Analysis of the Arctic polar vortex dynamics during the sudden stratospheric warming in January 2009

The Arctic polar vortex is often affected by wave activity during its life cycle. The planetary Rossby waves propagating from the troposphere to the stratosphere occasionally lead to the displacement or splitting of the polar vortex, accompanied by sudden stratospheric warming (SSW). In January 2009...

Full description

Bibliographic Details
Published in:Arctic and Antarctic Research
Main Authors: V. Zuev V., E. Savelieva S., A. Pavlinsky V., В. Зуев В., Е. Савельева С., А. Павлинский В.
Other Authors: This work was supported by the State contract no. 121031300156-5., Исследование выполнено в рамках госбюджетной темы № 121031300156-5.
Format: Article in Journal/Newspaper
Language:Russian
Published: Государственный научный центр Российской Федерации Арктический и антарктический научно-исследовательский институт 2021
Subjects:
geopotential
ozone depletion
polar stratosphere
polar vortex
sudden stratospheric warming
внезапное стратосферное потепление
геопотенциал
озоновая аномалия
полярный вихрь
полярная стратосфера
Arctic
Online Access:https://www.aaresearch.science/jour/article/view/351
https://doi.org/10.30758/0555-2648-2021-67-2-134-146
id ftjaaresearch:oai:oai.aari.elpub.ru:article/351
record_format openpolar
institution Open Polar
collection Arctic and Antarctic Research (E-Journal)
op_collection_id ftjaaresearch
language Russian
topic geopotential
ozone depletion
polar stratosphere
polar vortex
sudden stratospheric warming
внезапное стратосферное потепление
геопотенциал
озоновая аномалия
полярный вихрь
полярная стратосфера
spellingShingle geopotential
ozone depletion
polar stratosphere
polar vortex
sudden stratospheric warming
внезапное стратосферное потепление
геопотенциал
озоновая аномалия
полярный вихрь
полярная стратосфера
V. Zuev V.
E. Savelieva S.
A. Pavlinsky V.
В. Зуев В.
Е. Савельева С.
А. Павлинский В.
Analysis of the Arctic polar vortex dynamics during the sudden stratospheric warming in January 2009
topic_facet geopotential
ozone depletion
polar stratosphere
polar vortex
sudden stratospheric warming
внезапное стратосферное потепление
геопотенциал
озоновая аномалия
полярный вихрь
полярная стратосфера
description The Arctic polar vortex is often affected by wave activity during its life cycle. The planetary Rossby waves propagating from the troposphere to the stratosphere occasionally lead to the displacement or splitting of the polar vortex, accompanied by sudden stratospheric warming (SSW). In January 2009, one of the largest SSWs was observed in the Arctic. In this work, the dynamics of the polar vortex during the 2009 SSW is considered using a new method that allows one to estimate the vortex area, the wind speed at the vortex edge, the mean temperature and ozone mass mixing ratio inside the vortex, based on the fact that the Arctic vortex edge at the 50 and 10 hPa pressure levels is determined by the geopotential values, respectively, 19.5. 104 and 29.5. 104 m2 /s2 , using the ERA5 reanalysis data. The application of this method is justified for the Arctic polar vortex, which is characterized by significant variability, especially during the period of its splitting. The splitting of the polar vortex in 2009 was observed on January 24 and 28, respectively, in the middle and lower stratosphere. About a week after the splitting, the vortices became closer in characteristics to small cyclones, which completely collapsed within 1–3 weeks. The influence of planetary wave activity on the polar vortex does not always lead to its breakdown. Short-term splitting of the polar vortex is sometimes observed for several days after which the polar vortex strengthens again and PSCs form inside the vortex. Such a recovery of the polar vortex is most likely to occur in the winter. Based on the analysis of the dynamics of the Arctic polar vortex for 1979–2020 and using the example of the 2009 SSW, we showed that when the vortex area decreases to less than 10 million km2 and the mean wind speed at the vortex edge decreases below 30 and 45 m/s, respectively, in the lower and middle stratosphere, the polar vortex becomes a small cyclone (with significantly higher temperatures within it), which usually collapses within 3 weeks. Арктический полярный вихрь во время своего жизненного цикла часто подвергается воздействию волновой активности. Распространяющиеся из тропосферы в стратосферу планетарные волны Россби эпизодически приводят к смещению или расщеплению полярного вихря, сопровождающемуся внезапным стратосферным потеплением (ВСП). В январе 2009 г. наблюдалось одно из сильнейших ВСП за весь период наблюдений в Арктике. В данной работе динамика полярного вихря во время ВСП 2009 г. рассмотрена с использованием нового метода, позволяющего определить площадь вихря и скорость ветра по границе вихря, а также оценить средние значения температуры и массового отношения смеси озона внутри вихря на основе данных реанализа ERA5. На основе анализа динамики арктического полярного вихря за 42 года и на примере ВСП 2009 г. показано, что, как правило, при снижении площади вихря менее 10 млн км2 и уменьшении средней скорости ветра по границе вихря ниже 30 и 45 м/с соответственно в нижней и средней стратосфере полярный вихрь становится небольшим циклоном, который полностью разрушается в течение 1–3 недель.
