Преобразования полей температуры, геопотенциала и циркуляции в верхней стратосфере зимой

В начале этой главы уже отмечалось, что за последние 15 лет опубликованы результаты многих исследований причин преобразования полей температуры и геопотенциала в нижней половине стратосферы (10—30 км) и зимних потеплений. Судя по литературным источникам, постепенно находит признание идея о том, что причиной нарушения зональной циркуляции в стратосфере является главным образом осуществляющиеся в тропосфере крупномасштабные меридиональные процессы.

В некоторых новых исследованиях показано, что крупномасштабные преобразования циркуляции в тропосфере оказывают влияние на аналогичную перестройку поля температуры и геопотенциала не только нижней, но и верхней стратосферы до высот 50—60 км. В статье, например, изложены результаты подробного анализа случая преобразования полей в верхней стратосфере в январе—феврале 1966 г., причем выводы были проверены на четырех других примерах 1960—1963 гг.

К сожалению, при исследовании режима циркуляции в верхней стратосфере периоды развития процессов выбираются пока не столько с точки зрения научной целесообразности, сколько по тому, как они обеспечены данными ракетных измерений. Случай преобразования циркуляции в январе—феврале 1966 г. в отдельные дни оказался достаточно обеспеченным данными наблюдений.

Были построены карты топографии ряда поверхностей: 1 мб (около 45 км), 0,6 мб (около 53 км) и 0,3 мб (около 56 км) для 21 января, 2, 9, 10 и 17 февраля, 2 и 4 марта. Потепление в стратосфере зимой 1966 г. можно отнести к одним из интересных. На поверхности 5 мб (около 35 км) температура в центре очага повысилась до 0°С. По интенсивности процессов его можно сравнить с крупнейшими потеплениями 1958 и 1963 гг.

Характерный процесс одновременных преобразований полей геопотенциала и циркуляции в тропосфере и стратосфере до высот 50—60 км наблюдался и в декабре—январе 1967/68 г. В период с 14 декабря по 8 января в средней стратосфере произошло одно из значительных повышений температуры, зарегистрированных за последние два десятилетия. При этом под влиянием тропосферных процессов происходило почти синхронное преобразование циркуляции воздуха в большой толще атмосферы.

Рассмотрим этот случай более подробно.

В середине декабря 1967 г. над Европой произошло интенсивное вихреобразование, в связи с чем самые низкие значения геопотенциала на поверхности 300 мб наблюдались на севере Европы. Этому способствовало положение циркумполярного циклона в средней и верхней стратосфере. На всех поверхностях от средней тропосферы до высоты около 50 км (0,6 мб) центр его был смещен в сторону Европы и Атлантики.

Анализ ежедневных карт барической топографии поверхностей 500, 300, 100, 10, 5, 3 и 0,6 мб позволил установить, что в период между 14 декабря и 8 января первая значительная перестройка поля геопотенциала в тропосфере произошла между 14 и 17 декабря, когда в результате усиления меридиональности над Северной Америкой и Атлантикой в Европе развились глубокие циклоны. Поле геопотенциала H в верхней тропосфере и стратосфере в результате углубления циклонов в период между 14 и 20 декабря несколько изменилось (рис. 80 и 81).

Рис. 80. Карты AT₃₀₀ (а), АТ₁₀ (б), АТ_з (в) и АТ_0,6 (г) 14 декабря 1967 г.

Рис. 81. Карты АТ₃₀₀ (а), АТ₁₀ (б), АТ₃ (в) и АТ_0,6 (г) 20 декабря 1967 г.

После 20 декабря крупное циклоническое преобразование произошло и над Северной Америкой. В результате в тропосфере и во всей стратосфере величины Н здесь значительно уменьшились. Соответственно изменилась и структура поля на всех изобарических поверхностях. На севере Европы и Атлантики величины Н повысились, а на севере Америки, наоборот, понизились (рис. 81 и 82).

Наконец, в начале первой декады января 1968 г. началось антициклоническое меридиональное преобразование полей, которое распространилось и на приполюсные районы Арктики. Как в тропосфере, так и в стратосфере произошла изоляция циклонических систем над Евразией и Северной Америкой, а в Центральной Арктике оформилась область относительно высокого давления (рис. 83).

Рис. 82. Карты АТ₃₀₀ (а), АТ₁₀ (б), АТ₃ (в) и АТ_0,6 (г) 29 декабря 1967 г.

Рис. 83. Карты AT₃₀₀ (а), АТ₁₀ (б), АТ₃ (в) и АТ_0,6 (г) 8 января 1968 г.

Все происшедшие преобразования поля геопотенциала в период с 14 декабря по 8 января хорошо выражены в поле изаллогипс поверхности 10 мб. Подобные изменения геопотенциала 20—14, 29 20 декабря, а также 8 января — 29 декабря произошли и на поверхности 300 мб.

Однако на АТ₃₀₀, кроме основных очагов изаллогипс, хорошо выраженных на АТ₁₀, нашли отражение и те изменения Н, которые были связаны с движением и эволюцией отдельных, кратковременно существовавших барических образований. Поэтому общее число очагов изаллогипс на АТ₃₀₀ оказалось больше, чем на АТ₁₀.

Таким образом, из рассмотренного примера также следует, что повседневные изменения полей геопотенциала и циркуляции в значительной мере зависят от характера крупномасштабных процессов, развивающихся в тропосфере.

Вычисления планетарных индексов циркуляции I_м показали, что в первой половине декабря происходили отдельные, кратковременные вспышки усиления меридиональной циркуляции, которые слабо отражались даже в средней стратосфере, в частности на поверхности 10 мб.

Однако во второй половине этого месяца, особенно 24—29 декабря, величины I_м значительно превышали норму. Это характеризовало развитие интенсивных меридиональных преобразований в тропосфере, которые оказали существенное влияние на изменение структуры поля геопотенциала и циркуляции воздуха в средней и верхней стратосфере.

Мы ознакомились с одним из процессов меридионального преобразования поля геопотенциала и циркуляции воздуха, охватившего тропосферу и всю стратосферу. В последние 3—4 года аналогичные процессы преобразования поля Я, охватившие среднюю и верхнюю стратосферу, исследованы также другими авторами и получены те же выводы.