Influence of the Quasi-Biennial Oscillation on the Dynamics of the Stratospheric Polar Vortices According to Satellite Observations

V. V. Zuev; Зуев В. В.; E. A. Maslennikova; Масленникова Э. А.; E. S. Savelieva; Савельева Е. С.

doi:10.31857/S0205961423050093

Влияние квазидвухлетней цикличности на динамику стратосферных полярных вихрей по данным спутниковых наблюдений

Авторы: Зуев В.В.¹, Масленникова Э.А.¹^,2, Савельева Е.С.¹
Учреждения:
1. Институт мониторинга климатических и экологических систем Сибирского отделения РАН
2. Национальный исследовательский Томский государственный университет
Выпуск: № 5 (2023)
Страницы: 36-44
Раздел: ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ЗЕМЛИ ИЗ КОСМОСА
URL: https://bakhtiniada.ru/0205-9614/article/view/140976
DOI: https://doi.org/10.31857/S0205961423050093
EDN: https://elibrary.ru/XOGYAA
ID: 140976

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ
Доступ закрыт

Доступ предоставлен
Доступ закрыт

Только для подписчиков

Аннотация
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

Период существования полярных озоновых аномалий зависит от фазы квазидвухлетней цикличности (КДЦ). КДЦ определяет расположение субтропической критической линии ветра, которое влияет на распространение планетарных волн в стратосферу. В результате, во время западной фазы КДЦ наблюдается усиление полярного вихря, а во время восточной – его ослабление, что проявляется в сроках, продолжительности и интенсивности разрушения стратосферного озона. Полярные озоновые аномалии формируются внутри устойчивого полярного вихря в период с конца зимы по весну в результате протекания гетерогенных и фотохимических реакций разрушения озона в присутствии солнечного излучения. Работа посвящена исследованию влияния фаз КДЦ на разных изобарических уровнях на динамику стратосферных полярных вихрей на основе спутниковых данных Goddard Space Flight Center NASA. Показано, что преобладающее влияние на динамику полярных вихрей оказывает КДЦ на уровне 30 гПа. В динамике антарктического полярного вихря это проявляется с сентября по декабрь, особенно в октябре и ноябре, а в динамике арктического полярного вихря – на протяжении всего периода его существования.

