DYNAMIC REGIME OF THE MIDDLE ATMOSPHERE DURING THE MINOR SUDDEN STRATOSPHERIC WARMING DEVELOPMENT IN WINTER 2014–2015: WAVE PROCESSES AND JET STREAMS

Мұқаба

Дәйексөз келтіру

Толық мәтін

Ашық рұқсат Ашық рұқсат
Рұқсат жабық Рұқсат берілді
Рұқсат жабық Тек жазылушылар үшін

Аннотация

A study of the dynamic regime of the middle atmosphere in the 2014–2015 winter season was carried out using reanalysis data. The variability of the atmosphere as a whole this winter was due to the development of sudden stratospheric warming (SSW). Despite the fact that this SSW is classified as minor, it has had a significant impact on the temperature regime, circulation and chemical composition of the middle atmosphere. The main attention is paid to the study of wave activity variations of stationary planetary waves (SPW) and processes caused by wave activity before, during and after the SSW, as well as the sensitivity of upper-tropospheric jet streams (JS) to stratospheric and mesospheric processes. The method of perturbed potential enstrophy analysis is used to study wave activity and wave processes. It is shown that variations in wave activity before the development of the SSW are due to wave-wave interactions, and during and after are due to the exchange processes of SPW2 (zonal wave number 2) with the mean flow. The development of the minor SSW in January 2015 had similar characteristics to the development of the major SSW, which likely led to the observed differences in the distribution of JS frequency during the month before and after the SSW. The highest JS frequency after the SSW was noted at more southern latitudes compared to the period before the SSW across most of the North Atlantic region. It has been shown that the greatest changes in JS frequency are associated with the southward shift of the upper-level frontal zone, which is in turn triggered by the deepening of upper-level troughs due to the intrusion of cold stratospheric air into the upper troposphere.

Авторлар туралы

K. Didenko

Pushkov Institute of Terrestrial Magnetism, Ionosphere and Radio Wave Propagation, Russian Academy of Sciences

Email: didenko.xeniya@yandex.ru
Moscow, Troitsk, Russia

E. Bezotecheskaya

Arctic and Antarctic Research Institute; Obukhov Institute of Atmospheric Physics, Russian Academy of Sciences

Saint Petersburg, Russia; Moscow, Russia

E. Maurehev

Pushkov Institute of Terrestrial Magnetism, Ionosphere and Radio Wave Propagation, Russian Academy of Sciences

