Влияние глобальных динамических процессов на состав и структуру Арктической стратосферы

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 19-17-00198

НазваниеВлияние глобальных динамических процессов на состав и структуру Арктической стратосферы

Руководитель Смышляев Сергей Павлович, Доктор физико-математических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский государственный гидрометеорологический университет" , г Санкт-Петербург

Конкурс №35 - Конкурс 2019 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 07 - Науки о Земле; 07-607 - Химические процессы, малые газовые составляющие, аэрозоли

Ключевые слова стратосфера, Арктика, стратосферный озон, планетарные волны, южное колебание, квазидвухлетнее колебание, внезапные стратосферные потепления, стратосферный циркумполярный вихрь, численное моделирование, ре-анализ, циркуляция тропосферы

Код ГРНТИ37.21.15

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Предметом настоящего проекта является изменчивость стратосферы Арктики зимой и во время весенней перестройки циркуляции в условиях меняющегося климата. Целью проекта является анализ влияния явлений Эль-Ниньо / Южного колебания, квазидвухлетнего колебания, а также процессов в мезосфере - нижней термосфере на изменения циркуляции Брюера-Добсона, устойчивость циркумполярного стратосферного вихря, формирование зон аномально низких температур и пониженного содержания озона в зимне-весенней арктической стратосфере, а также влияния этих наблюдаемых изменений стратосферы Арктики на процессы в тропосфере. Актуальность проекта определяется тем, что в условиях одновременного изменения климата и сокращения выбросов озоноразрушающих веществ в атмосферу меняется взаимодействие между динамическими и химическими процессами, влияющее на постепенное восстановление озонового слоя и структурные изменения в нижней и средней атмосфере. Подобные изменения, выражающиеся, главным образом, в изменениях радиационного баланса атмосферы, глобальной циркуляции, волнового переноса и взаимодействия атмосферы и океана, могут сказываться на особенностях влияния явления Эль-Ниньо / Южного колебания, квазидвухлетнего колебания, а также процессов в мезосфере - нижней термосфере на устойчивость циркумполярного вихря и газовый состав арктической стратосферы, В свою очередь, изменения состава и структуры стратосферы в Арктике могут влиять на атмосферные процессы в других широтах. Поэтому крайне актуальным в данный момент является комплексный анализ взаимодействия физических и химических процессов не только в полярных широтах, но и в глобальном масштабе. Методами достижения целей проекта будут численное моделирование настоящего и будущего состояния стратосферы Арктики и ее газового состава в условиях снижения содержания в атмосфере озоноразрушающих соединений и роста концентраций парниковых газов, а также сравнительный анализ результатов модельных расчетов и данных ре-анализа. В качестве инструментов в процессе реализации проекта будут использоваться глобальная химико-климатическая модель нижней и средней атмосферы ИВМ РАН – РГГМУ, модель средней и верхней атмосферы (МСВА), а также данные ре-анализа MERRA-2, JRA 55, UK Met Office, Era-Interim, Era-20, NCEP и архивы модельных расчетов международного научного проекта по сравнению климатических моделей CMIP5 и CMIP6. Основные задачи проекта: - Анализ влияния квазидвухлетнего колебания зонального ветра в экваториальной стратосфере (КДК) и явления Эль-Ниньо / Южного колебания (ЭНЮК) на устойчивость циркумполярного вихря, циркуляцию Брюера-Добсона, внезапные стратосферные потепления (ВСП), стратосферно-тропосферное взаимодействие, температуру и содержание озона в арктической стратосфере; - Моделирование влияния наблюдаемой изменчивости температуры поверхности океана и площади его покрытия льдом на динамические характеристики и газовый состав атмосферы, устойчивость стратосферного полярного вихря, температурный режим нижней стратосферы и содержание стратосферного озона; - Исследование влияния будущего климата на формирование полярных стратосферных облаков (ПСО), устойчивость циркумполярного вихря и содержание стратосферного озона в Арктике для различных сценариев роста содержания парниковых газов; - Выявление и анализ экстремальных явлений зимней стратосферы Арктики, способных привести к значительному разрушению стратосферного озона, и их связей с возникновением ВСП в условиях будущего климата; - Оценка влияния экстремальных явлений зимней стратосферы Арктики на циркуляцию тропосферы средних и высоких широт Северного полушария в условиях современного и будущего климата; - Анализ потоков волновой активности на основе расчета трехмерных векторов Пламба, а также индекса рефракции планетарных волн в периоды экстремальных явлений стратосферы Арктики; - Диагностика нелинейных взаимодействий волна-средний поток и волна-волна на основе уравнения баланса потенциальной энстрофии и уравнения сохранения волной активности с учетом членов третьего порядка малости; - Исследование влияния процессов в верхней мезосфере и нижней термосфере (МНТ) на газовый состав, температуру и динамику арктической стратосферы через отражение планетарных волн и изменение циркуляции Брюера-Добсона. Научная новизна поставленных задач обусловлена использованием новых комплексных подходов с использованием данных ре-анализа и химико-климатической модели РГГМУ-ИВМ, позволяющей учитывать изменения циркуляции и газового состава стратосферы-тропосферы Северного полушария и их влияния на тропосферу в условиях современного и будущего климата, а также ожидаемыми новыми результатами проверки новых гипотез о роли глобальных динамических процессов в наблюдаемой и ожидаемой изменчивости циркуляционных и температурных условий и газового состава в арктической стратосфере, и получением новых оценок влияния экстремальных стратосферных явлений на тропосферные процессы.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Яковлев А.Р., Смышляев С.П. Численное моделирование воздействия мирового океана на температуру и содержание озона в нижней и средней атмосфере Метеорология и гидрология, №9, стр. 25-37 (год публикации - 2019)
10.3103/S1068373919090036