author2 This work was supported by the State contract no. 121031300156-5.
Исследование выполнено в рамках госбюджетной темы № 121031300156-5.
format Article in Journal/Newspaper
author V. Zuev V.
E. Savelieva S.
A. Pavlinsky V.
В. Зуев В.
Е. Савельева С.
А. Павлинский В.
author_facet V. Zuev V.
E. Savelieva S.
A. Pavlinsky V.
В. Зуев В.
Е. Савельева С.
А. Павлинский В.
author_sort V. Zuev V.
title Analysis of the Arctic polar vortex dynamics during the sudden stratospheric warming in January 2009
title_short Analysis of the Arctic polar vortex dynamics during the sudden stratospheric warming in January 2009
title_full Analysis of the Arctic polar vortex dynamics during the sudden stratospheric warming in January 2009
title_fullStr Analysis of the Arctic polar vortex dynamics during the sudden stratospheric warming in January 2009
title_full_unstemmed Analysis of the Arctic polar vortex dynamics during the sudden stratospheric warming in January 2009
title_sort analysis of the arctic polar vortex dynamics during the sudden stratospheric warming in january 2009
publisher Государственный научный центр Российской Федерации Арктический и антарктический научно-исследовательский институт
publishDate 2021
url https://www.aaresearch.science/jour/article/view/351
https://doi.org/10.30758/0555-2648-2021-67-2-134-146
geographic Arctic
geographic_facet Arctic
genre Arctic
Arctic
genre_facet Arctic
Arctic
op_source Arctic and Antarctic Research; Том 67, № 2 (2021); 134-146
Проблемы Арктики и Антарктики; Том 67, № 2 (2021); 134-146
2618-6713
0555-2648
10.30758/0555-2648-2021-67-2
op_relation https://www.aaresearch.science/jour/article/view/351/199
Waugh D.W., Randel W.J. Climatology of Arctic and Antarctic polar vortices using elliptical diagnostics // J. Atmos. Sci. 1999. V. 56. № 11. P. 1594–1613.
Waugh D.W., Polvani L.M. Stratospheric polar vortices // The Stratosphere: Dynamics, Transport, and Chemistry. Geophysical Monograph Series. 2010. V. 190. P. 43–57.
Polvani L.M., Saravanan R. The three-dimensional structure of breaking Rossby waves in the polar wintertime stratosphere // J. Atmos. Sci. 2000. V. 57. № 21. P. 3663–3685.
Plumb R.A. Planetary waves and the extratropical winter stratosphere // The Stratosphere: Dynamics, Transport, and Chemistry. Geophysical Monograph Series. 2010. V. 190. P. 23‒41.
Butler A.H., Seidel D.J., Hardiman S.C., Butchart N., Birner T., Match A. Defining Sudden Stratospheric Warmings // Bull. Amer. Meteor. Soc. 2015. V. 96. № 11. P. 1913–1928.
Limpasuvan V., Thompson D.W.J., Hartmann D.L. The life cycle of the Northern Hemisphere sudden stratospheric warmings // J. Climate. 2004. V. 17. № 13. P. 2584–2596.
Charlton A.J., Polvani L.M. A new look at stratospheric sudden warmings. Part I: Climatology and modeling benchmarks // J. Climate. 2007. V. 20. № 3. P. 449–469.
Charlton A.J., Polvani L.M., Perlwitz J., Sassi F., Manzini E., Shibata K., Pawson S., Nielsen J.E., Rind D. A new look at stratospheric sudden warmings. Part II: Evaluation of numerical model simulations // J. Climate. 2007. V. 20. № 3. P. 470–488.
