ВЛИЯНИЕ ЛОКАЛИЗАЦИИ ПОЛОЖИТЕЛЬНЫХ АНОМАЛИЙ ТЕМПЕРАТУРЫ ПОВЕРХНОСТИ ТИХОГО ОКЕАНА В ЭКВАТОРИАЛЬНОЙ ЗОНЕ НА ХАРАКТЕР РАСПРОСТРАНЕНИЯ ВОЛНОВОЙ АКТИВНОСТИ ИЗ ТРОПОСФЕРЫ В СТРАТОСФЕРУ В МОДЕЛЬНЫХ ЭКСПЕРИМЕНТАХ

  • Д. А. Собаева Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН
DOI: 10.29006/1564-2291.JOR-2024.52(4).11
Ключевые слова: стратосферный полярный вихрь, внезапное стратосферное потепление, Эль-Ниньо Модоки, каноническое Эль-Ниньо, численное моделирование, Isca

Аннотация

В экваториальной зоне Тихого океана при событии Эль-Ниньо, в районе положительных аномалий температуры поверхности океана (ТПО), формируется область интенсивной конвекции, что, в свою очередь, приводит к формированию волны Россби, которая, распространяясь из низких широт в высокие, может приводить к изменению крупномасштабной циркуляции атмосферы в умеренных широтах и, как следствие, к изменению вертикального потока волновой активности из тропосферы в стратосферу. В последние десятилетия все чаще наблюдается новый тип Эль-Ниньо – Эль-Ниньо Модоки, при котором положительные аномалии ТПО наблюдаются в центральной части приэкваториального Тихого океана, в отличие от аномалий канонического Эль-Ниньо, которые наблюдаются на востоке региона. В работе показаны различия в характере распространения волновой активности в модельных экспериментах с аномалиями ТПО, расположенными в районах, соответствующих событиям канонического Эль-Ниньо (район Ниньо-3) и Эль-Ниньо Модоки (район Ниньо-4). Показано, что при сравнимых амплитудах аномалий ТПО стратосферный полярный вихрь больше ослабляется, когда район локализации аномалий соответствует явлению Эль-Ниньо Модоки. Статистически значимые различия в ослаблении интенсивности стратосферного полярного вихря между экспериментами наблюдаются в начале расширенного зимнего периода (ноябрь–декабрь) и в весенний период (март–апрель). Когда аномалии расположены в центральной части экваториального Тихого океана, наблюдается удвоение частоты финальных внезапных стратосферных потеплений (ВСП) по сравнению с экспериментом, где аномалии соответствуют по локализации каноническому Эль-Ниньо. Более частое возникновение ВСП как финальных, так и внутрисезонных в эксперименте Эль-Ниньо Модоки, по сравнению с каноническим Эль-Ниньо, объясняется увеличением меридиональной компоненты трехмерного потока волновой активности при более западном положении аномалии ТПО. Данное усиление фиксируется как непосредственно перед ВСП, так и на всем зимнем периоде (декабрь–февраль).

Литература


  1. Бекорюков В. И., Бугаева И. В., Захаров Г. Р., Кирюшов Б. М., Крученицкий Г. М., Тарасенко Д. А. О вкладе динамических процессов в формирование аномально низких значений общего содержания озона в Северном полушарии // Оптика атмосферы и океана. 1996. Т. 9. № 9. C. 1233–1242.

  2. Вяткин А. Н., Зоркальцева О. С., Мордвинов В. И. Влияние Эль-Ниньо на параметры средней и верхней атмосферы над Восточной Сибирью по данным реанализа и моделирования в зимний период // Солнечно-земная физика. 2024. Т. 10. № 1. С. 44–52.

  3. Зоркальцева О. С., Антохина О. Ю., Антохин П. Н. Долговременная изменчивость параметров внезапных стратосферных потеплений по данным реанализа ERA5 // Оптика атмосферы и океана. 2023. Т. 36. № 3. С. 200–208.

