Український антарктичний журнал

Том 20 № 1(24) (2022): Український антарктичний журнал
Articles

Спектр планетарних хвиль над Антарктикою за різних умов полярного вихору у 2019 і 2020 роках на основі даних загального вмісту озону

PDF (English)
  • А. Грицай,
  • Г. Міліневський,
  • Ю. Андрієнко,
  • А. Клекочук,
  • Ю. Рапопорт,
  • О. Іваніга
А. Грицай
Київський національний університет імені Тараса Шевченка, м. Київ, 01601, Україна
Г. Міліневський
Київський національний університет імені Тараса Шевченка, м. Київ, 01601, Україна; Коледж фізики, Міжнародний центр науки майбутнього, Університет Цзілінь, м. Чанчунь, 130012, Китай; Державна установа Національний антарктичний науковий центр, МОН України, м. Київ, 01601, Україна
Ю. Андрієнко
Київський національний університет імені Тараса Шевченка, м. Київ, 01601, Україна
А. Клекочук
Антарктична кліматична програма, Австралійський антарктичний відділ, м. Кінгстон, 7050, Австралія; Фізичний факультет Університету Аделаїди, м. Аделаїда, 5005, Австралія
Ю. Рапопорт
Київський національний університет імені Тараса Шевченка, м. Київ, 01601, Україна; Центр космічної радіодіагностики Вармінсько-Мазурського університету в Ольштині, м. Ольштин, 10-719, Польща
О. Іваніга
Київський національний університет імені Тараса Шевченка, м. Київ, 01601, Україна; Державна установа Національний антарктичний науковий центр, МОН України, м. Київ, 01601, Україна
DOI: https://doi.org/10.33275/1727-7485.1.2022.687
Опубліковано August 4, 2022
Ключові слова
  • загальний вміст озону,
  • зональні хвильові числа,
  • квазістаціонарна хвиля,
  • озонова діра,
  • планетарна хвиля
Як цитувати
Грицай, А., Міліневський, Г., Андрієнко, Ю., Клекочук, А., Рапопорт, Ю., & Іваніга, О. (2022). Спектр планетарних хвиль над Антарктикою за різних умов полярного вихору у 2019 і 2020 роках на основі даних загального вмісту озону. Український антарктичний журнал, 20(1(24), 31-43. https://doi.org/10.33275/1727-7485.1.2022.687

Авторське право (c) 2022 Український антарктичний журнал

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

Анотація

У статті проаналізовано спектр за зональними хвильовими числами планетарних хвиль (хвиль Россбі) в атмосфері над Антарктикою для кожного із двох контрастних років: у 2019 році, коли відбулося раптове стратосферне потепління (РСП), і в 2020 році, коли антарктичний стратосферний вихор був надзвичайно стійким і тривалим. Озонова діра утворюється над Антарктидою навесні, і її стан залежить від збурень стратосферного полярного вихору планетарними хвилями (ПХ). В аналізі використовуються дані про розподіл загального вмісту озону (ЗВО), отримані приладом Ozone Monitoring Instrument на супутнику Aura, та наземні вимірювання зі спектрофотометром Добсона на станції «Академік Вернадський» в Антарктиці. РСП 2019 року дуже змістило полярний вихор від полюса і сприяло руйнуванню озонової діри. РСП виникло під час піку активності квазістаціонарної планетарної хвилі-1, яка була підсилена в момент потепління великою амплітудою біжучої хвилі-2. Навесні 2020 року стратосферний полярний вихор був відносно незбуреним, що дозволило площі озонової діри досягти розміру, близького до свого історичного максимуму. Фактором, який сприяв стабільності вихору у 2020 році, була відносно мала амплітуда хвилі-1. Стабільність зберігалася, незважаючи на регулярні періоди, коли амплітуда біжучої хвилі-2 досягала або навіть перевищувала значення під час РСП у 2019 році. Ми виявили, що фактором, який сприяє відмінності між хвильовими ефектами за два роки, є динаміка квазістаціонарної хвилі-1. У 2020 році чітко спостерігалася антикореляція амплітуд хвилі-1 і хвилі-2 біля краю вихору, що може бути викликано передачею енергії планетарної хвилі між різними спектральними компонентами ПХ, на відміну від ситуації 2019 року.