Matthewman N.J., Esler J.G., Charlton-Perez A.J., Polvani L.M. A new look at stratospheric sudden warmings. Part III: Polar vortex evolution and vertical structure // J. Climate. 2009. V. 2. № 6. P. 1566‒1585.
Abridged final report of the seventh session of the commission for atmospheric sciences, Manila, 27 February — 10 March 1978. WMO Rep. 509. Geneva: WMO, 1978. 113 p.
Flury T., Hocke K., Haefele A., Kämpfer N., Lehmann R. Ozone depletion, water vapor increase, and PSC generation at midlatitudes by the 2008 major stratospheric warming // J. Geophys. Res. 2009. V. 114. № 18. P. D18302.
Kuttippurath J., Nikulin G. A comparative study of the major sudden stratospheric warmings in the Arctic winters 2003/2004–2009/2010 // Atmos. Chem. Phys. 2012. V. 12. № 17. P. 8115–8129.
Torre L., Garcia R.R., Barriopedro D., Chandran A. Climatology and characteristics of stratospheric sudden warmings in the Whole Atmosphere Community Climate Model // J. Geophys. Res. 2012. V. 117. № 4. P. D04110.
Варгин П.Н., Кострыкин С.В., Ракушина Е.В., Володин Е.М., Погорельцев А.И. Исследование изменчивости дат весенних перестроек циркуляции стратосферы и параметров стратосферного полярного вихря в Арктике по данным моделирования и реанализа // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 2020. Т. 56. № 5. С. 526–539.
Savenkova E.N., Kanukhina A.Yu., Pogoreltsev A.I., Merzlyakov E.G. Variability of the springtime transition date and planetary waves in the stratosphere // J. Atmos. Sol.-Terr. Phys. 2012. V. 90–91. P. 1–8.
Solomon S., Garcia R.R., Rowland F.S., Wuebbles D.J. On the depletion of Antarctic ozone // Nature. 1986. V. 321. P. 755–758.
Newman P.A., Kawa S.R., Nash E.R. On the size of the Antarctic ozone hole // Geophys. Res. Lett. 2004. V. 31. № 21. P. L21104.
Solomon S. Stratospheric ozone depletion: a review of concepts and history // Rev. Geophys. 1999. V. 37. № 3. P. 275–316.
Manney G.L., Zurek R.W. On the motion of air through the stratospheric polar vortex // J. Atmos. Sci. 1994. V. 51. № 20. P. 2973‒2994.
Sobel A.H., Plumb R.A., Waugh D.W. Methods of calculating transport across the polar vortex edge // J. Atmos. Sci. 1997. V. 54. № 18. P. 2241–2260.
Finlayson-Pitts B.J., Pitts J.N. Chemistry of the Upper and Lower Atmosphere: Theory, Experiments, and Applications. California: Academic Press, 2000. 969 p.
Whiteway J.A., Duck T.J., Donovan D.P., Bird J.C., Pal S.R., Carswell A.I. Measurements of gravity wave activity within and around the Arctic stratospheric vortex // Geophys. Res. Lett. 1997. V. 24. № 11. P. 1387‒1390.
Dee D.P., Uppala S.M., Simmons A.J., Berrisford P., Poli P., Kobayashi S., Andrae U., Balmaseda M.A., Balsamo G., Bauer P., Bechtold P., Beljaars A.C.M., van de Berg L., Bidlot J., Bormann N., Delsol C., Dragani R., Fuentes M., Geer A.J., Haimberger L., Healy S.B., Hersbach H., Hólm E.V., Isaksen L., Kållberg P., Köhler M., Matricardi M., McNally A.P., Monge-Sanz B.M., Morcrette J.-J., Park B.-K., Peubey C., de Rosnay P., Tavolato C., Thépaut J.-N., Vitart F. The ERAInterim reanalysis: configuration and performance of the data assimilation system // Q. J. Roy. Meteor. Soc. 2011. V. 37. № 656. P. 553–597.
