang P., Wu Y., Smith K.L. Prolonged effect of the stratospheric pathway in linking Barents–Kara Sea sea ice variability to the midlatitude circulation in a simplified model // Clim. Dyn. 2017. V. 50, N 1–2. P. 527–539. DOI: 10.1007/s00382-017-3624-y.
14. Zhang P., Wu Y., Simpson I.R., Blackport R., Screen J.A. A stratospheric pathway linking a colder Siberia to Barents-Kara Sea sea ice loss // Sci. Adv. 2018. V. 4, N 7. P. eaat6025. DOI: 10.1126/sciadv.aat6025.
15. Chen X., Luo D., Wu Y., Dunn-Sigouin E., Lu J. Nonlinear response of atmospheric blocking to early winter Barents-Kara Seas warming: An idealized model study // J. Clim. 2020. V. 34, N 6. P. 1–42. DOI: 10.1175/jcli-d-19-0720.1.
16. Tyrlis E., Manzini E., Bader J., Ukita J., Nakamura H., Matei D. Ural blocking driving extreme Arctic sea ice loss, cold Eurasia, and stratospheric vortex weakening in autumn and early winter 2016–2017 // J. Geophys. Res.: Atmos. 2019. V. 124, N 21. P. 11313–11329. DOI: 10.1029/2019jd031085.
17. Peings Y. Ural blocking as a driver of early-winter stratospheric warmings // Geophys. Res. Lett. 2019. V. 46, N 10. P. 5460–5468. DOI: 10.1029/2019gl082097.
18. Baldwin M.P. Stratospheric memory and skill of extended-range weather forecasts // Science. 2003. V. 301, N 5633. P. 636–640. DOI: 10.1126/science.1087143.
19. Domeisen D.I.V., Butler A.H. Stratospheric drivers of extreme events at the Earth's surface // Commun. Earth Environ. 2020. V. 1, N 1. P. 59. DOI: 10.1038/s43247-020-00060-z.
20. Сумерова К.А., Варгин П.Н., Лукьянов А.Н., Хан В.М. Анализ условий тропосферной и стратосферной циркуляции, способствовавших формированию волн холода на северо-западе и в центре Европейской России в декабре 2021 г. // Метеорол. и гидрол. 2023. № 11. С. 20–39. DOI: 10.52002/0130-2906-2023-8-20-38.
21. Nath D., Chen W., Zelin C., Pogoreltsev A.I., Wei K. Dynamics of 2013 sudden stratospheric warming event and its impact on cold weather over Eurasia: Role of planetary wave reflection // Sci. Rep. 2016. V. 6, N 1. P. 24174. DOI: 10.1038/srep24174.
22. Zhang Y., Wang H., Chen S., Liu Y., Li J., Zhao M. Influence of major stratospheric sudden warming on the unprecedented cold wave in East Asia in January 2021 // Adv. Atmos. Sci. 2022. V. 39, N 4. P. 576–590. DOI: 10.1007/s00376-022-1318-9.
23. Liu M., Hu D., Guan Z. Modulation of a long-lasting extreme cold event in Siberia by a minor sudden stratospheric warming and the dynamical mechanism involved // Clim. Dyn. 2023. V. 60, N 1, 2. P. 797–811. DOI: 10.1007/s00382-022-06338-6.
24. Антохина О.Ю., Антохин П.Н., Зоркальцева О.С., Гочаков А.О., Мартынова Ю.В., Мордвинов В.И. Изменение отклика приземной температуры воздуха на колебания повторяемости блокирования в Атлантико-Евроазиатском секторе в осенне-зимний период // Метеорол. и гидрол. 2023. № 11. С. 5–19. DOI: 10.52002/0130-2906-2023-11-5-19.
25. Zhang Z., Cui H., Qiao F., Chen B., Song Y., Sun X., Gaoothers C. Effect of the blocking High-East Asian Trough on three extreme cold events in Eastern Asia // Adv. Atmos. Sci. 2024. V. 42, N 5. P. 892–903. DOI: 10.1007/s00376-024-4029-6.
26. McIntyre M.E., Palmer T.N. Breaking planetary waves in the stratosphere // Nature. 1983. V. 305, N 5935. P. 593–600. DOI: 10.1038/305593a0.
27. 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. R. Meteorol. Soc. 2020. V. 146, N 730. P. 1999–2049. DOI: 10.1002/qj.3803.
28. Luo B., Luo D., Dai A., Simmonds I., Wu L. The modulation of Interdecadal Pacific Oscillation and Atlantic Multidecadal Oscillation on winter Eurasian cold anomaly via the Ural blocking change // Clim. Dyn. 2022. V. 59, N 1, 2. P. 127–150. DOI: 10.1007/s00382-021-06119-7.