Moscow, Troitsk, Russia

Әдебиет тізімі

  1. Безотеческая Е.А., Чхетиани О.Г., Мохов И.И. Изменчивость струйных течений в атмосфере Северного полушария в последние десятилетия (1980–2021 гг.) // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. 2023. Т. 59. № 3. С. 265–274.
  2. Варгин П.Н., Володин Е.М., Карпечко А.Ю., Погорельцев А.Н. О стратосферно-тропосферных взаимодействиях // Вестн. РАН. 2015. Т. 85. № 1. С. 39–46.
  3. Диденко К.А., Ермакова Т.С., Коваль А.В., Погорельцев А.И. Диагностика нелинейных взаимодействий стационарных планетарных волн // Ученые записки РГГМУ. 2019. № 56. С. 19–29.
  4. Диденко К.А., Бикбулатов Б.А., Ермакова Т.С., Коваль А.В. Исследование волновых процессов во время сложных внезапных стратосферных потеплений // Гидрометеорология и экология. 2024. № 75. С. 251–268.
  5. Иванова А.Р. Тропопауза – многообразие определений и современные подходы к идентификации // Метеорология и гидрология. 2013. № 12. С. 23–36.
  6. Коваль А.В., Гаврилов Н.М., Головко А.Г., Диденко К.А., Ермакова Т.С. Моделирование влияния вариаций солнечной активности на глобальную атмосферную циркуляцию // Солнечно-земная физика. 2024. Т. 10. № 2. С. 119–126.
  7. Лифарь В.Д., Диденко К.А., Коваль А.В., Ермакова Т.С. Численное моделирование влияния фаз КДК и ЭНЮК на распространение планетарных волн и формирование внезапного стратосферного потепления // Оптика атмосферы и океана. 2024. Т. 37. № 2. С. 138–144.
  8. Нерушев А.Ф., Вишератин К.Н., Ивангородский Р.В. Динамика высотных струйных течений по данным спутниковых измерений и их связь с климатическими параметрами и крупномасштабными атмосферными явлениями // Исследование Земли из космоса. 2018. № 6. С. 24–38.
  9. Погосян Х.П. Струйные течения в атмосфере. М.: Гидрометеоиздат, 1960. 183 с.
  10. Погосян Х.П. Общая циркуляция атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат, 1972. 395 с.
  11. Albers J.R., Birner T. Vortex preconditioning due to planetary and gravity waves prior to sudden stratospheric warmings // J. Atmos. Sci. 2014. V. 71. P. 4028–4054.
  12. Anstey J.A., Shepherd T.G. High-latitude influence of the quasi-biennial oscillation // Q. J.R. Meteorol. Soc. 2014. V. 140. Iss. 678. Pt A.P. 1–21.
  13. Baldwin M.P., Holton J.R. Climatology of the stratospheric polar vortex and planetary wave breaking // J. Atmos. Sci. 1988. V. 45. P. 1123–1142.
  14. Baldwin M.P., Thompson D.W.J., Shuckburgh E.F. et al. Weather from the stratosphere? // Science. 2003. V. 301. P. 317–319.
  15. Baldwin M., Birner T., Brasseur G. et al. 100 years of progress in understanding the stratosphere and mesosphere // Meteor. Mon. 2019. V. 59. № 27. P. 1–62.
  16. Black R.X. Stratospheric forcing of surface climate in the Arctic oscillation // J. Clim. 2002. V. 15. P. 268–277.
  17. Blessmann D., Wohltmann I., Rex M. Influence of transport and mixing in autumn on stratospheric ozone variability over the Arctic in early winter // Atmos. Chem. Phys. 2012. V. 12. P. 7921–7930.
  18. Bluestein H.B. Observations and Theory of Weather Systems. Volume 2: Synoptic-Dynamic Meteorology in Midlatitudes. New York: Oxford University Press, 1993. 608 p.
  19. Brönnimann S. Impact of El-Niño-Southern Oscillation on European climate // Rev. Geophys. 2007. V. 45. RG3003.
  20. Butler A.H., Seidel D.J., Hardiman S.C. et al. Defining sudden stratospheric warmings // Bull. Amer. Meteor. Soc. 2015. V. 96. P. 1913–1928.
  21. Charlton A.J., Polvani L.M. A new look at stratospheric sudden warmings. Part I: Climatology and modeling benchmarks // J. Climate. 2007. V. 20. P. 449–469.
  22. Charlton-Perez A.J., Polvani L.M. A new look at stratospheric sudden warmings. Part I: Climatology and modeling benchmarks // J. Clim. 2007. V. 20. P. 449–469.
  23. Didenko K.A., Koval A.V., Ermakova T.S., Lifar V.D. Interactions of stationary planetary waves during winter 2008–2009 and 2018–2019 sudden stratospheric warmings // Proc. SPIE, 28th International Symposium on Atmospheric and Ocean Optics, Atmospheric Physics. 2022. 1234175.
  24. Didenko K.A., Koval A.V., Ermakova T.S. Investigation of stationary planetary waves interactions at different stages of SSW using reanalysis data // Proc. SPIE, 29th International Symposium on Atmospheric and Ocean Optics, Atmospheric Physics. 2023. 1278079.
  25. Gelaro R., McCarty W., Suarez M.J. et al. The modern-era retrospective analysis for research and applications, version 2 (MERRA-2) // J. Clim. V. 2017. V. 30. № 13. P. 5419–5454.
  26. Haigh J.D., Blackburn M., Day R. The response of tropospheric circulation to perturbations in lower stratospheric temperature // J. Climate. 2005. V. 18. № 17. P. 3672–3691.
  27. Hall R., Erdelyi R., Hanna E. et al. Drivers of North Atlantic polar front jet stream variability // Int. J. Climatol. 2015. V. 35. P. 1697–1720.