Hersbach H., Bell B., Berrisford P., Hirahara S., Horányi A., Muñoz-Sabater J., Nicolas J., PeubeyC., Radu R., Schepers D., Simmons A., Soci C., Abdalla S., Abellan X., Balsamo G., Bechtold P., Biavati G., Bidlot J., Bonavita M., de Chiara G., Dahlgren P., Dee D., Diamantakis M., Dragani R., Flemming J., Forbes R., Fuentes M., Geer A., Haimberger L., Healy S., Hogan R.J., Hólm E., Janisková M., Keeley S., Laloyaux P., Lopez P., Lupu C., Radnoti G., de Rosnay P., Rozum I., Vamborg F., Villaume S., Thépaut J.N. The ERA5 global reanalysis // Q. J. Roy. Meteor. Soc. 2020. V. 146. № 729. P. 1–51.
Lawrence Z.D., Manney G.L., Wargan K. Reanalysis intercomparisons of stratospheric polar processing diagnostics // Atmos. Chem. Phys. 2018. V. 18. № 18. P. 13547–13579.
Smith M.L., McDonald A.J. A quantitative measure of polar vortex strength using the function M // J. Geophys. Res. 2014. V. 119. № 10. P. 5966–5985.
Holton J. An Introduction to Dynamic Meteorology. 4th Edition. California: Academic Press, 2004. 535 p.
Manney G.L., Schwartz M.J., Krüger K., Santee M.L., Pawson S., Lee J.N., Daffer W.H., Fuller R.A., Livesey N.J. Aura Microwave Limb Sounder observations of dynamics and transport during the record-breaking 2009 Arctic stratospheric major warming // Geophys. Res. Lett. 2009. V. 36. № 12. P. L12815.
Wang H., Fuller-Rowell T.J., Akmaev R.A., Hu M., Kleist D.T., Iredell M.D. First simulations with a whole atmosphere data assimilation and forecast system: The January 2009 major sudden stratospheric warming // J. Geophys. Res. 2011. V. 116. № 12. P. A12321.
Klimenko M.V., Bessarab F.S., Sukhodolov T.V., Klimenko V.V., Koren’kov Yu.N., Zakharenkova I.E., Chirik N.V., Vasil’ev P.A., Kulyamin D.V., Shmidt Kh., Funke B., Rozanov E.V. Ionospheric effects of the sudden stratospheric warming in 2009: Results of simulation with the first version of the EAGLE model // Russ. J. Phys. Chem. B. 2018. V. 12. № 4. P. 760–770.
Labitzke K., Kunze M. On the remarkable Arctic winter in 2008/2009 // J. Geophys. Res. 2009. V. 114. P. D00I02.
Iida C., Hirooka T., Eguchi N. Circulation changes in the stratosphere and mesosphere during the stratospheric sudden warming event in January 2009 // J. Geophys. Res. 2014. V. 119. № 12. P. 7104–7115.
Funke B., Ball W., Bender S., Gardini A., Harvey V.L., Lambert A., López-Puertas M., Marsh D.R., Meraner K., Nieder H., Päivärinta S.-M., Pérot K., Randall C.E., Reddmann T., Rozanov E., Schmidt H., Seppälä A., Sinnhuber M., Sukhodolov T., Stiller G.P., Tsvetkova N.D., Verronen P.T., Versick S., von Clarmann T., Walker K.A., Yushkov V. HEPPA-II model–measurement intercomparison project: EPP indirect effects during the dynamically perturbed NH winter 2008–2009 // Atmos. Chem. Phys. 2017. V. 17. № 5. P. 3573–3604.
Tao M., Konopka P., Ploeger F., Grooß J.-U., Müller R., Volk C.M., Walker K.A., Riese M. Impact of the 2009 major sudden stratospheric warming on the composition of the stratosphere // Atmos. Chem. Phys. 2015. V. 15. № 15. P. 8695–8715.
Gray L.J., Brown M.J., Knight J., Andrews M., Lu H., O’Reilly C., Anstey J. Forecasting extreme stratospheric polar vortex events // Nature Communication. 2020. V. 11. P. 4630.
Zuev V.V., Savelieva E. The role of the polar vortex strength during winter in Arctic ozone depletion from late winter to spring // Polar Sci. 2019. V. 22. P. 100469.