PDF (English)

Посилання

  1. Allen, D. R., Bevilacqua, R. M., Nedoluha, G. E., Randall, C. E., & Manney, G. L. (2003). Unusual stratospheric transport and mixing during the 2002 Antarctic winter. Geophysical Research Letters, 30(12). https://doi.org/10.1029/2003GL017117
  2. Anstey, J. A., Banyard, T. P., Butchart, N., Coy, L., Newman, P. A., Osprey, S., & Wright, C. J. (2021). Prospect of increased disruption to the QBO in a changing climate. Geophysical Research Letters, 48(15), e2021GL093058. https://doi.org/10.1029/2021GL093058
  3. Baldwin, M. P., & Dunkerton, T. J. (1998). Quasi-biennial modulation of the southern hemisphere stratospheric polar vortex. Geophysical Research Letters, 25(17), 3343—3346. https://doi.org/10.1029/98GL02445
  4. Baldwin, M. P., Ayarzagüena, B., Birner, T., Butchart, N., Butler, A. H., Charlton-Perez, A. J., Domeisen, D. I. V., Garfinkel, C. I., Garny, H., Gerber, E. P., Hegglin, M. I., Langematz, U., & Pedatella, N. M. (2021). Sudden stratospheric warmings. Reviews of Geophysics, 59(1), e2020RG000708. https://doi.org/10.1029/2020RG000708
  5. Bodeker, G. E., & Kremser, S. (2021). Indicators of Antarctic ozone depletion: 1979 to 2019. Atmospheric Chemistry and Physics, 21(7), 5289—5300. https://doi.org/10.5194/acp-21-5289-2021
  6. Butler, A. H., & Gerber, E. P. (2018). Optimizing the definition of a Sudden Stratospheric Warming. Journal of Climate, 31(6), 2337—2344. https://doi.org/10.1175/JCLI-D-17-0648.1
  7. Butler, A. H., & Domeisen, D. I. V. (2021). The wave geometry of final stratospheric warming events. Weather and Climate Dynamics, 2, 453—474. https://doi.org/10.5194/wcd-2-453-2021
  8. Butler, A. H., Sjoberg, J. P., Seidel, D. J., & Rosenlof, K. H. (2017). A sudden stratospheric warming compendium. Earth System Science Data, 9(1), 63—76. https://doi.org/10.5194/essd-9-63-2017
  9. Charlton, A. J., & Polvani, L. M. (2007). A new look at stratospheric sudden warmings. Part I: Climatology and modeling benchmarks. Journal of Climate, 20(3), 449—469. https://doi.org/10.1175/JCLI3996.1
  10. Dennison, F., McDonald, A., & Morgenstern, O. (2017). The evolution of zonally asymmetric austral ozone in a chemistry—climate model. Atmospheric Chemistry and Physics, 17, 14075—14084. https://doi.org/10.5194/acp-17-14075-2017
  11. Domeisen, D. I., Garfinkel, C. I., & Butler, A. H. (2019). The teleconnection of El Niño Southern Oscillation to the stratosphere. Reviews of Geophysics, 57(1), 5—47. https://doi.org/10.1029/2018RG000596
  12. Evtushevsky, O. M., Grytsai, A. V., & Milinevsky, G. P. (2019). Decadal changes in the central tropical Pacific teleconnection to the Southern Hemisphere extratropics. Climate Dynamics, 52(7—8), 4027—4055. https://doi.org/10.1007/s00382-018-4354-5
  13. Grytsai, A. V. (2011). Planetary wave peculiarities in Antarctic ozone distribution during 1979—2008. International Journal of Remote Sensing, 32(11), 3139—3151. https://doi.org/10.1080/01431161.2010.541518
  14. Grytsai, A. V., Evtushevsky, O. M., Agapitov, O. V., Klekociuk, A. R., & Milinevsky, G. P. (2007a). Structure and long-term change in the zonal asymmetry in Antarctic total ozone during spring. Annales Geophysicae, 25(2), 361—374. https://doi.org/10.5194/angeo-25-361-2007
  15. Grytsai, A., Evtushevsky, A., Milinevsky, G., & Agapitov, A. (2007b). Longitudinal position of the quasi-stationary wave extremes over the Antarctic region from the TOMS total ozone. International Journal of Remote Sensing, 28(6), 1391—1396. https://doi.org/10.1080/01431160600768021
