Стратосфера диктует погоду: что нового узнали ученые о внезапных потеплениях

Команда исследователей из Иркутска и Томска подвела итоги трехлетней работы по гранту Российского научного фонда.

Ученые из Института оптики атмосферы им. В.Е. Зуева СО РАН (Томск) и Института солнечно-земной физики СО РАН (Иркутск) изучали, как крупномасштабные возмущения в стратосфере влияют на погоду у поверхности Земли и даже выше – в мезосфере и термосфере.

Кандидат географических наук Ольга Антохина из Института оптики атмосферы рассказала, что, работая над проектом, ученые разбирались, что происходит, когда стратосферу «лихорадит»:

— Представьте, что в разгар полярной ночи на высоте 30 – 50 км всего за несколько дней температура взлетает на десятки градусов. Это внезапное стратосферное потепление (ВСП) – мощный процесс, который может смещать или даже разрывать полярный вихрь – гигантскую воронку холода над Арктикой.

Ученые выяснили, что за последние полвека 53% самых сильных ВСП сдвигали вихрь, а 40% – расщепляли его на два центра. При этом средняя дата возникновения ВСП сдвинулась на 10 дней раньше. Неожиданным открытием оказалось, что расщепление вихря случалось даже при слабых потеплениях. Это значит, что их роль в прошлом могли недооценивать.

Кандидат физико-математических наук Ольга Зоркальцева из Института солнечно-земной физики отметила, что после 2000 года в верхней стратосфере начали чередоваться два сценария циркуляции: зимы с ранними потеплениями (когда ВСП случаются уже в декабре) и зимы с мощными, но поздними ВСП, которые полностью разрушают полярный вихрь и перестройка стратосферы на летний режим происходит в более ранние сроки.

— Главный парадокс в том, что, несмотря на глобальное потепление в тропосфере и похолодание в стратосфере, частота, сила и продолжительность ВСП не изменились, - подчеркнула Ольга Зоркальцева. – Однако наблюдаемое усиление межгодовой «раскачки» стратосферных условий – резкого чередования разных типов зим – делает долгосрочные прогнозы погоды менее надежными и подчеркивает исключительную сложность климатической системы.

Исследователи считают, что полученные в результате работы над грантом результаты позволили им сделать несколько выводов:

• ранние ВСП (декабрь – январь) чаще влияют на погоду в Северном полушарии, провоцируя аномальные холода в умеренных широтах;
• сильные ВСП во второй половине зимы (февраль – март) сильнее воздействуют на верхние слои атмосферы, включая ионосферу, а это значимо для связи и навигации;
• такая поляризация зим (то слабые ранние, то мощные поздние потепления) – новый тренд, который требует отдельного изучения;
• усиление контраста между разными типами зим снижает точность сезонных прогнозов, увеличивает риск неожиданных погодных аномалий, а также указывает на сложные нелинейные связи в климатической системе.

Чтобы объективно оценивать циркуляционные условия в стратосфере, ученые разработали новые методы. Среди них расчет площади полярного вихря – его деформации предупреждают о возможных сбоях в погоде и выявление «обрушений волн Россби» (ОВР), когда планетарные атмосферные волны размером с континент резко теряют энергию, создавая условия для ВСП.

— Анализ показал, что чаще всего волны обрушаются на севере Тихого океана и Восточной Азии, особенно с октября по декабрь, - отметила Ольга Антохина. - Частота обрушений стала больше в начале зимы (в октябре – декабре) и в конце (в марте – апреле), но слегка меньше в январе – феврале.

За время реализации проекта, посвященного исследованиям крупномасштабных явлений в нижней и средней атмосфере и оценке их локального проявления на высотах мезосферы –нижней термосферы, ученые опубликовали 14 статей в высокорейтинговых российских и зарубежных журналах и представили свои результаты на десятках конференций.