  28. Holton J.R. The dynamic meteorology of the stratosphere and mesosphere. Boston: American Meteorological Society, 1975. (Meteorological Monographs, V. 15, № 37).
  29. Holton J.R., Haynes P.H., McIntyre M.E. et al. Stratosphere troposphere exchange // Rev. Geophys. 1995. V. 33. P. 408–439.
  30. Japan Meteorological Agency. JRA-55: Japanese 55-year Reanalysis, Daily 3-Hourly and 6-Hourly Data, Research Data Archive at the National Center for Atmospheric Research, Computational and Information Systems Laboratory. 2013. Boulder CO. https://doi.org/10.5065/D6HH6H41
  31. Kidston J., Scaife A., Hardiman S. et al. Stratospheric influence on tropospheric jet streams, storm tracks and surface weather // Nature Geosci. 2015. V. 8. P. 433–440.
  32. Kobayashi S., Ota Y., Harada Y., Ebita A. et al. The JRA-55 reanalysis: general specifications and basic characteristics // J. Meteorol. Soc. Jpn. Ser. II. 2015. V. 93. P. 5–48.
  33. Koch P., Wernli H., Davies H. An Event-based jet-stream climatology and typology // Int. J. Climatol. 2006. V. 26. P. 283–301.
  34. Kuang X., Zhang Y., Huang Y. et al. Spatial differences in seasonal variation of the upper-tropospheric jet stream in the Northern Hemisphere and its thermal dynamic mechanism // Theor. Appl. Climatol. 2014. V. 117. P. 103–112.
  35. Li Y., Lau N-C. Influences of ENSO on stratospheric variability and the descent of stratospheric perturbations into the lower troposphere // J. Clim. 2013. V. 26. P. 4725–4748.
  36. Manney G.L., Lawrence Z.D., Santee M.L. et al. A minor sudden stratospheric warming with a major impact: Transport and polar processing in the 2014/2015 Arctic winter // Geophys. Res. Lett. 2015. V. 42. P. 7808–7816.
  37. Manzini E., Giogetta M.A., Esch M. et al. The influence of sea surface temperatures on the northern winter stratosphere: ensemble simulations with the MAECHAM 5 model // J. Clim. 2006. V. 19. P. 3863–3881.
  38. Martineau P., Son S.-W., Taguchi M., Butler A.H. A comparison of the momentum budget in reanalysis datasets during sudden stratospheric warming events // Atmos. Chem. Phys. 2018. V. 18. P. 7169–7187.
  39. McIntyre M.E. Dynamical meteorology: potential vorticity // Encyclopedia of Atmospheric Sciences. Second Edition. 2014. V. 2. P. 375–383.
  40. Mitchell D.M., Gray L.J., Anstey J. et al. The influence of stratospheric vortex displacements and splits on surface climate // J. Clim. 2013. V. 26. P. 2668–2682.
  41. Plumb R.A. Stratospheric transport // J. Meteor. Soc. Japan. 2002. V. 80. P. 793–801.
  42. Pogoreltsev A.I. Numerical simulation of secondary planetary waves arising from the nonlinear interaction of the normal atmospheric modes // Physics and Chemistry of the Earth (Part C). 2001. V. 26. P. 395–403.
  43. Scaife A.A., Knight J.R., Vallis G.K., Folland C.K. A stratospheric influence on the winter NAO and North Atlantic surface climate // Geophys. Res. Lett. 2005. V. 32. L18715.
  44. Seviour W.J.M., Gray L.J., Mitchell D.M. Stratospheric polar vortex splits and displacements in the high-top CMIP5 climate models // J. Geophys. Res. Atmos. 2016. V. 121. P. 1400–1413.
  45. Smith A.K. Observation of wave – wave interactions in the stratosphere // J. Atmos. Sci. 1983. V. 40. P. 2484–2493.
  46. Sprenger M., Wernli H., Bourqui M. Stratosphere-troposphere exchange and its relation to potential vorticity streamers and cutoffs near the extratropical tropopause // J. Atmos. Sci. 2007. V. 64. P. 1587–1602.
  47. Stohl A. et al. Stratosphere-troposphere exchange: A review, and what we have learned from STACCATO // J. Geophys. Res. 2003. V. 108. Iss. D12. 8516.
  48. Strong C., Davis R. Winter jet stream trends over the Northern Hemisphere // Q. J. R. Meteorol. Soc. 2007. № 133. P. 2109–2115.
  49. Strong C., Davis R. Variability in the position and strength of winter jet stream cores related to Northern Hemisphere teleconnections // J. Climate. 2008. V. 21. № 3. P. 584–592.
  50. Thompson D.W.J., Baldwin M.P., Wallace J.M. Stratospheric connection to Northern Hemisphere wintertime weather: Implications for prediction // J. Climate. 2002. V. 15. P. 1421–1428.
  51. Thompson D.W.J., Baldwin M.P., Solomon S. Stratosphere-troposphere coupling in the Southern Hemisphere // J. Atmos. Sci. 2005. V. 62. P. 708–715.
  52. Waugh D.W., Sobel A., Polvani L.M. What is the polar vortex and how does it influence weather? // Bull. Amer. Meteor. Soc. 2016. V. 98. P. 37–44.
  53. Woollings T., Charlton-Perez A., Ineson S. et al. Associations between stratospheric variability and tropospheric blocking // J. Geophys. Res. 2010. V. 115. D06108.
  54. Zhang Yu, Li J., Zhou L. The relationship between polar vortex and ozone depletion in the Antarctic stratosphere during the period 1979–2016 // Adv. Meteorol. 2017. 3078079.

Қосымша файлдар

Қосымша файлдар
Әрекет
1. JATS XML
Жүктеу


Creative Commons License
Бұл мақала лицензия бойынша қол жетімді Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».