В последние дни во многих регионах северного полушария отмечается холодная и снежная погода. Кажется или на самом деле зима суровее, чем обычно? Можно даже услышать вопрос: «Существует ли связь между наблюдаемой холодной погодой и внезапным стратосферным потеплением? Очевидно, что ответ на этот вопрос совсем непрост.
Действительно, сейчас в стратосфере над северным полушарием наблюдается внезапное потепление.
Внезапные стратосферные потепления (ВСП), которые происходят зимой, вызывают самый пристальный интерес. Метеорологи продолжают активно исследовать механизм их связи с изменениями в тропосфере, особенно в нижних слоях, где формируется погода, которую мы ощущаем.
Внезапное стратосферное потепление – это сильное и внезапное повышение температуры «взрывного характера» в полярной и субполярной стратосфере зимой, иногда на 50° и более в течение нескольких (порядка десяти) суток. Это происходит на высотах от 10 до 50 км. При этом меняется знак меридионального градиента температуры над полушарием, формируется стратосферный антициклон, и общий перенос воздуха меняется с западного на восточный. ВСП возникает в верхней стратосфере, в слоях, располагающихся над уровнем стратонуля (около 24 км) и затем распространяется также и на нижнюю стратосферу. Возвращение к нормальному зимнему режиму протекает медленнее, чем развитие потепления. ВСП наблюдаются почти каждый год. По-видимому, непосредственной причиной ВСП является опускание и адиабатическое нагревание стратосферного воздуха, связанное с перестройкой условий циркуляции.
История наблюдений за ВСП насчитывает чуть больше 60 лет. Впервые оно было замечено в 1952 году по наблюдениям в Берлине. Наиболее полный мониторинг за стратосферой ведется с 1979 года, в нем учитываются данные станций радиозондирования и спутниковая информация.
Следует отличать ВСП «взрывного» типа от нормального потепления стратосферы в годовом ходе.
Осредненная зональная температура (65-90° с.ш.) Зеленый цвет средняя температура за период 1979-2008 гг. На ней видно, когда происходит обычное потепления стратосферы в годовом ходе. Красный – фактически наблюдаемая температура, 2012-2013 г. (данные NOAA)
Внезапные стратосферные потепления (ВСП) остаются одним из самых драматичных событий, происходящих в атмосфере. В периоды крупнейших ВСП не только полярная, а также среднеширотная стратосфера могут прогреваться на 60° и даже более в течение примерно недели. Влияние ВСП может быть обнаружено даже в низких широтах. Связанные с этими событиями изменения термодинамического режима происходят как в мезосфере, так и тропосфере.
Природа стратосферных потеплений кроется в связи тропосферных и стратосферных динамических процессов. Достаточно четко эта связь прослеживается до высоты 30 км. Значительные по интенсивности крупномасштабные тропосферные процессы находят отражение в структуре стратосферных полей температуры, геопотенциала и ветра. Но в отличие от тропосферы, преобразования этих полей происходят за гораздо большие промежутки времени.
Для стратосферных потеплений, которые наблюдаются почти каждую зиму, характерна географическая неравномерность распределения. Их повторяемость велика в Азиатском регионе.
Внезапные стратосферные потепления сопряжены со значительными изменениями циркуляции в зимней стратосфере.
Обычно зимой над полушарием, когда приток солнечного тепла сильно ограничен (или даже отсутствует), формируется циркумполярный вихрь, центр которого мигрирует вблизи полюса. Его опоясывает струйное течение на краю полярной ночи в высоких широтах – зона сильных ветров, дующих с запада на восток. В периоды ВСП эта схема «ломается», когда сильное возмущение из тропосферы, например обширный и мощный антициклон, может быть блокирующий, распространяется вверх. Он «возмущает» струйное течение полярной ночи, заметно ослабляет западные ветры и даже может обратить их вспять. Когда это происходит, воздух в стратосфере начинает втягиваться в центр вихря и сжиматься. Вследствие сжатия происходит его разогрев, и начинается ВСП и активизация вертикальной циркуляции. На некоторое время в полярной области может установится антициклон.
Поверхность АТ-10 гПа, 04 мск 14 января 2013 г.
Первые признаки потепления в стратосфере были отмечены уже в декабре (http://www.meteoinfo.ru/anomalii-tabl3): «В верхней стратосфере на уровне АТ-10 циркуляционные условия в декабре складывались не совсем обычно.
Наметившееся в конце ноября раздвоение циркумполярного вихря привело к существенной его деформации и смещению, так что в первой декаде декабря центр циклона располагался над Гренландией. Ось глубокой стратосферной ложбины, иногда с самостоятельным центром над севером Скандинавии, была ориентирована на Западную Сибирь. Над Алеутскими о-вами при этом отмечался стратосферный антициклон, и ситуация в целом была похожа на ту, что наблюдается обычно при стратосферных потеплениях. Однако температура в приполярных районах стратосферы в октябре и ноябре была существенно ниже средних значений, и кратковременное повышение в первой половине декабря всего лишь приблизило её к норме.
Во второй декаде циклон восстановился и ещё более углубился, так что геопотенциал в его центре был примерно на 70 дам ниже нормы. Центр располагался преимущественно на севере Баренцева моря.
В третьей декаде декабря центр циклона ещё более сместился к югу, в район Новой Земли. Тенденция к потеплению сохранялась, о чём свидетельствовал стратосферный антициклон над Корейским п-овом и гребень, распространявшийся от него на север Тихого океана и Канаду. В конце декабря – начале января произошло резкое повышение температуры в приполярных районах стратосферы до экстремально высоких значений.
В экваториальной стратосфере продолжалось ослабление восточной фазы ветров квазидвухлетнего цикла».
Антициклон в зимней тропосфере – явление кратковременное и неустойчивое. Циркумполярный вихрь и западные ветры, вследствие астрономических факторов, особенностей солнечного потока и вращения Земли, постепенно восстановятся. А восточные волны, постепенно затухая, будут опускаться вниз в тропосферу, оказывая влияние на нашу погоду – отсюда все циклоны, которые в своем движении имеют тенденцию смещаться на юг, юго-запад и запад. Они блокируют теплые воздушные потоки, которые могли бы придти со стороны Атлантики, зато приносят холодный воздух из Арктики или из остывших континентальных районов.
ВСП часто, но не всегда, сопровождается такими явлениями. Во время таких событий просто возрастает повторяемость холодной погоды. Это только один из "способов" сделать погоду холодной, точнее, перераспределить области холодной и теплой погоды соответственно измененной схеме атмосферной циркуляции.
В наши дни метеорологи на основании мониторинга могут с хорошей заблаговременностью, до недели, предсказать и проследить возникновение и эволюцию ВСП и определить характер развития атмосферной циркуляции.
Более точный прогноз, который учитывает прохождение определенных погодных систем (циклонов, антициклонов, атмосферных фронтов) через определенные регионы и конкретные значения элементов погоды, дается численными моделями, как обычно.