Zuev V.V., Savelieva E. Arctic polar vortex dynamics during winter 2006/2007 // Polar Sci. 2020. V. 25. P. 100532.
https://www.aaresearch.science/jour/article/view/351
doi:10.30758/0555-2648-2021-67-2-134-146
op_rights Authors who publish with this journal agree to the following terms:Authors retain copyright and grant the journal right of first publication with the work simultaneously licensed under a Creative Commons Attribution License that allows others to share the work with an acknowledgement of the work's authorship and initial publication in this journal.Authors are able to enter into separate, additional contractual arrangements for the non-exclusive distribution of the journal's published version of the work (e.g., post it to an institutional repository or publish it in a book), with an acknowledgement of its initial publication in this journal.Authors are permitted and encouraged to post their work online (e.g., in institutional repositories or on their website) prior to and during the submission process, as it can lead to productive exchanges, as well as earlier and greater citation of published work (See The Effect of Open Access).
Авторы, публикующие в данном журнале, соглашаются со следующим:Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и предоставляют журналу право первой публикации работы на условиях лицензии Creative Commons Attribution License, которая позволяет другим распространять данную работу с обязательным сохранением ссылок на авторов оригинальной работы и оригинальную публикацию в этом журнале.Авторы сохраняют право заключать отдельные контрактные договорённости, касающиеся не-эксклюзивного распространения версии работы в опубликованном здесь виде (например, размещение ее в институтском хранилище, публикацию в книге), со ссылкой на ее оригинальную публикацию в этом журнале.Авторы имеют право размещать их работу в сети Интернет (например в институтском хранилище или персональном сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению и большему количеству ссылок на данную работу (См. The Effect of Open Access).
op_rightsnorm CC-BY
op_doi https://doi.org/10.30758/0555-2648-2021-67-2-134-146
https://doi.org/10.30758/0555-2648-2021-67-2
container_title Arctic and Antarctic Research
container_volume 67
container_issue 2
container_start_page 134
op_container_end_page 146
_version_ 1766302331471659008
spelling ftjaaresearch:oai:oai.aari.elpub.ru:article/351 2023-05-15T14:28:10+02:00 Analysis of the Arctic polar vortex dynamics during the sudden stratospheric warming in January 2009 Анализ динамики арктического полярного вихря во время внезапного стратосферного потепления в январе 2009 г V. Zuev V. E. Savelieva S. A. Pavlinsky V. В. Зуев В. Е. Савельева С. А. Павлинский В. This work was supported by the State contract no. 121031300156-5. Исследование выполнено в рамках госбюджетной темы № 121031300156-5. 2021-07-09 application/pdf https://www.aaresearch.science/jour/article/view/351 https://doi.org/10.30758/0555-2648-2021-67-2-134-146 rus rus Государственный научный центр Российской Федерации Арктический и антарктический научно-исследовательский институт https://www.aaresearch.science/jour/article/view/351/199 Waugh D.W., Randel W.J. Climatology of Arctic and Antarctic polar vortices using elliptical diagnostics // J. Atmos. Sci. 1999. V. 56. № 11. P. 1594–1613. Waugh D.W., Polvani L.M. Stratospheric polar vortices // The Stratosphere: Dynamics, Transport, and Chemistry. Geophysical Monograph Series. 2010. V. 190. P. 43–57. Polvani L.M., Saravanan R. The three-dimensional structure of breaking Rossby waves in the polar wintertime stratosphere // J. Atmos. Sci. 2000. V. 57. № 21. P. 3663–3685. Plumb R.A. Planetary waves and the extratropical winter stratosphere // The Stratosphere: Dynamics, Transport, and Chemistry. Geophysical Monograph Series. 2010. V. 190. P. 23‒41. Butler A.H., Seidel D.J., Hardiman S.C., Butchart N., Birner T., Match A. Defining Sudden Stratospheric Warmings // Bull. Amer. Meteor. Soc. 2015. V. 96. № 11. P. 1913–1928. Limpasuvan V., Thompson D.W.J., Hartmann D.L. The life cycle of the Northern Hemisphere sudden stratospheric warmings // J. Climate. 