  16. Grytsai, A. V., Evtushevsky, O. M., & Milinevsky, G. P. (2008). Anomalous quasi-stationary planetary waves over the Antarctic region in 1988 and 2002. Annales Geophysicae, 26(5), 1101—1108. https://doi.org/10.5194/angeo-26-1101-2008
  17. Grytsai, A., Klekociuk, A., Milinevsky, G., Evtushevsky, O., & Stone, K. (2017). Evolution of the eastward shift in the quasistationary minimum of the Antarctic total ozone column. Atmospheric Chemistry and Physics, 17, 1741—1758. https://doi.org/10.5194/acp-17-1741-2017
  18. Grytsai, A. V., Milinevsky, G. P., & Ivaniga, O. I. (2018). Total ozone over Vernadsky Antarctic station: ground-based and satellite measurements. Ukrainian Antarctic Journal, 1(17), 65—72. https://doi.org/10.33275/1727-7485.1(17).2018.33
  19. Ialongo, I., Sofieva, V., Kalakoski, N., Tamminen, J., & Kyrölä, E. (2012). Ozone zonal asymmetry and planetary wave characterization during Antarctic spring. Atmospheric Chemistry and Physics, 12(5), 2603—2614. https://doi.org/10.5194/acp-12-2603-2012
  20. Kanzawa, H., & Kawaguchi, S. (1990). Large stratospheric sudden warming in Antarctic late winter and shallow ozone hole in 1988. Geophysical Research Letters, 17(1), 77—80. https://doi.org/10.1029%2FGL017i001p00077
  21. Klekociuk, A. R., Tully, M. B., Krummel, P. B., Evtushevsky, O., Kravchenko, V., Henderson, S.I., Alexander, S.P., Querel, R. R., Nichol, S., Smale, D., Milinevsky, G. P., Grytsai, A., Fraser, P. J., Xiangdong, Zh., Gies, H. P., Schofield, R., & Shanklin, J. D. (2019). The Antarctic ozone hole during 2017. Journal of Southern Hemisphere Earth Systems Science, 69(1), 29—51. https://doi.org/10.1071/ES19019
  22. Klekociuk, A. R., Tully, M. B., Krummel, P. B., Henderson, S. I., Smale, D., Querel, R., Nichol, S., Alexander, S. P., Fraser, P. J., & Nedoluha, G. (2021). The Antarctic ozone hole during 2018 and 2019. Journal of Southern Hemisphere Earth Systems Science, 71(1), 66—91. https://doi.org/10.1071/ES20010
  23. Klekociuk, A. R., Tully, M. B., Krummel, P. B., Henderson, S. I., Smale, D., Querel, R., Nichol, S., Alexander, S. P., Fraser, P. J., & Nedoluha, G. (2022). The Antarctic ozone hole during 2020. Journal of Southern Hemisphere Earth Systems Science, 72(1), 19—37. https://doi.org/10.1071/ES21015
  24. Lecouffe, A., Godin-Beekmann, S., Pazmiño, A., & Hauchecorne, A. (2022). Evolution of the intensity and duration of the Southern Hemisphere stratospheric polar vortex edge for the period 1979—2020. Atmospheric Chemistry and Physics, 22(6), 4187—4200. https://doi.org/10.5194/acp-22-4187-2022
  25. Levelt, P. F., Joiner, J., Tamminen, J., Veefkind, J. P., Bhartia, P. K., Zweers D. C. S., Duncan, B. N., Streets, D. G., Eskes, H., van der A, R., McLinden, C., Fioletov, V., Carn, S., de Laat, J., DeLand, M., Marchenko, S., McPeters, R., Ziemke, J., Fu, D., ... & Wargan, K. (2018). The Ozone Monitoring Instrument: overview of 14 years in space. Atmospheric Chemistry and Physics, 18(8), 5699—5745. https://doi.org/10.5194/acp-18-5699-2018
  26. Lim, E.-P., Hendon, H. H., Butler, A. H., Thompson, D. W. J., Lawrence, Z. D., Scaife, A. A., Shepherd, T. G., Polichtchouk, I., Nakamura, H., Kobayashi, C., Comer, R., Coy, l., Dowdy, A., Garreaud, R. G., Newman, P., & Wang, G. (2021). The 2019 Southern Hemisphere Stratospheric Polar Vortex Weakening and Its Impacts. Bulletin of the American Meteorological Society, 102(6), E1150—E1171. https://doi.org/10.1175/BAMS-D-20-0112.1