2. Гущина Д.Ю., Коленникова М. The remote response of Northern Hemisphere atmosphere circulation to ENSO in a changing climate Arabian Journal of Geosciences (год публикации - 2019)

3. Диденко К.А., Погорельцев А.И., Ермаков Т.С., Швед Г.М. Nonlinear interactions of stationary planetary waves during February 2016 sudden stratospheric warming IOP Conference Series: Earth and Environmental Science (EES) (год публикации - 2019)

4. Диденко К.А., Ермакова Т.С., Коваль А.В., Погорельцев А.И. Диагностика нелинейный взаимодействий стационарных планетарных волн Ученые записки РГГМУ, № 56, стр. 19-29 (год публикации - 2019)
10.33933/2074-2762-2019-56-19-29

5. Яковлев А.Р., Смышляев С.П. Simulation of the influence of the ocean and the El-Nino – Southern Oscillation phenomenon on the structure and composition of the atmosphere IOP. Conference series (год публикации - 2019)

6. С.П. Смышляев, П.А.Блакитная, М.А.Моцаков ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ И ХИМИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА МЕЖГОДОВУЮ ИЗМЕНЧИВОСТЬ СОДЕРЖАНИЯ ОЗОНА В АНТАРКТИКЕ Метеорология и гидрология, №2, 2020 (год публикации - 2020)

7. Смышляев С.П., Галин В.Я., Блакитная П.А., Яковлев А.Р. Numerical Modeling of the Natural and Manmade Factors Influencing Past and Current Changes in Polar, Mid-Latitude and Tropical Ozone Atmosphere, Atmosphere 2020 , 11 , 76 (год публикации - 2020)
10.3390/atmos11010076

8. Коломеец Л.И., Смышляев С.П. Feedbacks between lightning activity, temperature and composition of the atmosphere IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering, IOP 698 (2019) 044049 (год публикации - 2019)
10.1088/1757-899X/698/4/044049

9. Черепова М.В., Смышляев С.П. Numerical simulation of modern methane emissions and their influence on climate variability and gas composition of the Arctic atmosphere IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science, 386 (2019) 012020 (год публикации - 2019)
10.1088/1755-1315/386/1/012020

