Роль аномалий температуры поверхности океана в изменчивости арктического стратосферного полярного вихря на различных временных масштабах

Настоящий проект направлен на оценку влияния крупномасштабных аномалий температуры поверхности океана (ТПО) в средних и высоких широтах Северного полушария на формирование изменчивости интенсивности стратосферного полярного вихря (ИСПВ) на различных временных масштабах. Современные исследования указывают на существенную роль стратосферной динамики в процессе формирования аномальных погодных условий в зимний период в средних широтах Северного полушария. Аномалии арктического колебания, связанные с динамикой стратосферы, распространяются в нижележащую тропосферу и прослеживаются там до двух месяцев, что определяет прогностический потенциал стратосферы на субсезонном масштабе, самом сложном временном диапазоне в практике прогнозирования. Однако, на настоящий момент нет исчерпывающего теоретического объяснения и достаточного экспериментального подтверждения механизмов опосредованного влияния океана на стратосферную динамику, в частности, на процессы формирования климатического тренда ИСПВ и ее квазидесятилетнего колебания. Таким образом, научные исследования стратосферно-тропосферного взаимодействия являются одними из наиболее актуальных среди задач в области динамики атмосферы и прогноза погоды. Факторами, влияющими на формирование аномалий ИСПВ, являются интенсивность и район вертикального распространения квазистационарных планетарных волн, что связано с граничными условиями на нижней границе атмосферы, в том числе, ТПО и площадью морских льдов. В изменчивости ТПО во внетропических широтах можно выделить сигналы, которые потенциально могут оказывать влияние на характеристики квазистационарных планетарных волн, – это квазициклические крупномасштабные аномалии ТПО, связанные с тихоокеанским десятилетним колебанием (ТДК) и атлантической мультидекадной осцилляцией (АМО), а также сигнал, связанный с процессами глобального потепления и аномалиями площади арктических морских льдов. Таким образом, основной целью проекта является определение отклика динамики квазистационарных планетарных волн на крупномасштабные аномалии ТПО во внетропической зоне Северного полушария, влияние этого отклика на динамику стратосферного полярного вихря и вклад данных процессов в формирование климатического тренда и квазидесятилетней изменчивости ИСПВ. В рамках проекта будут выполнены численные модельные эксперименты с моделью общей циркуляции атмосферы с использованием различных аномалий ТПО, связанных с ТДК и АМО, как граничных условий. Также планируется ряд экспериментов на чувствительность воспроизведения отклика динамики квазистационарных планетарных волн к пространственному разрешению модели и к различной детализации орографии. Конфигурация модели будет сформирована на платформе Isca c использованием динамического ядра атмосферной модели Лаборатории геофизической гидродинамики (GFDL, Geophysical Fluid Dynamics Laboratory, NOAA). Это позволит проанализировать отклик крупномасштабной атмосферной циркуляции как на изолированный океанический сигнал, так и на суммарное воздействие аномалий ТПО в различных районах Мирового океана во внетропических широтах Северного полушария. В проекте планируется проведение комплексного анализа как различных характеристик (амплитуда и стационарность положения гребней/ложбин) квазистационарных планетарных волн внутри зимнего сезона, так и вертикального распространения планетарных волн в средней и верхней тропосфере и нижней стратосфере на основе трехмерных потоков Пламба. В рамках проекта будет оценено формирование аномалий интенсивности стратосферного полярного вихря при различных воздействиях на нижней границе атмосферы. При оценке ИСПВ планируется использовать два различных подхода, которые позволят оценить не только ослабление/усиление арктического стратосферного полярного вихря, но и смещение центра его вращения относительно полюса. Научная новизна проекта состоит в количественных оценках вклада естественной изменчивости атмосферы и океана и процессов глобального потепления в формирование колебаний ИСПВ на различных временных масштабах, с использованием выполненных в рамках проекта численных экспериментов с моделью общей циркуляции атмосферы, сконфигурированной для решения задач проекта. Впервые будет проведен анализ взаимодействия океанических сигналов из различных районов Мирового океана, что позволит разделить процессы, формирующие климатический тренд в интенсивности стратосферного полярного вихря и процессы, формирующие квазидесятилетнее колебание. В ходе проекта будут получены результаты, имеющие высокую теоретическую значимость в области взаимодействия океана и атмосферы. Будут устранены пробелы в понимании формирования аномалий ИСПВ на различных временных масштабах. Результаты могут быть использованы для усовершенствования методов численного моделирования динамики атмосферы и развития новых подходов в области «бесшовного» прогнозирования погоды, то есть прогнозов на субсезонном временном масштабе.