Исследование динамики полярных вихрей во время внезапных стратосферных потеплений с использованием нового метода оконтуривания вихрей

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 22-27-00002

НазваниеИсследование динамики полярных вихрей во время внезапных стратосферных потеплений с использованием нового метода оконтуривания вихрей

Руководитель Зуев Владимир Владимирович, Доктор физико-математических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт мониторинга климатических и экологических систем Сибирского отделения Российской академии наук , Томская обл

Конкурс №64 - Конкурс 2021 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 07 - Науки о Земле; 07-601 - Общая циркуляция атмосферы и динамическая метеорология

Ключевые слова стратосферные полярные вихри, внезапные стратосферные потепления, озоновые аномалии, геопотенциал, скорость ветра, температура, полярные стратосферные облака

Код ГРНТИ37.21.31

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Значительный интерес к полярным вихрям обусловлен их существенной ролью в распределении стратосферного озона, движении воздушных масс в полярной и субполярной стратосфере и температурном режиме над полярной областью. Полярные озоновые аномалии, формирующиеся внутри полярных вихрей с конца зимы по весну, способствуют повышению приземного уровня опасного для биосферы ультрафиолетового излучения на длинах волн короче 315 нм. Масштабы и интенсивность разрушения стратосферного озона над полярной областью зависят от силы и устойчивости полярного вихря в весенний период. Полярные вихри могут способствовать увеличению стратосферно-тропосферного обмена в период их наибольшего усиления, когда стратосферная температура внутри вихря значительно понижается, что приводит к уменьшению температурного градиента в районе тропопаузы. Более раннее разрушение полярного вихря происходит в результате проникновения в стратосферу вертикально распространяющихся планетарных волн Россби и сопровождается возникновением внезапного стратосферного потепления (ВСП). ВСП представляют собой крупномасштабные температурные возмущения полярной стратосферы и могут способствовать более ранней перестройке циркуляции стратосферы или предварять финальное стратосферное потепление, связанное с разрушением полярного вихря в весенний период. Исследованию динамики стратосферных полярных вихрей во время ВСП посвящено большое количество работ. Однако все общепринятые методы, основанные на рассмотрении полей и среднеширотных значений необходимых метеорологических параметров, не позволяют получить правильные количественные оценки характеристик вихрей во время их сильного смещения или расщепления. Проект направлен на исследование аномальной динамики полярных вихрей с использованием нового метода, позволяющего оконтурить вихри, на основе данных нового реанализа ERA5, характеризующегося высоким пространственным и временным разрешением. Предложенный метод позволяет корректно рассчитать площадь вихря, скорость ветра по границе вихря, среднюю температуру и среднее массовое отношение смеси озона внутри вихря и, таким образом, открывает принципиально новые возможности для исследования изменчивости полярных вихрей в период ВСП. В основе метода оконтуривания используются характеризующие границу вихря значения геопотенциала, предварительно определяемые по данным о максимальном градиенте температуры и максимальной скорости ветра, описывающим границу вихря. Геопотенциал достаточно точно описывает динамику полярного вихря, поскольку внутри последнего наблюдается существенное понижение температуры и давления, а за его пределами – повышение. Кроме того геопотенциал не претерпевает значительных сезонных изменений в период существования вихря и, соответственно, хорошо подходит для определения границ полярного вихря. Первый опыт рассмотрения аномальной динамики арктического полярного вихря во время его усиления в 2020 г. с использованием предложенного метода опубликован членами коллектива проекта в журнале «ДАН. Науки о Земле» [Зуев и др., 2020]. Основной задачей проекта является выявление закономерностей в поведении стратосферных полярных вихрей при их аномальной динамике, в частности при ВСП. Несмотря на то, что динамика стратосферных полярных вихрей во время ВСП рассмотрена в большом количестве работ, тем не менее, применение нового метода позволит выявить новые закономерности в развитии процессов при ВСП и значительно углубить понимание аномальной динамики вихрей. Достижение цели, заявленной в проекте, аргументируется имеющимся у членов научного коллектива научным заделом и опытом в решении подобных задач. Полученные результаты будут опубликованы в ведущих зарубежных научных журналах, входящих в первый (Q1) и второй (Q2) квартили.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Зуев В.В., Савельева Е. Antarctic polar vortex dynamics depending on wind speed along the vortex edge Pure and Applied Geophysics, V. 179, N 6–7. P. 2609–2616 (год публикации - 2022)
10.1007/s00024-022-03054-4