10. Смышляев С.П., Блакитная П.А., Моцаков М.А. Численное моделирование влияния физических и химических факторов на межгодовую изменчивость содержания озона в Антарктике Метеорология и гидрология, 2020, №3, стр. 21-32 (год публикации - 2020)
10.3103/S1068373920030024

11. Курганский А., Скес К.а., Бакланов А., Софиев М., Саарто А. Северова Е., Смышляев С., Каас Э. Incorporation of pollen data in source maps is vital for pollen dispersion models Atmospheric chemistry and physics, Atmos. Chem. Phys., 20, 2099–2121, 2020 (год публикации - 2020)
10.5194/acp-20-2099-2020

12. Варгин П.Н., Кострыкин С.В., Ракушина Е.В., Володин Е.М., Погорельцев А.И. ИССЛЕДОВАНИЕ ИЗМЕНЧИВОСТИ ДАТ ВЕСЕННИХ ПЕРЕСТРОЕК ЦИРКУЛЯЦИИ СТРАТОСФЕРЫ И ПАРАМЕТРОВ СТРАТОСФЕРНОГО ПОЛЯРНОГО ВИХРЯ В АРКТИКЕ ПО ДАННЫМ МОДЕЛИРОВАНИЯ И РЕАНАЛИЗА Известия РАН. Физика атмосферы и океана., 2020, том 56, № 5, с. 526–539 (год публикации - 2020)
10.31857/S0002351520050119

13. Коленникова M.П., Варгин П.Н., Гущина Д.Ю. Влияние явления Эль-Ниньо на стратосферу Арктики по расчетам моделей CMIP5 и данным реанализа Метеорология и гидрология (год публикации - 2021)

14. Гущина Д.Ю., Коленникова М. The remote response of Northern Hemisphere atmosphere circulation to ENSO in a changing climate Advances in Science, Technology & Innovation (год публикации - 2020)

15. Диденко К.А., Погорельцев А.И. Исследование взаимодействий стационарных планетарных волн с использованием модельных данных Модели средней и верхней атмосферы Труды Военно-космической академии имени А.Ф. Можайского, 2020. № 674. С. 166-170 (год публикации - 2020)

16. Смышляев С.П., Варгин П.Н., Моцаков М.А. Numerical Modeling of Ozone Loss in the Exceptional Arctic Stratosphere Winter–Spring of 2020 Atmosphere, 2021, 12(11), 1470 (год публикации - 2021)
10.3390/atmos12111470

17. Яковлев А.Р., Смышляев С.П., Галин В.Я. Interannual variability and trends in sea surface temperature, lower and middle atmosphere temperature at different latitudes for 1980–2019 Atmosphere, 2021, 12(4), 454 (год публикации - 2021)
10.3390/atmos12040454

18. Гущина Д.Ю. Коленникова М.А. Девитт Б., Ех С.. On the relationship between ENSO diversity and the ENSO atmospheric teleconnection to high‐latitudes International Journal of Climatology, P. joc.7304 (год публикации - 2021)
10.1002/joc.7304

19. Коленникова М.А., Варгин П.Н., Гущина Д.Ю. Interrelations between El Nino indices and major characteristics of polar stratosphere according to CMIP5 models and reanalysis Russian Meteorology and Hydrology, Vol. 46, no. 6. , P. 351–364 (год публикации - 2021)
10.3103/S1068373921060017

20. Гущина Д.Ю., Коленникова М.А. The Remote Response of Northern Hemisphere Atmosphere Circulation to ENSO in a Changing Climate. In Advances in Science, Technology & Innovation, Haroun Chenchouni et al. (Eds): New Prospects in Environmental Geosciences and Hydrogeosciences, Advances in Science, Technology & Innovation, 978-3-030-72542-6, 502826_1_En, (Chapter 5) (год публикации - 2021)
10.1007/978-3-030-72543-3

Публикации