  27. Liu, G., Hirooka, T., Eguchi, N., & Krüger, K. (2022). Dynamical evolution of a minor sudden stratospheric warming in the Southern Hemisphere in 2019. Atmospheric Chemistry and Physics, 22(5), 3493—3505. https://doi.org/10.5194/acp-22-3493-2022
  28. Milinevsky, G., Evtushevsky, O., Klekociuk, A., Wang, Y., Gry tsai, A., Shulga, V., & Ivaniha, O. (2020). Early indications of anomalous behaviour in the 2019 spring ozone hole over Antarctica. International Journal of Remote Sensing, 41 (19), 7530–7540. https://doi.org/10.1080/2150704X.2020.1763497
  29. Randel, W. J. (1988). The seasonal evolution of planetary waves in the southern hemisphere stratosphere and troposphere. Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society, 114(484), 1385—1409. https://doi.org/10.1002/qj.49711448403
  30. Rao, J., Garfinkel, C. I., White, I. P., & Schwartz, C. (2020). The Southern Hemisphere minor sudden stratospheric warming in September 2019 and its predictions in S2S models. Journal of Geophysical Research — Atmospheres, 125(14), e2020JD032723. https://doi.org/10.1029/2020JD032723
  31. Roy, R., Kuttippurath, J., Lefèvre, F., Raj, S., & Kumar, P. (2022). The sudden stratospheric warming and chemical ozone loss in the Antarctic winter 2019: comparison with the winters of 1988 and 2002. Theoretical and Applied Climatology, 149, 119—130. https://doi.org/10.1007/s00704-022-04031-6
  32. Smale, D., Strahan, S. E., Querel, R., Frieß, U., Nedoluha, G. E., Nichol, S. E., Robinson, J., Boyd, I., Kotkamp, M., Gomez, R. M., Murphy, M., Tran, H., & Mc Gaw, J. (2021). Evolution of observed ozone, trace gases, and meteorological variables over Arrival Heights, Antarctica (77.8° S, 166.7° E) during the 2019 Antarctic stratospheric sudden warming. Tellus B: Chemical and Physical Meteorology, 73(1), 1—18. https://doi.org/10.1080/16000889.2021.1933783
  33. Stone, K. A., Solomon, S., Kinnison, D. E., & Mills, M. J. (2021). On recent large Antarctic ozone holes and ozone recovery metrics. Geophysical Research Letters, 48(22), e2021GL095232. https://doi.org/10.1029/2021GL095232
  34. Tyrrell, N. L., Koskentausta, J. M., & Karpechko, A. Yu. (2022). Sudden stratospheric warmings during El Niño and La Niña: sensitivity to atmospheric model biases. Weather and Climate Dynamics, 3, 45—58. https://doi.org/10.5194/wcd-3-45-2022
  35. Varotsos, C. (2002). The Southern Hemisphere ozone hole split in 2002. Environmental Science and Pollution Research, 9(6), 375—376. https://doi.org/10.1007/BF02987584
  36. Varotsos, C. (2003). What is the lesson from the unprecedented event over Antarctica in 2002? Environmental Science and Pollution Research, 10(2), 80—81. https://doi.org/10.1007/BF02980093
  37. 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. (2020). September 2019 Antarctic sudden stratospheric warming: Quasi-6-day wave burst and ionospheric effects. Geophysical Research Letters, 47(1), e2019GL086577. https://doi.org/10.1029/2019GL086577
  38. Zhang, C., Grytsai, A., Evtushevsky, O., Milinevsky, G., An drienko, Y., Shulga, V., Klekociuk, A., Rapoport, Y., & Han, W. (2022). Rossby waves in total ozone over the Arctic in 2000—2021. Remote Sensing, 14(9), 2192. https://doi.org/10.3390/rs14092192
  39. Zhang, Y., Li, J., & Zhou, L. (2017). The relationship between polar vortex and ozone depletion in the Antarctic stratosphere during the period 1979—2016. Advances in Meteorology, ID 3078079. https://doi.org/10.1155/2017/3078079