Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2016. Т. 13. № 2. С. 120-131
Спектральные характеристики атмосферных волн, генерируемых зимним стратосферным струйным течением северного полушария
Б.Г. Шпынев
1 , М.А. Черниговская
1 , Д.С. Хабитуев
1 1 Институт солнечно-земной физики СО РАН, Иркутск, Россия
Одобрена к печати: 22.02.2016
DOI: 10.21046/2070-7401-2016-13-2-120-131
Выполнен анализ пространственных и временных вариаций вертикальных скоростей движения атмосферного газа на высотах стратосферы и нижней мезосферы в северном полушарии для 2008–2013 гг. по данным архива реанализа ECMWF ERA-Interim. Для всех анализируемых лет выявлены среднемасштабные волновые движения в осенне-зимние периоды (с ноября по февраль), которые ассоциированы со стратосферными струйными течениями и могут быть источниками атмосферных гравитационных волн. Для разных высот и широтных диапазонов исследованы спектры пространственных вариаций вертикальной скорости. Высотные вариации спектра показывают, что выше некоторой критической высоты стратосферы вблизи стратопаузы данные волны распространяются как внутренние гравитационные волны. Ниже этой высоты волны затухают вследствие каскадного дробления атмосферных вихрей и турбулентного перемешивания. Области генерации волновых движений совпадают с зоной взаимодействия струйных течений, расположенных на разных высотах стратосферы.
Ключевые слова: нижняя и средняя атмосфера, взаимодействие слоев атмосферы, волновые возмущения
Полный текстСписок литературы:
- Варгин П.Н, Володин Е.М., Карпечко А.Ю., Погорельцев А.И. О стратосферно-тропосферных взаимодействиях // Вестник РАН. 2015. Т. 85. № 1. С. 39–46.
- Ерохин Н.С., Зольникова Н.Н., Михайловская Л.А. Особенности взаимодействия внутренних гравитационных волн с температурно-ветровыми структурами атмосферы при распространении в ионосферу // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2007. Т. 4. № 2. С. 84–89.
- Ивангородский Р.В., Нерушев А.Ф. Характеристики струйных течений верхней тропосферы по данным измерений европейских геостационарных метеорологических спутников // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2014. Т. 11. № 1. С. 45–53.
- Черниговская М.А., Сутырина Е.Н., Ратовский К.Г. Метеорологические эффекты ионосферной возмущенности над Иркутском по данным вертикального радиозондирования // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2014. Т. 11. № 2. С. 264–274.
- Abatzoglou J.T., Magnusdottir G. Wave breaking along the stratospheric polar vortex as seen in ERA-40 data // Geophys. Res. Lett. 2007. Vol. 34. No. 8. P. L08812. doi:10.1029/2007GL029509.
- Alexander M.J. Global and seasonal variations in threedimensional gravity wave momentum flux from satellite limb-sounding temperatures // Geophys. Res. Lett. 2015. Vol. 42. P. 6860–6867. doi:10.1002/2015GL065234.
- Alexander M.J., Barnet C. Using satellite observations to constrain parameterizations of gravity wave effects for global models // J. Atmos. Sci. 2007. Vol. 64. No. 5. P. 1652–1665. doi:10.1175/JAS3897.1.
- Baldwin M.P., Holton J.R. Climatology of the stratospheric polar vortex and planetary wave breaking // J. Atmos. Sci. 1988. Vol. 45, No. 7. P. 1123–1142.
- Bossert K.D., Fritts C., Pautet P.-D., Williams B.P., Taylor M.J., Kaifler B., Dörnbrack A., Reid I.M., Murphy D.J., Spargo A.J., MacKinnon A.D. Momentum flux estimates accompanying multiscale gravity waves over Mount Cook, New Zealand, on 13 July 2014 during the DEEPWAVE campaign // J. Geophys. Res. Atmos. 2015. Vol. 120. No. 18. P. 9323–9337. doi:10.1002/2015JD023197.
- Chernigovskaya M.A., Shpynev B.G., Ratovsky K.G. Meteorological effects of ionospheric disturbances from vertical radio sounding data // J. Atmos. Sol. Terr. Phys. 2015. Vol. 136. P. 235–243. doi:10.1016/j.jastp.2015.07.006.
- Dee D.P., Uppala S.M., Simmons A.J., Berrisford P., Poli P., Kobayashi S., Andrae U., Balmaseda M.A., Balsamo G., Bauer P., Bechtold P., Beljaars A.C.M., van de Berg L., Bidlot J., Bormann N., Delsol C., Dragani R., Fuentes M., Geer A.J., Haimberger L., Healy S.B., Hersbach H., Hólm E.V., Isaksen L., Kållberg P., Köhler M.,, Matricardi M., McNally A.P., Monge-Sanz B.M., Morcrette J.-J., Park B.-K., Peubey C., de Rosnay P., Tavolato C., Thépaut J.-N., Vitart F. The ERA-Interim reanalysis: configuration and performance of the data assimilation system // Q.J.R. Meteorol. Soc. 2011. Vol. 137. No. 656. P. 553–597. doi:10.1002/qj.828.