29. Антохина О.Ю., Гочаков А.В., Зоркальцева О.С., Антохин П.Н., Крупчатников В.Н. Опрокидывание волн Россби в стратосфере. Часть I. Климатология и долговременная изменчивость // Оптика атмосф. и океана. 2024. Т. 37, № 5. С. 415–422. DOI: 10.15372/AOO20240509; Antokhina O.Yu., Gochakov A.V., Zorkaltseva O.S., Antokhin P.N., Krupchatnikov V.N. Rossby wave breaking in the stratosphere: Part I – Climatology and long-term variability // Atmos. Ocean. Opt. 2024. V. 37, N 4. P. 514–521.
30. 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.
31. Plumb R.A. On the three-dimensional propagation of stationary waves // J. Atmos. Sci. 1985. V. 42, N 3. P. 217–229. DOI: 10.1175/1520-0469(1985)042<0217:ottdpo>2.0.co;2.
32. Шакина Н.П., Борисова В.В. Опыт использования потенциального вихря для расчета высоты тропопаузы // Метеорол. и гидрол. 1992. № 9. С. 57–65.
33. Hoskins B.J., McIntyre M.E., Robertson A.W. On the use and significance of isentropic potential vorticity maps // Q. J. R. Meteorol. Soc. 2007. V. 111, N 470. P. 877–946. DOI: 10.1002/qj.49711147002.
34. Белан Б.Д. Влияние струйных течений на изменение озона в их зоне Л.: Гидрометеоиздат, 1987. 274 с.
35. Holton J.R., Haynes P.H., McIntyre M.E., Douglass A.R., Rood R.B., Pfister L. Stratosphere–troposphere exchange // Rev. Geophys. 1995. V. 33, N 4. P. 403–439. DOI: 10.1029/95rg02097.
36. Иванова А.Р. Тропопауза – многообразие определений и современные подходы к идентификации // Метеорол. и гидрол. 2013. № 12. С. 23–36.
37. Антохин П.Н., Аршинова В.Г., Аршинов М.Ю., Арясов В.Е., Белан Б.Д., Белан С.Б., Давыдов Д.К., Ивлев Г.А., Козлов А.В., Панов А.В., Прокушкин А.С., Путилин И.Р., Рассказчикова Т.М., Савкин Д.Е., Симоненков Д.В., Толмачев Г.Н., Фофонов А.В. Сравнение потоков парниковых газов, измеренных с помощью комплексов научного оборудования самолета-лаборатории Як-40 и обсерватории «ZOTTO» // Оптика атмосф. и океана. 2024. Т. 37, № 12. С. 1028–1034. DOI: 10.15372/AOO20241206; Antokhin P.N., Arshinova V.G., Arshinov M.Yu., Aryasov V.E., Belan B.D., Belan S.B., Davydov D.K., Ivlev G.A., Kozlov A.V., Panov A.V., Prokushkin A.S., Putilin I.R., Rasskazchikova T.M., Savkin D.E., Simonenkov D.V., Tolmachev G.N., Fofonov A.V. Comparison between greenhouse gas fluxes measured with the equipment of Yakovlev-40 aircraft laboratory and ZOTTO observatory // Atmos. Ocean. Opt. 2025. V. 38, N 2. P. 151–160.
38. Lee S.H., Butler A.H., Manney G.L. Two major sudden stratospheric warmings during winter 2023/2024 // Weather. 2024. V. 80, N 5. P. 45–53. DOI: 10.1002/wea.4564.
39. Qian L., Rao J., Ren R., Shi C., Liu S. Enhanced stratosphere–troposphere and tropics-Arctic couplings in the 2023/24 winter // Commun. Earth Environ. 2024. V. 5, N 1. P. 345. DOI: 10.1038/s43247-024-01493-6.
40. Зоркальцева О.С., Антохина О.Ю., Гочаков А.В., Артамонов М.Ф. Эволюция стратосферного полярного вихря на примере зимних периодов 2022–2024 гг. // Солнечно-земная физика. 2025. Т. 11, № 2. С. 89–99. DOI: 10.12737/szf-112202508.
41. Lee S.H., Charlton-Perez A.J., Furtado J.C., Woolnough S.J. Abrupt stratospheric vortex weakening associated with North Atlantic Anticyclonic wave breaking // J. Geophys. Res.: Atmos. 2019. V. 124, N 15. P. 8563–8575. DOI: 10.1029/2019JD030940.
42. Strong C., Magnusdottir G. Tropospheric Rossby wave breaking and the NAO/NAM // J. Atmos. Sci. 2008. V. 65, N 9. P. 2861–2876. DOI: 10.1175/ 2008JAS2632.1.
43. Zhou X., Sato T., Li S. Interannual variation of the Warm Arctic – Cold Eurasia pattern modulated by Ural blocking and the North Atlantic Oscillation under changing sea ice conditions // Prog. Earth Planet. Sci. 2023. V. 10, N 1. P. 35. DOI: 10.1186/s40645-023-00562-2.