  4. Зюляева Ю. А., Собаева Д. А., Гулев С. К. Отклик тропосферной динамики на экстремальные состояния стратосферного полярного вихря в различные фазы ЭНЮК в идеализированных модельных экспериментах // Известия Российской академии наук. Физика атмосферы и океана. 2023. Т. 59. № 6. C. 707–719.

  5. Кочеткова О. С., Мордвинов В. И., Руднева М. А. Анализ факторов, влияющих на возникновение стратосферных потеплений // Оптика атмосферы и океана. 2014. Т. 27. № 8. С. 719–727.

  6. Погорельцев А. И., Савенкова Е. Н., Перцев Н. Н. Внезапные стратосферные потепления: роль нормальных атмосферных мод // Геомагнетизм и аэрономия. 2014. Т. 54. № 3. С. 387–387.

  7. Собаева Д. А., Зюляева Ю. А., Гулев С. К. Влияние локализации положительных аномалий ТПО в экваториальной зоне Тихого океана на тропосферно-стратосферную динамику в идеализированных модельных экспериментах // Океанологические исследования. 2024. Т. 52. № 1. С. 34–56.

  8. Ashok K., Behera S. K., Rao S. A., Weng H., Yamagata, T. El Niño Modoki and its possible teleconnection // Journal of Geophysical Research: Oceans. 2007. Vol. 112. No. C11.

  9. Baldwin M. P., Dunkerton T. J. Stratospheric harbingers of anomalous weather regimes // Science. 2001. Vol. 294. P. 581–584.

  10. Baldwin M. P., Dameris M., Shepherd T. G. How will the stratosphere affect climate change? // Science. 2007. Vol. 316. P. 1576–1577.

  11. Butler A. H., Seidel D. J., Hardiman S. C., Butchart N., Birner T., Match A. Defining sudden stratospheric warmings // Bulletin of the American Meteorological Society. 2015. Vol. 96. No. 11. P. 1913–1928.

  12. Butler A. H. et al. A sudden stratospheric warming compendium // Earth System Science Data. 2017. Vol. 9. No. 1. P. 63–76.

  13. Charlton A. J., Polvani L. M. A new look at stratospheric sudden warmings. Part I: Climatology and modeling benchmarks // Journal of Climate. 2007. Vol. 20. No. 3. P. 449–469.

  14. Domeisen D. I., Garfinkel C. I., Butler A. H. The teleconnection of El Niño Southern Oscillation to the stratosphere // Reviews of Geophysics. 2019. Vol. 57. P. 5–47.

  15. Duchon C. E. Lanczos Filtering in One and Two Dimensions // Journal of applied meteorology. 1979. Vol. 18. P. 1016–1022.

  16. Ermakova T. S., Aniskina O. G., Statnaia I. A., Motsakov M. A., Pogoreltsev A. P. Simulation of the ENSO influence on the extra-tropical middle atmosphere // Earth Planets Space. 2019. Vol. 71. No. 8.

  17. Ermakova T. S. et al. Manifestations of Different El Niño Types in the Dynamics of the Extratropical Stratosphere // Atmosphere. 2022. Vol. 13. No. 2111.

  18. Garfinkel C. I., Butler A. H., Waugh D. W., Hurwitz M. M., Polvani L. M. Why might stratospheric sudden warmings occur with similar frequency in El Niño and La Niña winters? // Journal of Geophysical Research: Atmospheres. 2012. Vol. 117. No. D19.

  19. Hegyi B. M., Deng Y. A dynamical fingerprint of tropical Pacific sea surface temperatures on the decadal‐scale variability of cool‐season Arctic precipitation // Journal of Geophysical Research: Atmospheres. 2011. Vol. 116. No. D20.

  20. Holton J. R. The dynamics of sudden stratospheric warmings // Annual Review of Earth and Planetary Sciences. 1980. Vol. 8. P. 169–190.

  21. Hurrell J. W., Hack J. J., Shea D., Caron J. M., Rosinski J. A new sea surface temperature and sea ice boundary dataset for the Community Atmosphere Model // Journal of Climate. 2008. Vol. 21. No. 19. P. 5145–5153.

