Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2020. Т. 17. № 7. С. 229-242
Внезапное стратосферное потепление над Антарктидой в сентябре 2019 г. по данным радиометра МТВЗА ГЯ со спутника «Метеор-М» № 2-2
Л.М. Митник
1 , В.П. Кулешов
1 , М.Л. Митник
1 1 Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева ДВО РАН, Владивосток, Россия
Одобрена к печати: 02.11.2020
DOI: 10.21046/2070-7401-2020-17-7-229-242
В работе приведены первые результаты измерений исключительно редкого крупномасштабного атмосферного явления — внезапного стратосферного потепления (ВСП) в Южном полушарии. Измерения, выполненные сканирующим микроволновым (МВ) температурно-влажностным зондировщиком атмосферы МТВЗА ГЯ с нового метеорологического спутника России «Метеор-М» № 2-2 в диапазоне частот ν = 52,8–57,6 ГГц, дают представление об изменчивости температуры стратосферы и верхней тропосферы Земли. При анализе временных рядов антенных температур Та(ν) на 10 частотах обнаружен быстрый (на несколько десятков градусов за неделю) рост температуры средней и нижней стратосферы над Антарктидой в конце августа – сентябре 2019 г. Спутниковые данные находятся в согласии с вертикальными профилями температуры воздуха по данным радиозондов, выпущенных с Южного полюса (станция 89009) и с побережья Антарктиды (станции 89062, 89055, 89592, 89611, 89511, 89664 и 89532), максимальная высота подъёма которых hmax = 28–34 км. По радиозондовым профилям и данным реанализа рассчитаны яркостные температуры Тя(ν) и весовые функции каналов радиометра, принимающих уходящее излучение Земли на пяти частотах: 52,8; 53,3; 53,8; 54,64 и 55,63 ГГц — в широкой полосе (Δν = 400 МГц) и на пяти частотах в области резонансной линии кислорода, центрированной на ν0 = 57,2903 ГГц, с переменной шириной полосы пропускания. Значения Тя(ν) найдены путём численного интегрирования уравнения переноса МВ-излучения. По временным рядам полей Та(ν), построенным по данным МТВЗА ГЯ на частотах зондировщика с 6 августа по 30 сентября 2019 г., прослежена эволюция ВСП над Южной полярной областью. Из сопутствующих измерений следует, что потепление сопровождалось изменением циркуляции атмосферы в обширном регионе, засухой и сильными пожарами в Австралии, уменьшением площади озоновой дыры над Антарктидой, возмущением характеристик ионосферы.
Ключевые слова: внезапное стратосферное потепление, Южное полушарие, микроволновый радиометр МТВЗА ГЯ, «Метеор-М» № 2-2, яркостная температура, пространственно-временная изменчивость, радиозонды, моделирование
Полный текстСписок литературы:
- Агеева В. Ю., Груздев А. Н., Елохов А. С., Мохов И. И., Зуева Н. Е. Внезапные стратосферные потепления: статистические характеристики и влияние на общее содержание NO2 и O3 // Изв. Российской акад. наук. Физика атмосферы и океана. 2017. Т. 53. № 5. С. 545–555.
- Барсуков И. А., Болдырев В. В., Ильгасов П. А., Никитин О. В., Панцов В. Ю., Прохоров Ю. Н., Стрельников Н. И., Стрельцов А.М, Черный И. В., Чернявский Г. М., Яковлев В. В. СВЧ-радиометр МТВЗА ГЯ спутника «Метеор-М» № 1 // Всероссийская научно-техн. конф. «Актуальные проблемы ракетно-космичю приборостроения и информац. технологий»: сб. тр. М.: Физматлит, 2009. С. 99–107.
- Барсуков И. А., Никитин О. В., Стрельцов А. М., Черный И. В., Чернявский Г. М. Предварительная обработка данных СВЧ-радиометра МТВЗА ГЯ КА «Метеор-М» № 1 // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2011. Т. 8. № 2. С. 257–264.