2004. V. 17. № 13. P. 2584–2596. Charlton A.J., Polvani L.M. A new look at stratospheric sudden warmings. Part I: Climatology and modeling benchmarks // J. Climate. 2007. V. 20. № 3. P. 449–469. Charlton A.J., Polvani L.M., Perlwitz J., Sassi F., Manzini E., Shibata K., Pawson S., Nielsen J.E., Rind D. A new look at stratospheric sudden warmings. Part II: Evaluation of numerical model simulations // J. Climate. 2007. V. 20. № 3. P. 470–488. Matthewman N.J., Esler J.G., Charlton-Perez A.J., Polvani L.M. A new look at stratospheric sudden warmings. Part III: Polar vortex evolution and vertical structure // J. Climate. 2009. V. 2. № 6. P. 1566‒1585. Abridged final report of the seventh session of the commission for atmospheric sciences, Manila, 27 February — 10 March 1978. WMO Rep. 509. Geneva: WMO, 1978. 113 p. Flury T., Hocke K., Haefele A., Kämpfer N., Lehmann R. Ozone depletion, water vapor increase, and PSC generation at midlatitudes by the 2008 major stratospheric warming // J. Geophys. Res. 2009. V. 114. № 18. P. D18302. Kuttippurath J., Nikulin G. A comparative study of the major sudden stratospheric warmings in the Arctic winters 2003/2004–2009/2010 // Atmos. Chem. Phys. 2012. V. 12. № 17. P. 8115–8129. Torre L., Garcia R.R., Barriopedro D., Chandran A. Climatology and characteristics of stratospheric sudden warmings in the Whole Atmosphere Community Climate Model // J. Geophys. Res. 2012. V. 117. № 4. P. D04110. Варгин П.Н., Кострыкин С.В., Ракушина Е.В., Володин Е.М., Погорельцев А.И. Исследование изменчивости дат весенних перестроек циркуляции стратосферы и параметров стратосферного полярного вихря в Арктике по данным моделирования и реанализа // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 2020. Т. 56. № 5. С. 526–539. Savenkova E.N., Kanukhina A.Yu., Pogoreltsev A.I., Merzlyakov E.G. Variability of the springtime transition date and planetary waves in the stratosphere // J. Atmos. Sol.-Terr. Phys. 2012. V. 90–91. P. 1–8. Solomon S., Garcia R.R., Rowland F.S., Wuebbles D.J. On the depletion of Antarctic ozone // Nature. 1986. V. 321. P. 755–758. Newman P.A., Kawa S.R., Nash E.R. On the size of the Antarctic ozone hole // Geophys. Res. Lett. 2004. V. 31. № 21. P. L21104. Solomon S. Stratospheric ozone depletion: a review of concepts and history // Rev. Geophys. 1999. V. 37. № 3. P. 275–316. Manney G.L., Zurek R.W. On the motion of air through the stratospheric polar vortex // J. Atmos. Sci. 1994. V. 51. № 20. P. 2973‒2994. Sobel A.H., Plumb R.A., Waugh D.W. Methods of calculating transport across the polar vortex edge // J. Atmos. Sci. 1997. V. 54. № 18. P. 2241–2260. Finlayson-Pitts B.J., Pitts J.N. Chemistry of the Upper and Lower Atmosphere: Theory, Experiments, and Applications. California: Academic Press, 2000. 969 p. Whiteway J.A., Duck T.J., Donovan D.P., Bird J.C., Pal S.R., Carswell A.I. Measurements of gravity wave activity within and around the Arctic stratospheric vortex // Geophys. Res. Lett. 1997. V. 24. № 11. P. 1387‒1390. Dee D.P., Uppala S.M., Simmons A.J., Berrisford P., Poli P., Kobayashi S., Andrae U., Balmaseda M.A., Balsamo G., Bauer P., Bechtold P., Beljaars A.C.M., van de Berg L., Bidlot J., Bormann N., Delsol C., Dragani R., Fuentes M., Geer A.J., Haimberger L., Healy S.B., Hersbach H., Hólm E.V., Isaksen L., Kållberg P., Köhler M., Matricardi M., McNally A.P., Monge-Sanz B.M., Morcrette J.-J., Park B.-K., Peubey C., de Rosnay P., Tavolato C., Thépaut J.-N., Vitart F. The ERAInterim reanalysis: configuration and performance of the data assimilation system // Q. J. Roy. Meteor. Soc. 2011. V. 37. № 656. P. 553–597. Hersbach H., Bell B., Berrisford P., Hirahara S., Horányi A., Muñoz-Sabater J., Nicolas J., PeubeyC., Radu R., Schepers D., Simmons A., Soci C., Abdalla S., Abellan X., Balsamo G., Bechtold P., Biavati G., Bidlot J., Bonavita M., de Chiara G., Dahlgren P., Dee D., Diamantakis M., Dragani R., Flemming J., Forbes R., Fuentes M., Geer A., Haimberger L., Healy S., Hogan R.J., Hólm E., Janisková M., Keeley S., Laloyaux P., Lopez P., Lupu C., Radnoti G., de Rosnay P., Rozum I., Vamborg F., Villaume S., Thépaut J.N. The ERA5 global reanalysis // Q. J. Roy. Meteor. Soc. 2020. V. 146. № 729. P. 1–51. Lawrence Z.D., Manney G.L., Wargan K. Reanalysis intercomparisons of stratospheric polar processing diagnostics // Atmos. Chem. Phys. 2018. V. 18. № 18. P. 13547–13579. Smith M.L., McDonald A.J. A quantitative measure of polar vortex strength using the function M // J. Geophys. Res. 2014. V. 119. № 10. P. 5966–5985. Holton J. An Introduction to Dynamic Meteorology. 