книги из ГПНТБ / Гайгеров С.С. Исследование синоптических процессов в высоких слоях атмосферы

уменьшение градиентов плотности, а также сдвиг на 90° в ориен­ тации этих градиентов. Имели место сильные колебания стра­ топаузы, особенно в области сохранившегося над Арктикой по­ лярного циклона. Максимальное потепление развивалось в верхней стратосфере, но отмечены значительные колебания температуры до высот 60 км.

4. СТРАТОСФЕРНЫЕ ПОТЕПЛЕНИЯ В Н О Я Б Р Е — Д Е К А Б Р Е 1968 г.

В стратосферных потеплениях, наблюдавшихся в ноябре—де­ кабре 1968 г., было много общего с только что рассмотренным примером. Сходство заключалось в необычно раннем наступлении

Ноябрь Декабрь

Рис. 84. Временной разрез атмосферы над Волгогра­ дом, ноябрь—декабрь 1968 г.

процессов, связанных со стратосферным потеплением, и в большой интенсивности сопутствующих явлений. Отличие было в том, что возмущение поля температуры зимой 1968-69 г., по-видимому, ох­

температуры, носившие волнообразный характер (рис. 84). При этом потепление, отмечавшееся в конце ноября, сопровождалось образованием необычно больших горизонтальных барических гра­ диентов. По данным ракетного зондирования 22 ноября 1968 г. скорость ветра на уровне 50 км превышала 200 м/с. Судя по дан­ ным ракетных наблюдений 27 и 29 ноября, еще более бурные про­ цессы развивались в мезосфере, где изменения температуры на

ния, так как в самом начале зимы подобные температурные вариа­ ции еще не отмечались.

Синоптическое положение, представленное на карте за 20 де­ кабря 1968 г., соответствует периоду, когда потепление в районе

стратосфере еще в начале зимы получил весьма интенсивное раз­ витие. Североамериканская и азиатская ложбины распространи­ лись далеко на юг, при этом над Тихим океаном на поверхности 2 мб имел место самостоятельный циклонический центр. Одновре­ менно происходило развитие и распространение на север алеут­ ского антициклона, что обусловило сдвиг центра полярного циклона

в европейский сектор Арктики. При этом под влиянием продвиже­ ния алеутского антициклона на север циркумполярный циклон оказался на грани превращения в биполярное образование. Как известно, двухцентровое образование — обычная форма моди­ фикации циркумполярного циклона в средней и нижней страто­ сфере— наблюдается сравнительно редко в верхней стратосфере и нижней мезосфере в связи с наклоном вертикальных осей бари­ ческих образований. Следует отметить, что сдвиг центра зимнего

циклонического вихря обусловил необычное увеличение горизон­ тальных барических градиентов над Западной Европой. Скорость западного ветра над Берлином 20 декабря 1968 г. вблизи поверх­ ности 2 мб достигала 200 м/с (см. рис. 85).

Как видно на временном разрезе для района Волгограда (см. рис. 84), в результате потепления произошло уменьшение верти­ кальных и горизонтальных температурных и барических градиен­ тов и уменьшение скорости западного ветра. Однако перестройка термобарического поля, обращение вертикального градиента и по­ явление восточных ветров не отмечались. 23—25 декабря выше 40 км значительно понизилась температура и усилился западный перенос.

Как видно на приведенной выше карте (рис. 85), меридиональность в верхней стратосфере преобладала над севером Тихого

океана, на востоке Азии, над Канадой, в то время как над осталь­ ными районами северного полушария господствовали зональные крупномасштабные процессы. Поэтому интересно проследить вре­ менной ход температуры в высоких слоях атмосферы над Аляской. Судя по данным ракетно-гранатного зондирования в Барроу (Аляска), приведенным в статье [424], во второй половине декабря 1968 г. происходило некоторое похолодание в стратосфере и повы­ шение температуры в мезосфере (рис. 86). В первой половине ян­ варя 1969 г. наблюдалось потепление вблизи стратопаузы и в ме­ зосфере, сменившееся в конце месяца похолоданием. Во второй половине января и в начале февраля началось довольно сильное потепление в стратосфере. Таким образом, сильное среднезимнее стратомезосферное потепление на севере Американского конти­ нента развивалось сходно с тем потеплением, которое отмечалось по данным зондирования в Волгограде в ноябре—декабре.

5. СЕРИЯ ПОТЕПЛЕНИИ В Я Н В А Р Е - М А Р Т Е 1969 г.