  22. Hurwitz M. M., Calvo N., Garfinkel C. I., Butler A. H., Ineson S., Cagnazzo C., ... Peña-Ortiz C. Extra-tropical atmospheric response to ENSO in the CMIP5 models // Climate dynamics. 2014. Vol. 43. P. 3367–3376.

  23. Hurwitz M. M., Song I. S., Oman L. D., Newman P. A., Molod A. M., Frith S. M., Nielsen J. E. Response of the Antarctic stratosphere to warm pool El Niño events in the GEOS CCM // Atmospheric Chemistry and Physics. 2011. Vol. 11. No. 18. P. 9659–9669.

  24. Iskandar I., Lestrai D. O., Nur M. Impact of El Niño and El Niño Modoki Events on Indonesian Rainfall // Makara Journal of Science. 2019. Vol. 23 (4). P. 217–222.

  25. Iza M., Calvo N. Role of stratospheric sudden warmings on the response to central Pacific El Niño // Geophysical Research Letters. 2015. Vol. 42. No. 7. P. 2482–2489.

  26. Kidston J., Scaife A. A., Hardiman S. C., Mitchell D. M., Butchart N., Baldwin M. P., Gray L. J. Stratospheric influence on tropospheric jet streams, storm tracks and surface weather // Nature Geoscience. 2015. Vol. 8. P. 433–440.

  27. Kobayashi S., Ota Y., Harada Y., Ebita A., Moriya M., Onoda H., Onogi K., Kamahori H., Kobayashi C., Endo H. et al. The JRA-55 reanalysis: General specifications and basic characteristics // Journal of the Meteorological Society. 2015. Vol. 93. P. 5–48.

  28. Kruger K., Naujokat B., Labitzke K. The Unusual Midwinter Warming in the Southern Hemisphere Stratosphere 2002 // Journal of the Atmospheric Sciences. 2005. Vol. 62. P. 603–613.

  29. Kug J. S., Jin F. F., An S. I. Two types of El Niño events: cold tongue El Niño and warm pool El Niño // Journal of climate. 2009. Vol. 22. No. 6. P. 1499–1515.

  30. Larkin N. K., Harrison D. E. On the definition of El Niño and associated seasonal average US weather anomalies // Geophysical Research Letters. 2005. Vol. 32. No. 13.

  31. Lawrence C., Eckermann S., Hoppel K. Planetary Wave Breaking and Tropospheric Forcing as Seen in the Stratospheric Sudden Warming of 2006 // Journal of the Atmospheric Sciences. 2009. Vol. 66. No. 2. P. 495–507.

  32. Manney G. L., Schwartz M. J., Krüger K., Santee M. L., Pawson S., Lee J. N., Daffer W. H., Fuller R. A., Livesey N. J. Aura Microwave Limb Sounder observations of dynamics and transport during the record-breaking 2009 Arctic stratospheric major warming // Geophysical Research Letters. 2009. Vol. 36. L12815.

  33. Matsuno T. A dynamical model of sudden stratospheric warming // Journal of the Atmospheric Sciences. 1971. Vol. 28. P. 871–883.

  34. McIntyre M. E. How well do we understand the dynamics of stratospheric warmings // Journal of the Meteorological Society of Japan. 1982. Vol. 60. No. 1. P. 37–64.

  35. Plumb R. A. On the three-dimensional propagation of stationary waves // Journal of Atmospheric Sciences. 1985. Vol. 42. No. 3. P. 217–229.

  36. Rayner N. A. A., Parker D. E., Horton E. B., Folland C. K., Alexander L. V., Rowell D. P., ... Kaplan A. Global analyses of sea surface temperature, sea ice, and night marine air temperature since the late nineteenth century // Journal of Geophysical Research: Atmospheres. 2003. Vol. 108. No. D14.

  37. Reynolds R. W., Smith T. M., Liu C., Chelton D. B., Casey K. S., Schlax M. G. Daily high-resolution-blended analyses for sea surface temperature // Journal of Climate. 2007. Vol. 20. No. 22. P. 5473–5496.