4th Edition. California: Academic Press, 2004. 535 p. Manney G.L., Schwartz M.J., Krüger K., Santee M.L., Pawson S., Lee J.N., Daffer W.H., Fuller R.A., Livesey N.J. Aura Microwave Limb Sounder observations of dynamics and transport during the record-breaking 2009 Arctic stratospheric major warming // Geophys. Res. Lett. 2009. V. 36. № 12. P. L12815. Wang H., Fuller-Rowell T.J., Akmaev R.A., Hu M., Kleist D.T., Iredell M.D. First simulations with a whole atmosphere data assimilation and forecast system: The January 2009 major sudden stratospheric warming // J. Geophys. Res. 2011. V. 116. № 12. P. A12321. Klimenko M.V., Bessarab F.S., Sukhodolov T.V., Klimenko V.V., Koren’kov Yu.N., Zakharenkova I.E., Chirik N.V., Vasil’ev P.A., Kulyamin D.V., Shmidt Kh., Funke B., Rozanov E.V. Ionospheric effects of the sudden stratospheric warming in 2009: Results of simulation with the first version of the EAGLE model // Russ. J. Phys. Chem. B. 2018. V. 12. № 4. P. 760–770. Labitzke K., Kunze M. On the remarkable Arctic winter in 2008/2009 // J. Geophys. Res. 2009. V. 114. P. D00I02. Iida C., Hirooka T., Eguchi N. Circulation changes in the stratosphere and mesosphere during the stratospheric sudden warming event in January 2009 // J. Geophys. Res. 2014. V. 119. № 12. P. 7104–7115. Funke B., Ball W., Bender S., Gardini A., Harvey V.L., Lambert A., López-Puertas M., Marsh D.R., Meraner K., Nieder H., Päivärinta S.-M., Pérot K., Randall C.E., Reddmann T., Rozanov E., Schmidt H., Seppälä A., Sinnhuber M., Sukhodolov T., Stiller G.P., Tsvetkova N.D., Verronen P.T., Versick S., von Clarmann T., Walker K.A., Yushkov V. HEPPA-II model–measurement intercomparison project: EPP indirect effects during the dynamically perturbed NH winter 2008–2009 // Atmos. Chem. Phys. 2017. V. 17. № 5. P. 3573–3604. Tao M., Konopka P., Ploeger F., Grooß J.-U., Müller R., Volk C.M., Walker K.A., Riese M. Impact of the 2009 major sudden stratospheric warming on the composition of the stratosphere // Atmos. Chem. Phys. 2015. V. 15. № 15. P. 8695–8715. Gray L.J., Brown M.J., Knight J., Andrews M., Lu H., O’Reilly C., Anstey J. Forecasting extreme stratospheric polar vortex events // Nature Communication. 2020. V. 11. P. 4630. Zuev V.V., Savelieva E. The role of the polar vortex strength during winter in Arctic ozone depletion from late winter to spring // Polar Sci. 2019. V. 22. P. 100469. Zuev V.V., Savelieva E. Arctic polar vortex dynamics during winter 2006/2007 // Polar Sci. 2020. V. 25. P. 100532. https://www.aaresearch.science/jour/article/view/351 doi:10.30758/0555-2648-2021-67-2-134-146 Authors who publish with this journal agree to the following terms:Authors retain copyright and grant the journal right of first publication with the work simultaneously licensed under a Creative Commons Attribution License that allows others to share the work with an acknowledgement of the work's authorship and initial publication in this journal.Authors are able to enter into separate, additional contractual arrangements for the non-exclusive distribution of the journal's published version of the work (e.g., post it to an institutional repository or publish it in a book), with an acknowledgement of its initial publication in this journal.Authors are permitted and encouraged to post their work online (e.g., in institutional repositories or on their website) prior to and during the submission process, as it can lead to productive exchanges, as well as earlier and greater citation of published work (See The Effect of Open Access). Авторы, публикующие в данном журнале, соглашаются со следующим:Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и предоставляют журналу право первой публикации работы на условиях лицензии Creative Commons Attribution License, которая позволяет другим распространять данную работу с обязательным сохранением ссылок на авторов оригинальной работы и оригинальную публикацию в этом журнале.