- Болдырев В. В., Ильгасов П. А., Панцов В. Ю., Прохоров Ю. Н., Стрельников Н. И., Черный И. В., Чернявский Г. М., Яковлев В. В. Спутниковый микроволновый сканер/зондировщик МТВЗА ГЯ // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2008. Т. № 1. С. 243–248.
- Митник Л. М., Кулешов В. П., Митник М. Л. Микроволновое дистанционное зондирование аридных и полуаридных земель. Пустыня Такла-Макан (аналогия с морскими процессами) // Материалы Семнадцатой Всероссийской открытой конф. «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса». 11–15 нояб. 2019. М.: ИКИ РАН, 2019. С. 303.
- Чернявский Г. М., Митник Л. М., Кулешов В. П., Митник М. Л., Чёрный И. В. Микроволновое зондирование океана, атмосферы и земных покровов по данным спутника «Метеор-М» № 2 // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2018. Т. 15. № 4. С. 78–100. DOI: 10.21046/2070-7401-2018-15-4-78-100.
- Чернявский Г. М., Митник Л. М., Кулешов В. П., Митник М. Л., Стрельцов А. М., Евсеев Г. Е., Черный И. В. Моделирование яркостных температур и первые результаты, полученные микроволновым радиометром MTВЗA-ГЯ со спутника «Метеор-М» № 2-2 // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2020. Т. 17. № 3. С. 51–65.
- Baldwin M. P., Ayarzaguena B., Birner T., Butchart N., Charlton-Perez A. J., Butler A. H., Domeisen D. I. V., Garfinkel C. I., Garny H., Gerber E. P., Hegglin M. I., Langematz U., Pedatella N. M. Sudden stratospheric warmings // Earth and Space Science Open Archive. 2020. 49 p. DOI: 10.1002/essoar.10502884.1.
- Barsukov I., Cherniavsky G., Cherny I., Mitnik L., Kuleshov V., Mitnik M. New Russian meteorological satellite Meteor-M N 2: Sensing of the subsurface, surface and atmospheric characteristics by MTVZA-GY microwave imager/sounder // Proc. IGARSS. 2016. P. 5528–5531.
- Butler A. H., Seidel D. J., Hardiman S. C., Butchart N., Birner T., Match A. Defining sudden stratospheric warmings // Bull. American Meteorological Society. 2015. V. 96. No. 11. P. 1913–1928.
- Butler A. H., Sjoberg J. P., Seidel D. J., Rosenlof K. H. A sudden stratospheric warming compendium // Earth System Science Data. 2017. V. 9. No. 1. P. 63–76.
- Charlton A. J., Polvani L. M. A new look at stratospheric sudden warmings. Pt. I: Climatology and modeling benchmarks // J. Climate. 2007. V. 20. No. 3. P. 449–469.
- Cherny I. V., Mitnik L. M., Mitnik M. L., Uspensky A. B., Streltsov A. M. On-orbit calibration of the “Meteor-M” Microwave Imager/Sounder // Proc. IGARSS. 2010. P. 558–561.
- Gray E., Stain T. 2019 Ozone Hole is the Smallest on Record Since Its Discovery // Nasa.gov. 21 Oct. 2019. URL: https://www.nasa.gov/feature/goddard/2019/2019-ozone-hole-is-the-smallest-on-record-since-its-discovery.
- Kidder S. Q., Goldberg M. D., Zehr R. M., DeMaria M., Purdom J. F.W., Velden C. S., Grody N. C., Kusselson S. J. Satellite analysis of tropical cyclones using the Advanced Microwave Sounding Unit (AMSU) // Bull. American Meteorological Society. 2000. V. 81. No. 6. P. 1241–1259.