2. Зуев В.В., Савельева Е.С. Взаимосвязь между площадью и скоростью ветра по границе антарктического полярного вихря Проблемы Арктики и Антарктики, Т. 68. № 2. С. 133–141. (год публикации - 2022)
10.30758/0555-2648-2022-68-2-133-141

3. Зуев В.В., Савельева Е.С. Особенности ослабления стратосферных полярных вихрей Оптика атмосферы и океана. Физика атмосферы: Материалы XXVIII Международного симпозиума, Оптика атмосферы и океана. Физика атмосферы: Материалы XXVIII Международного симпозиума. Томск: Издательство ИОА СО РАН, 2022. (год публикации - 2022)

4. Зуев В.В., Савельева Е.С. Динамика антарктического полярного вихря во время внезапного стратосферного потепления Оптика атмосферы и океана. Физика атмосферы: Материалы XXVIII Международного симпозиума, Оптика атмосферы и океана. Физика атмосферы: Материалы XXVIII Международного симпозиума. Томск: Издательство ИОА СО РАН, 2022. (год публикации - 2022)

5. Зуев В.В., Савельева Е.С., Павлинский А.В., Сидоровский Е.А. Unprecedented duration of the 2020 Antarctic ozone depletion Doklady Earth Sciences, V. 509, N 1. P. 166–170. (год публикации - 2023)
10.1134/S1028334X22601754

6. Зуев В.В., Савельева Е.С., Сидоровский Е.А. Аномально длительное отсутствие полярных стратосферных облаков в Арктике в середине зимы по данным спутниковых наблюдений Исследование Земли из космоса, № 1. С. 79–91. (год публикации - 2023)
10.31857/S0205961423010128

7. Зуев В.В., Савельева Е.С. Stratospheric polar vortex dynamics according to the vortex delineation method Journal of Earth System Science, V. 132, N 1. P. 39. (год публикации - 2023)
10.1007/s12040-023-02060-x

8. Зуев В.В., Савельева Е.С. Arctic polar vortex dynamics according to the vortex delineation method Proc. of SPIE, 29th International Symposium on Atmospheric and Ocean Optics: Atmospheric Physics, V. 12780. P. 127806P. (год публикации - 2023)
10.1117/12.2688279

9. Зуев В.В., Савельева Е.С. Беспрецедентная продолжительность антарктической озоновой аномалии 2020 г. Труды XXIX Международного Симпозиума «Оптика атмосферы и океана. Физика атмосферы». Томск: Издательство ИОА СО РАН, 2023, С. E-38–E-41. (год публикации - 2023)

10. Зуев В.В., Савельева Е.С. Динамика стратосферных полярных вихрей согласно методу оконтуривания вихрей Труды XXIX Международного Симпозиума «Оптика атмосферы и океана. Физика атмосферы». Томск: Издательство ИОА СО РАН, 2023., С. E-49–E-52. (год публикации - 2023)

11. Зуев В.В., Савельева Е.С. Исследование аномальной динамики антарктического полярного вихря с использованием метода оконтуривания вихря Оптика атмосферы и океана. Физика атмосферы: Материалы XXVIII Международного симпозиума, Оптика атмосферы и океана. Физика атмосферы: Материалы XXVIII Международного симпозиума. Томск: Издательство ИОА СО РАН, 2022. (год публикации - 2022)

Публикации