В период с 13 января по 22 февраля 1969 г. на о. Хейса было проведено 30 пусков метеорологических ракет М-100. Такая про­ должительная серия учащенных наблюдений была осуществлена на этой станции впервые. На рис. 87 представлен временной вер­ тикальный разрез за период с 8 января по 15 марта 1969 г. В те­ чение всего периода в стратосфере и мезосфере, судя по рис. 87, развивались бурные процессы с резкими колебаниями темпера­ туры, сопровождавшимися очень сильными ветрами. Анализ вер­ тикального разреза в пределах стратосферы и нижней мезосферы не вызывал затруднений, однако положение изотерм в верхней части мезосферы надо рассматривать как приближенное, поскольку при отсутствии данных о ветре не было возможности сопоставить колебания температуры и особенности циркуляции. Изменения температуры были так велики, что, в отличие от других приведен­ ных выше разрезов, изолинии на рис. 87 пришлось провести не че­ рез 10° С, а через 20° С.

Учащенные ракетные наблюдения зарегистрировали серию сильных изменений температуры в слое 30—50 км, которые со­ стояли из трех чередующихся потеплений и похолоданий. В ре­ зультате похолоданий устанавливались довольно низкие средние температуры в указанном диапазоне высот, а стратопауза размы­ валась. С середины января, когда температуры в верхней страто­ сфере были особенно низкими, основная стратопауза, по-видимому, располагалась выше 60 км. В слое 50—80 км можно отметить бо­ лее трех потеплений и три хорошо выраженных похолодания.

Преимущественно южные ветры в верхней стратосфере, дости­ гавшие скорости 100—150 м/с, и правое вращение ветра с высотой свидетельствовали о мощной адвекции тепла. Сильное стратосфер­ ное потепление, последовавшее 26—28 января 1969 г., обусловило резкое возрастание температуры и такое же резкое опускание стра­ топаузы с высоты 55 до 40 км. 2—5 февраля потепление достигло

Н км

sol -"ЛЛ

Рис. 87. Временной разрез атмосферы над о. Хейса, 8 января—15 марта 1969

максимального развития: температуры на высоте 40 км превысили 20° С.

Как видно на рис. 87, потепление в стратосфере происходило почти одновременно с похолоданием в мезосфере. После кульми­ нации в развитии стратосферного потепления имело место ослаб­ ление ветра в верхней стратосфере. По данным остальной части серии при более редких наблюдениях (через 1—2 суток) удается проследить обратный процесс — похолодания в стратосфере и по­ тепления в мезосфере и затем повторение нисходящей фазы по­ тепления с опусканием стратопаузы до высоты 40 км при одновре­ менном похолодании в мезосфере.

сенним потеплением, так как после нового похолодания, продол­ жавшегося до 26 марта, началось сравнительно медленное потеп­ ление нижней стратосферы с переходом ветра на восточные на­ правления.

Материалы наблюдений на о. Хейса подтверждаются также данными ракетно-гранатного зондирования в Барроу (см. рис. 86), отметившими в период с конца декабря 1968 г. до начала февраля 1969 г. большую изменчивость температуры в слое 35—90 км. Ри­ сунок 88 дает представление о характере синоптических процессов

Был развит тихоокеанский антициклон, имевший двухцентровую структуру и ориентированный от Чукотки на Калифорнию. Центр полярного циклона был смещен на Гренландию. Большие бариче­ ские градиенты над Центральной Арктикой при асимметричном положении областей тепла и холода объясняют чередующиеся потепления и похолодания над о. Хейса. 3 февраля 1969 г. на по­ верхности 5 мб адвекция тепла с Атлантического океана осущест­ влялась на Европу. На поверхности 2 мб по восточной пери­ ферии циклона теплый воздух распространялся на Центральную Арктику.

Таким образом, рассмотренная серия чередующихся потеплений и похолоданий иллюстрирует чрезвычайно большую изменчивость поля температуры (и ветра), наблюдающуюся в верхней страто­

Рис. 88. Карта АТ2 за 3 февраля 1969 г.

6. СТРАТОСФЕРНЫЕ ПОТЕПЛЕНИЯ И СОЛНЕЧНО-КОРПУСКУЛЯРНЫЕ ЭФФЕКТЫ

При синоптическом рассмотрении потеплений в стратомезосфере мы не касались возможных солнечно-корпускулярных влия­ ний на развитие потеплений. Судя по ряду работ, стратосферные потепления не находятся в непосредственной связи с солнечной активностью (см., например, [65, 66, 173]). Однако в последнее время исследованиям связей Солнце—атмосфера уделяется возрос­ шее внимание [152, 209, 19], и, по-видимому, уместно остановиться на некоторых работах.

Для больших высот выяснение таких зависимостей связей затруднено весьма редкой сетью станций, кратковременностью ря­ дов наблюдений, недостаточной точностью измерений и т. д. Тем не

менее в литературе приводились, например, указания на связь между летней температурой в районе мезопаузы и в верхней мезо­ сфере и циклом солнечной активности [309].