- Krüger R., Naujokat B., Labitzke K. The unusual midwinter warming in the Southern hemisphere stratosphere 2002: A comparison to Northern hemisphere phenomena // J. Atmospheric Sciences. 2005. V. 62. P. 603–613.
- Lewis D. Rare warming over Antarctica reveals power of stratospheric models // Nature. 2019. V. 574. P. 160–161.
- Lim E.-P., Hendon H. H., Boschat G., Hudson D., Thompson D. W. J., Dowdy A. J., Arblaster J. M. Australian hot and dry extremes induced by weakenings of the stratospheric polar vortex // Nature Geoscience. 2019. V. 12. P. 896–901. URL: https://doi.org/10.1038/s41561-019-0456-x.
- McInturff R. M. Stratospheric warmings: Synoptic, dynamic and general‐circulation aspects: NASA-RP-1017 // NTRS — NASA Technical Reports Server. 1978. Document ID 19780010687. 175 p. URL: https://ntrs.nasa.gov/citations/19780010687.
- Mitnik L., Kuleshov V., Mitnik M., Streltsov A. M., Cherniavsky G., Cherny I. Microwave scanner sounder MTVZA-GY on new Russian meteorological satellite Meteor-M N 2: modeling, calibration and measurements // IEEE J. Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing. 2017. V. 10. No. 7. P. 3036–3045.
- Mitnik L. M., Kuleshov V. P., Pichugin M. K., Mitnik M. L. Sudden stratospheric warming in 2015–2016: Study with satellite passive microwave data and reanalysis // Proc. IGARSS. 23–27 July 2018, Valencia, Spain. 2018. P. 5560–5563. DOI: 10.1109/IGARSS.2018.8517495.
- Pedatella N. M., Chau J. L., Schmidt H., Goncharenko L. P., Stolle C., Hocke K., Harvey V. L., Funke B., Siddiqui T. A. How sudden stratospheric warming affects the whole atmosphere // Earth and Space Science News. 2018. V. 99. URL: https://doi.org/10.1029/2018EO092441.
- Schwartz M. J., Lambert A., Manney G. L., Read W. G., Livesey N. J., Froidevaux L., Ao C. O., Bernath P. F., Boone C. D., Cofield R. E., Daffer W. H., Drouin B. J., Fetzer E. J., Fuller R. A., Jarnot R. F., Jiang Y. B., Knosp B. W., Krüger K., Li J.-L. F., Mlynczak M. G., Pawson S., Russell J. M., Santee M. L., Snyder W. V., Stek P. C., Thurstans R. P., Tompkins A. M., Wagner P. A., Walker K. A., Waters J. W., Wu D. L. Validation of the Aura Microwave Limb Sounder temperature and geopotential height measurements // J. Geophysical Research. 2008. V. 113. D15S11. DOI: 10.1029/2007JD008783.
- Special Climate Statement 72 — dangerous bushfire weather in spring 2019. Bureau of Meteorology. 18 Dec. 2019, 28 p. URL: http://www.bom.gov.au/climate/current/statements/scs72.pdf.
- Varotsos C., Kondratyev K. Ya. The unusual split in the Antarctic ozone hole in September 2002 // Studying the Earth from Space. 2003. No. 1. P. 92–93.
- Yamazaki Y., Matthias V., Miyoshi Y., Stolle C., Siddiqui T., Kervalishvili G., Laštovička J., Kozubek M., Ward W., Themens D. R., Kristoffersen S., Alken P. September 2019 Antarctic sudden stratospheric warming: Quasi-6-day wave burst and ionospheric effects // Geophysical Research Letters 2020. V. 47. e2019GL086577. URL: https://doi.org/10.1029/2019GL086577.
- Zou C. Z., Goldberg M. D., Hao X. New generation of U. S. satellite microwave sounder achieves high radiometric stability performance for reliable climate change detection // Science Advances. 2018. V. 4. No. 10. eaau0049. DOI: 10.1126/sciadv.aau0049.