Ключевые слова

квазидвухлетняя цикличность, стратосферные полярные вихри, зональный ветер

Список литературы

Агеева В.Ю., Груздев А.Н., Елохов А.С., Мохов И.И., Зуева Н.Е. Внезапные стратосферные потепления: статистические характеристики и влияние на общее содержание NO2 и O3 // Изв. РАН. ФАО. 2017. Т. 53. № 5. С. 545–555. [Ageyeva V.Y., Gruzdev A.N., Elokhov A.S., Mokhov I.I., Zueva N.E. Sudden stratospheric warmings: statistical characteristics and influence on NO2 and O3 total contents // Izv. Atmos. Ocean. Phys. 2017. V. 53. № 5. P. 477–486. https://doi.org/10.1134/S0001433817050036]10.1134/S0001433817050036].https://doi.org/10.7868/S0003351517050014
Криволуцкий А.А., Репнев А.И. Результаты российские исследований средней атмосферы в 2007–2010 гг. // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. 2012. Т. 48. № 3. С. 334–345. [Krivolutsky A.A., Repnev A.I. Results of Russian studies of the middle atmosphere, 2007–2010 // Izv. Atmos. Ocean. Phys. 2012. V. 48. № 3. P. 299–308. https://doi.org/10.1134/S000143381203005X].https://doi.org/10.31857/S0002-351555648-65
Погорельцев А.И., Савенкова Е.Н. Межгодовая и климатическая изменчивость сроков весенней перестройки циркуляции стратосферы // Ученые записки РГГМУ. 2010. № 11. С. 53–62.
Фролькис В.А., Кароль И.Л., Киселёв А.А. Существует ли связь между квазидвухлетними колебаниями атмосферы и изменениями содержания озона и температуры в Антарктиде? // Труды ГГО. 2021. № 601. С. 19–34.
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. № 2. P. 179–229. https://doi.org/10.1007/978-1-4020-8217-7_4
Camp C.D., Tung K.-K. The influence of the solar cycle and QBO on the late-winter stratospheric polar vortex // J. Atmos. Sci. 2007. V. 64. № 4. P. 1267–1283. https://doi.org/10.1175/JAS3883.1
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. № 5. P. 855–863. https://doi.org/10.1007/s00376-009-8168-6
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. № 10. P. D10124. https://doi.org/10.1029/2006JD007844
Finlayson-Pitts B.J., Pitts J.N. Chemistry of the Upper and Lower Atmosphere: Theory, Experiments, and Applications. California: Academic Press, 2000. 969 p.
Ford E.A.K., Hibbins R.E., Jarvis M.J. QBO effects on Antarctic mesospheric winds and polar vortex dynamics // Geophys. Res. Lett. 2009. V. 36. № 20. P. L20801. https://doi.org/10.1029/2009GL039848
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. № 19. P. D19112. https://doi.org/10.1029/2007JD008481
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. № 5. P. 1713‒1733. https://doi.org/10.1175/JAS-D-11-0209.1
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. https://doi.org/10.1175/JCLI-D-16-0758.1
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. № 10. P. 2200–2208. https://doi.org/10.1175/1520-0469(1980)037 <2200:TIOTEQ>2.0.CO;2
Hampson J., Haynes P. Influence of the equatorial QBO on the extratropical stratosphere // J. Atmos. Sci. 2006. V. 63. № 3. P. 936–951. https://doi.org/10.1175/JAS3657.1
Hu Y., Tung K.K. Tropospheric and equatorial influences on planetary-wave amplitude in the stratosphere // Geophys. Res. Lett. 2002. V. 29. № 2. P. 1019. https://doi.org/10.1029/2001GL013762
Hitchman M.H., Huesmann A.S. Seasonal influence of the quasi-biennial oscillation on stratospheric jets and Rossby wave breaking // J. Atmos. Sci. 2009. V. 66. № 4. P. 935–946. https://doi.org/10.1175/2008JAS2631.1
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. № 22. P. 5809–5819. https://doi.org/10.1175/2009JCLI2865.1
Kinnersley J.S., Tung K.K. Mechanisms for the extratropical QBO in circulation and ozone // J. Atmos. Sci. 1999. V. 56. № 12. P. 1942‒1962. https://doi.org/10.1175/1520-0469(1999)056<1942: MFTEQI>2.0.CO;2
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. № 4. P. 253–267. https://doi.org/10.22499/2.6104.006
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. № 20. P. 2973‒2994. https://doi.org/10.1175/1520-0469(1994)051<2973:OTMOAT>2.0.CO;2
Naito Y., Yoden S. Behavior of planetary waves before and after stratospheric sudden warming events in several phases of the equatorial QBO // J. Atmos. Sci. 2006. V. 63. № 6. P. 1637–1649. https://doi.org/10.1175/JAS3702.1
Naoe H., Shibata K. Equatorial quasi-biennial oscillation influence on northern winter extratropical circulation // J. Geophys. Res. 2010. V. 115. № 19. P. D19102. https://doi.org/10.1029/2009JD012952
Niwano M., Takahashi M. The influence of the equatorial QBO on the Northern Hemisphere winter circulation of a GCM // J. Meteor. Soc. Jpn. 1998. V. 76. № 3. P. 453–461. https://doi.org/10.2151/jmsj1965.76.3_453
O’Sullivan D., Young R. Modeling the quasi-biennial oscillation’s effect on the winter stratospheric circulation // J. Atmos. Sci. 1992. V. 49. № 24. P. 2437–2448. https://doi.org/10.1175/1520-0469(1992)049<2437: MTQBOE>2.0.CO;2
Pascoe C.L., Gray L.J., Scaife A.A. A GCM study of the influence of equatorial winds on the timing of sudden stratospheric warmings // Geophys. Res. Lett. 2006. V. 33. № 6. P. L06825. https://doi.org/10.1029/2005GL024715
Ruzmaikin A., Feynman J., Jiang X., Yung Y.L. Extratropical signature of the quasi-biennial oscillation // J. Geophys. Res. 2005. V. 110, № 11. P. D11111. https://doi.org/10.1029/2004JD005382
Sobel A.H., Plumb R.A., Waugh D.W. Methods of calculating transport across the polar vortex edge // J. Atmos. Sci. 1997. V. 54. № 18. P. 2241–2260. https://doi.org/10.1175/1520-0469(1997)054<2241:MOCTAT>2.0.CO;2
Thomas M.A., Giorgetta M.A., Timmreck C., Graf H.-F., Stenchikov G. Simulation of the climate impact of Mt. Pinatubo eruption using ECHAM5 – Part 2: Sensitivity to the phase of the QBO and ENSO // Atmos. Chem. Phys. 2009. V. 9. № 9. P. 3001–3009. https://doi.org/10.5194/acp-9-3001-2009
Thomas M.A., Timmreck C., Giorgetta M.A., Graf H.-F., Stenchikov G. Simulation of the climate impact of Mt. Pinatubo eruption using ECHAM5 – Part 1: Sensitivity to the modes of atmospheric circulation and boundary conditions // Atmos. Chem. Phys. 2009. V. 9. № 2. P. 757–769. https://doi.org/10.5194/acp-9-757-2009
Zuev V.V., Zueva N.E., Savelieva E.S. The role of the Mt. Merapi eruption in the 2011 Arctic ozone depletion // Atmos. Environ. 2017. V. 166. P. 327–333. https://doi.org/10.1016/j.atmosenv.2017.07.040
Zuev V.V., Savelieva E. The cause of the spring strengthening of the Antarctic polar vortex // Dynam. Atmos. Oceans. 2019a. V. 87. P. 101097. https://doi.org/10.1016/j.dynatmoce.2019.101097
Zuev V.V., Savelieva E. The cause of the strengthening of the Antarctic polar vortex during October–November periods // J. Atmos. Sol.-Terr. Phys. 2019b. V. 190. P. 1–5. https://doi.org/10.1016/j.jastp.2019.04.016