Климатологи ИМКЭС СО РАН исследовали эволюцию полярных вихрей за последние 85 лет

Наша планета напоминает климатический театр боевых действий, где две самые «горячие точки» – это холодные Арктика и Антарктика. Именно на этих «фронтах» формируются мощные стратосферные вихри, динамика которых напрямую влияет на температуру стратосферы, содержание озона, а также на погоду и климат высоких широт. Ученые из Института мониторинга климатических и экологических систем СО РАН изучили эволюцию этих вихрей за последние 85 лет, выявив значительное увеличение продолжительности существования антарктического полярного вихря вплоть до летних месяцев, а также усиление изменчивости арктического вихря. Исследования выполняются при поддержке РНФ (проект № 23-17-00273-П).

– Полярные вихри – это гигантские циклональные потоки воздуха, формирующиеся осенью над Северным и Южным полушариями под действием температурного градиента между тропиками и полюсом, которые подобно барьеру изолируют атмосферу внутри себя от внешних масс. Внутри вихря зимой температура резко падает, что приводит к образованию полярных стратосферных облаков, представляющих собой переохлажденную жидкость или кристаллики льда – поверхности для протекания гетерогенных реакций с высвобождением молекулярного хлора. С появлением солнечного излучения над полярным регионом запускается хлорный цикл разрушения озона, что впоследствии приводит к формированию крупных озоновых дыр Антарктики и аномалий Арктики, – рассказывает доктор физико-математических наук Екатерина Савельева, ведущий научный сотрудник лаборатории физики средней атмосферы ИМКЭС СО РАН.

Основным инструментом ученых для анализа динамики полярных вихрей стала глобальная база данных реанализа ERA5. Она содержит сведения о температуре, ветре, давлении и других параметрах атмосферы с 1940 по 2026 год, объединяя спутниковые наблюдения, наземные измерения и данные метеозондов.

Анализ этих данных показал, что в Антарктике наблюдается устойчивое усиление полярного вихря и значительное увеличение его продолжительности – не до конца весны, как это бывало раньше, а вплоть до конца декабря, первого летнего месяца в Южном полушарии. Следует отметить, что чем сильнее и стабильнее вихрь, тем дольше сохраняется низкая температура внутри него: именно это способствует формированию крупных озоновых дыр. Кроме этого, увеличившаяся активность вихря влияет на южную кольцевую моду (режим атмосферной циркуляции в Южном полушарии, во многом определяющий климат Антарктики), которая усиливает циклональность в антарктической тропосфере.

Что касается Арктики, то зародившийся в конце осени полярный вихрь обычно существует около полугода, до начала-середины весны. Однако его «поведение» все чаще напоминает поступки импульсивного подростка, которые сложно предугадать. Как пояснила Екатерина Сергеевна, выросшая изменчивость арктического вихря проявляется в том, что он стал чаще смещаться, расщепляться (в этом случае появляется два независимых друг от друга центров холода) или даже полностью разрушаться посреди зимы. Так, смещение арктического вихря вызывает резкие похолодания в средних широтах. Пример этому – случаи внезапного замерзания Ниагарского водопада.

Изменчивость полярного вихря н аходится в сложной взаимосвязи с процессами сокращения площади морского льда. Его разрушение ускоряет таяние льдов, а это, в свою очередь, ведет к повышению температуры и усилению планетарных волн Россби (крупномасштабных волнообразных движений, которые возникают в атмосфере и океанах из-за вращения нашей планеты), еще больше нарушающих стабильность арктического полярного вихря.

На полярные вихри влияет целый ряд природных явлений. Извержения вулканов нагревают тропическую и субтропическую стратосферу, увеличивая разницу температур воздуха между экватором и полюсом и усиливая сами вихри. Из-за этого в Арктике в годы крупных извержений формируются более масштабные озоновые аномалии.

Согласно проанализированным за 85 лет данным, оказалось, что период с 1940 по 1959 год характеризовался наименьшей активностью обоих вихрей. В последние годы количество выраженных аномалий еще больше увеличилось. В 2019 году наблюдалось заметное ослабление арктического и антарктического полярных вихрей, что привело к одному из самых сильных внезапных стратосферных потеплений в Антарктике. В 2020 году вихри, напротив, стали одними из самых сильных за весь предшествующий период.

– Мы выявили увеличение устойчивости и продолжительности существования антарктического вихря и нарастание изменчивости арктического; можно ожидать, что в дальнейшем эти тенденции будут только нарастать. Убежден, что впереди ученых ждет изучение большого числа интересных явлений, – подвел итог член-корреспондент РАН Владимир Зуев, зав. лабораторией физики средней атмосферы ИМКЭС СО РАН.

© Пресс-служба ТНЦ СО РАН