Как внезапное стратосферное потепление повлияло на северное полушарие

При внезапных стратосферных потеплениях (ВСП) – больших метеорологических возмущениях, связанных с полярным вихрем, в котором температура полярной стратосферы повышается под воздействием ветров вокруг полюса – полярный вихрь ослабляется. ВСП также имеют глубокие атмосферные эффекты на больших расстояниях, вызывая изменения в полушарии, противоположное месту первоначального ВСП, – изменения, которые распространяются на верхнюю термосферу и ионосферу.

Ионосферные аномалии, наблюдаемые 15 сентября 2019 года над Северной Америкой. Аномалии показаны для TEC (общего содержания электронов) и выражены в процентах по сравнению со средними значениями для этого сезона. Наблюдаемое на западе США увеличение TEC на 50-80 процентов связано с внезапным стратосферным потеплением в Антарктике. Цветные области показывают смещение уровней TEC над Северной Америкой и Европой во второй половине дня; красный цвет указывает на повышение до 80 процентов по сравнению с базовыми обычными уровнями, а синий указывает на снижение до -40 процентов по сравнению с обычными уровнями. Предоставлено: Гончаренко и др.

Исследование, опубликованное 16 июля в Письма о геофизических исследованиях Лариса Гончаренко и ее коллеги из обсерватории MIT Haystack изучают влияние недавнего крупного антарктического ВСП на северное полушарие, изучая изменения, наблюдаемые в верхних слоях атмосферы над Северной Америкой и Европой.

В аномалии, вызванной SSW, изменения полюса вызывают изменения в противоположном полушарии. Эта важная межполушарная связь была идентифицирована как резкие сдвиги на высотах более 100 км – например, в измерениях полного электронного содержания (TEC), а также вариации в термосферном O / N.₂ соотношение.

ВСП чаще встречаются над Арктикой; они вызывают TEC и другие связанные аномалии в Южном полушарии, и, таким образом, было сделано больше наблюдений по этой связи. Поскольку антарктические ВСП менее распространены, существует меньше возможностей для изучения их воздействия на Северное полушарие.

Однако более высокая плотность точек наблюдения ТЕС в северном полушарии позволяет точно измерить эти аномалии верхней атмосферы, когда они действительно происходят.

В сентябре 2019 года над Антарктидой произошло экстремальное, рекордное событие ВСП. Гончаренко и его коллеги обнаружили значительные результирующие изменения в верхних слоях атмосферы в средних широтах северного полушария после этого события; Для этого региона доступно больше наблюдений, чем для Южного полушария.

Изменения были заметны не только по степени тяжести, но и потому, что они ограничены узким (20–40 градусов) диапазоном долготы, различаются между Северной Америкой и Европой и сохраняются долгое время.

На рисунке выше красные области показывают смещение уровней TEC над Северной Америкой и Европой во второй половине дня; красный цвет указывает на повышение до 80 процентов по сравнению с базовыми обычными уровнями, а синий указывает на снижение до -40 процентов по сравнению с обычными уровнями.

Этот сдвиг TEC сохранялся в течение сентября 2019 года на западе Соединенных Штатов, но был недолгим в Европе, что указывает на наличие различных механизмов.

Авторы предполагают, что изменение зональных (восточно-западных) ветров термосферы является одной из причин различий между регионами. Другой фактор – разница в углах магнитного склонения; в областях с большим склонением зональные ветры могут более эффективно переносить плазму на большую или меньшую высоту, что приводит к увеличению или уменьшению плотности плазмы.

Необходимы дополнительные исследования, чтобы определить точную степень, в которой эти факторы влияют на связь между полярными стратосферными событиями и околоземным пространством в противоположном полушарии. Эти исследования остаются проблемой, учитывая относительную редкость антарктических ВСП и скудную доступность ионосферных данных в Южном полушарии.