Возможно, что сильные мезосферные потепления связаны с бо­ лее высокими слоями, которые быстро реагируют на непосредст­ венные влияния излучений Солнца, однако это нельзя считать ус­ тановленным фактом. Так, например, совместный анализ темпе­ ратуры и ветра во время зимних потеплений, с одной стороны, и

хорошие совпадения лишь в случае сильного мезосферного потеп­ ления, отмеченного в районе Волгограда в январе 1967 г. [320, 340].

В работе В. И. Бекорюкова [14] сопоставлены изменения дав­ ления по данным радиозондовых и ракетных наблюдений с момен­ тами начала геомагнитно-возмущенных периодов для четырех стратосферных потеплений. Изменения давления отмечались одно­ временно с геомагнитным возмущением или с запаздыванием на сутки.

Эти интересные данные еще не служат доказательством того, что причиной стратосферных потеплений являются геомагнитные возмущения, которые отмечаются по нескольку раз каждый месяц, тогда как стратосферные потепления осуществляются от одного до нескольких раз в год зимой и весной. Возможные связи колебаний давления в мезосфере с геомагнитными возмущениями находят, однако, некоторое экспериментальное подтверждение. При измере­ нии корпускулярного излучения с помощью ракет на о. Хейса уда­ лось установить довольно тесную связь между колебаниями интен­ сивности корпускулярных потоков (и поглощения радиоволн) и давления в мезосфере (427]. Однако по имеющимся оценкам общий поток энергии, освобождаемой корпускулами, на мезосферных вы­ сотах незначителен, а корпускулярные высыпающие частицы едва ли влияют на вариации термодинамических параметров. Как пред­ полагают авторы, объяснение заключается в воздействии этих ис­ точников на неустойчивое состояние атмосферы, когда даже незна­ чительные вклады могут привести к значительным изменениям этих параметров [427, 428].

Г. А. Кокиным и И. Н. Ивановой недавно опубликованы данные об очень сильных колебаниях температуры нижней термосферы в районе станции Волгоград в сентябре—октябре 1971 г. [321]. Ав­ торы связывают указанные колебания температуры с отмечав­ шимися геомагнитными возмущениями, которые совпадали с се­ рией вспышек на Солнце. Рассмотренный случай нельзя отнести к сильным стратосферным и стратомезосферным потеплениям, ко­ торые рассмотрены в этой главе. Однако он интересен тем, что при малых колебаниях температуры в стратосфере, обычных в сен­

в ы в о д ы

Приведенные в этой главе примеры зимних синоптических про­

ров и ветра. В отдельных случаях потепления отмечались в стра­ тосфере или мезосфере или охватывали стратосферу и мезосферу. Представленные здесь данные иллюстрируют, кроме того, пре­ имущественное расположение синхронных температурных измене­ ний с разными знаками в смежных «сферах» (потепление в стра­ тосфере, похолодание в мезосфере и т. д.). Ранее считалось, что потепления имеют место в середине зимы, чаще в ее второй поло­ вине. Январь и февраль выбирались как периоды для учащенных ракетных зондирований с целью исследования этих явлений. Здесь мы привели два примера, когда потепления отмечались в декабре и даже в ноябре.

Исследуя в свое время стратосферные потепления в нижней стратосфере, мы обращались к построению траекторий по еже­ дневным последовательным картам. Для нижней стратосферы это были траектории возвращающегося арктического воздуха, прохо­ дящего через тропики или субтропики и характеризующегося боль­ шим содержанием озона [51, 53]. К сожалению, из-за отсутствия последовательных карт для соответствующих уровней нет возмож­ ности проследить траектории воздуха в верхней стратосфере и нижней мезосфере. Однако, судя по имеющимся картам, можно сделать вывод, что потепления и перестройки происходят в усло­ виях хорошо выраженной меридиональности, создающейся лож­ бинами стратомезосферного циклона.

над Северной Америкой, которая обеспечивает адвекцию теплого воздуха по ее восточной периферии из тропиков.

При устойчивом положении указанной ложбины по восточной периферии на север может выноситься возвращающийся арктиче­ ский воздух. По оценкам В. И. Бекорюкова, учитывавшего адиа­ батическое, адвективное нагревание и трансформацию функции озонного нагревания, обусловленную нисходящими потоками, при подобной схеме могут осуществляться стратосферные потепле­ ния [12].

Таким образом, синоптические условия возникновения потепле­ ний в верхней стратосфере и нижней мезосфере, по-видимому, близки к аналогичным условиям для нижней стратосферы, за ис­ ключением большей скорости потоков, значительного преоблада­ ния устойчивых циркуляционных образований, меньшего числа замкнутых систем.

Важная особенность, которая следует из приведенных карт высоких уровней, заключается в том, что во многих случаях экви­ валентом алеутского антициклона является сибирский стратосфер­ ный антициклон. Из имеющихся довольно ограниченных материа-