  38. Scherhag R. Die explosionsartige Stratosphärenerwar-mungen des Spätwinters 1951/52 // Ber. Deut. Wetterdienstes. 1952. Vol. 6. No. 38. P. 51–63.

  39. Schoeberl M. R. Stratospheric warmings: Observations and theory // Reviews of Geophysics. 1978. Vol. 16. No. 521.

  40. Schoeberl M. R., Hartmann D. L. The Dynamics of the Stratospheric Polar Vortex and Its Relation to Springtime Ozone Depletions // Science. 1991. Vol. 251. P. 46–52.

  41. Sobaeva D., Zyulyaeva Y., Gulev S. ENSO and PDO Effect on Stratospheric Dynamics in Isca Numerical Experiments // Atmosphere. 2023. Vol. 14. No. 3. P. 459.

  42. Stan C., Straus D. M. Stratospheric predictability and sudden stratospheric warming events // Journal of Geophysical Research. 2009. Vol. 114. D12103.

  43. Sun L., Robinson W. A. Downward influence of stratospheric final warming events in an idealized model // Geophysical Research Letters. 2009. Vol. 36. L03819.

  44. Sun L., Robinson W. A., Chen G. The predictability of stratospheric warming events: more from the troposphere or the stratosphere? // Journal of the Atmospheric Sciences. 2011. Vol. 69.

  45. Thompson S. I., Vallis G. K. Atmospheric response to SST anomalies. Part I: Background-state dependence, teleconnections, and local effects in winter // Journal of the Atmospheric Sciences. 2018. Vol. 75. No. 12. P. 4107–4124.

  46. Vallis G. K., Colyer G., Geen R., Gerber E., Jucker M., Maher P., ... Thomson, S. I. A framework for the global modelling of the atmospheres of Earth and other planets at varying levels of complexity // Geoscientific Model Development. 2018. Vol. 11. No. 3. P. 843–859.

  47. Van Loon H., Jenne R. L., Labitzke K. Zonal harmonic standing waves // Journal of Geophysical Research. 1973. Vol. 78. P. 4463–4471.

  48. Weinberger I., Garfinkel C. I., White I. P., Oman L. D. The salience of nonlinearities in the boreal winter response to ENSO: Arctic stratosphere and Europe // Climate dynamics. 2019. Vol. 53. P. 4591–4610.

  49. Weng H., Ashok K., Behera S. K., Rao S. A., Yamagata T. Impacts of recent El Niño Modoki on dry/wet conditions in the Pacific rim during boreal summer // Climate dynamics. 2007. Vol. 29. No. 2–3. P. 113–129.

  50. Weng H., Behera S. K., Yamagata T. Anomalous winter climate conditions in the Pacific rim during recent El Niño Modoki and El Niño events // Climate Dynamics. 2009. Vol. 32. No. 5. P. 663–674.

  51. White I., Garfinkel C. I., Gerber E. P., Jucker M., Aquila V., Oman L. D. The downward influence of sudden stratospheric warmings: Association with tropospheric precursors // Journal of Climate. 2019. Vol. 32. No. 1. P. 85–108.

  52. Xie F., Li J., Tian W., Feng J., Huo Y. Signals of El Niño Modoki in the tropical tropopause layer and stratosphere // Atmospheric Chemistry and Physics. 2012. Vol. 12. No. 11. P. 5259–5273.

  53. Yeh S. W., Kug J. S., Dewitte B., Kwon M. H., Kirtman B. P., Jin F. F. El Niño in a changing climate // Nature. 2009. Vol. 461. No. 7263. P. 511–514.

Опубликован
2024-12-29
Выпуск
Том 52 № 4 (2024): Океанологические исследования
Раздел
Физика океана и климат

Передача авторских прав происходит на основании лицензионного договора между Автором и Федеральным государственным бюджетным учреждением науки Институт океанологии им. П.П. Ширшова Российской академии наук (ИО РАН)