- Fritts D.C., Alexander M.J. Gravity wave dynamics and effects in the middle atmosphere // Rev. Geophys. 2003. Vol. 41. No. 1. P. 1003–1066. doi: 10.1029/2001RG000106.
- Hamilton K. Dynamical coupling of the lower and middle atmosphere: Historical background to current research // J. Atmos. Sol. Terr. Phys. 1999. Vol. 61. No. 1. P. 73–84.
- Hecht J.H., Alexander M.J., Walterscheid R.L., Gelinas L.J., Vincent R.A., MacKinnon A.D., Woithe J.M., May P.T., Skinner W.R., Mylnczak M.G., Russell J.M. III Imaging of atmospheric gravity waves in the stratosphere and upper mesosphere using satellite and ground-based observations over Australia during the TWPICE campaign // J. Geophys. Res. 2009. Vol. 114. No. D18. 123 p. doi:10.1029/2008JD011259.
- Kaifler B., Lübken F.-J., Höffner J., Morris R.J., Viehl T.P. Lidar observations of gravity wave activity in the middle atmosphere over Davis (69°S, 78°E), Antarctica // J. Geophys. Res. Atmos. 2015. Vol. 120. No. 10. P. 4506–4521. doi:10.1002/2014JD022879.
- Karpetchko A., Kyrö E., Knudsen B.M. Arctic and Antarctic polar vortices 1957–2002 as seen from the ERA-40 reanalyses // J. Geophys. Res. 2005. Vol. 110. No. D21. P. 109. doi:10.1029/2005JD006113.
- Kushner P.J. Annular modes of the troposphere and stratosphere, in The Stratosphere: Dynamics, Transport, and Chemistry // Geophys. Monogr. Ser. 2010. Vol. 190. P. 59–91. doi:10.1029/2009GM000924.
- Labiztke K.G., van Loon H. The Stratosphere: Phenomena, History, and Relevance. NewYork: Springer, 1999. 179 p.
- Newman P.A., Schoeberl M.R. Middle atmosphere: Polar vortex // Encyclopedia of Atmospheric Sciences, edited by J.R. Holton, J. Pyle, and J.A. Curry. San Diego, Calif.: Academic, 2003. P. 1321–1328.
- Perevalova N.P., Polyakova A.S., Pogoreltsev A.I. Variations in the characteristics of acoustic gravity waves according to simulation data // Geomagnetism and Aeronomy. 2013. Vol. 53. No. 3. P. 397–408.
- Plougonven R., Zhang F. Internal gravity waves from atmospheric jets and fronts // Rev. Geophys. 2014. Vol. 52, P. 1–37. doi:10.1002/2012RG000419.
- Shpynev B.G., Churilov S.M., Chernigovskaya M.A. Generation of waves by jet-stream instabilities in winter polar stratosphere/mesosphere // J. Atmos. Sol. Terr. Phys. 2015. Vol. 136. P. 201–215. doi:10.1016/j.jastp.2015.07.005.
- Tsuda T. Characteristics of atmospheric gravity waves observed using the MU (Middle and Upper atmosphere) radar and GPS (Global Positioning System) radio occultation // Proc. Jpn. Acad. Ser. B. 2014. Vol. 90. No. 1. P. 12–27.
- Vincent R.A. Gravity wave coupling from below: A review // Climate and Weather of the Sun-Earth System (CAWSES): Selected Papers from the 2007 Kyoto Symposium. Tokyo: TERRAPUB, 2009. P. 279–293.
- Vincent R.A. The dynamics of the mesosphere and lower thermosphere: a brief review // Prog. Earth Planet Sci. 2015. Vol. 2. No. 1. P. 1-13. doi:10.1186/s40645-015-0035-8.
- Wang L., Geller M.A., Alexander M.J. Spatial and temporal variations of gravity wave parameters. Part I: Intrinsic frequency, wavelength, and vertical propagation direction // J. Atmos. Sci. 2005. Vol. 62. No. 1. P. 125–142. doi:http://dx.doi.org/10.1175/JAS-3364.1.
- Waugh D.W., Polvani L.M. Stratospheric Polar Vortices // The Stratosphere: Dynamics, Transport, and Chemistry, Geophys. Monogr. Ser. 2010. Vol. 190. P. 43–57. doi:10.1029/2009GM000887.
- Wu D.L., Eckermann S.D. Global gravity wave variances from Aura MLS: Characteristics and Interpretation // J. Atmos. Sci. 2008. Vol. 65. No. 12. P. 3695–3718. doi:10.1175/2008JAS2489.1.
- Wu D.L., Waters J.W. Gravity wave scale temperature fluctuations seen by the UARS MLS // Geophys. Res. Lett. 1996. Vol. 23. No. 23. P. 3289–3292.
- Yamashita C., Liu H.L., Chu X. Gravity wave variations during the 2009 stratospheric sudden warming as revealed by ECMWF-T799 and observations // Geophys. Res. Lett. 2010. Vol. 37. No. 22. P. L22806. doi:10.1029/2010GL045437.
- Yiğit E., Medvedev A.S. Internal waves coupling processes in Earth's atmosphere // Adv. Space Res. 2015. Vol. 55. No. 4. P. 983–1003.