Авторы сохраняют право заключать отдельные контрактные договорённости, касающиеся не-эксклюзивного распространения версии работы в опубликованном здесь виде (например, размещение ее в институтском хранилище, публикацию в книге), со ссылкой на ее оригинальную публикацию в этом журнале.Авторы имеют право размещать их работу в сети Интернет (например в институтском хранилище или персональном сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению и большему количеству ссылок на данную работу (См. The Effect of Open Access). CC-BY Arctic and Antarctic Research; Том 67, № 2 (2021); 134-146 Проблемы Арктики и Антарктики; Том 67, № 2 (2021); 134-146 2618-6713 0555-2648 10.30758/0555-2648-2021-67-2 geopotential ozone depletion polar stratosphere polar vortex sudden stratospheric warming внезапное стратосферное потепление геопотенциал озоновая аномалия полярный вихрь полярная стратосфера info:eu-repo/semantics/article info:eu-repo/semantics/publishedVersion 2021 ftjaaresearch https://doi.org/10.30758/0555-2648-2021-67-2-134-146 https://doi.org/10.30758/0555-2648-2021-67-2 2021-08-09T06:21:16Z The Arctic polar vortex is often affected by wave activity during its life cycle. The planetary Rossby waves propagating from the troposphere to the stratosphere occasionally lead to the displacement or splitting of the polar vortex, accompanied by sudden stratospheric warming (SSW). In January 2009, one of the largest SSWs was observed in the Arctic. In this work, the dynamics of the polar vortex during the 2009 SSW is considered using a new method that allows one to estimate the vortex area, the wind speed at the vortex edge, the mean temperature and ozone mass mixing ratio inside the vortex, based on the fact that the Arctic vortex edge at the 50 and 10 hPa pressure levels is determined by the geopotential values, respectively, 19.5. 104 and 29.5. 104 m2 /s2 , using the ERA5 reanalysis data. The application of this method is justified for the Arctic polar vortex, which is characterized by significant variability, especially during the period of its splitting. The splitting of the polar vortex in 2009 was observed on January 24 and 28, respectively, in the middle and lower stratosphere. About a week after the splitting, the vortices became closer in characteristics to small cyclones, which completely collapsed within 1–3 weeks. The influence of planetary wave activity on the polar vortex does not always lead to its breakdown. Short-term splitting of the polar vortex is sometimes observed for several days after which the polar vortex strengthens again and PSCs form inside the vortex. Such a recovery of the polar vortex is most likely to occur in the winter. Based on the analysis of the dynamics of the Arctic polar vortex for 1979–2020 and using the example of the 2009 SSW, we showed that when the vortex area decreases to less than 10 million km2 and the mean wind speed at the vortex edge decreases below 30 and 45 m/s, respectively, in the lower and middle stratosphere, the polar vortex becomes a small cyclone (with significantly higher temperatures within it), which usually collapses within 3 weeks. Арктический полярный вихрь во время своего жизненного цикла часто подвергается воздействию волновой активности. Распространяющиеся из тропосферы в стратосферу планетарные волны Россби эпизодически приводят к смещению или расщеплению полярного вихря, сопровождающемуся внезапным стратосферным потеплением (ВСП). В январе 2009 г. наблюдалось одно из сильнейших ВСП за весь период наблюдений в Арктике. В данной работе динамика полярного вихря во время ВСП 2009 г. рассмотрена с использованием нового метода, позволяющего определить площадь вихря и скорость ветра по границе вихря, а также оценить средние значения температуры и массового отношения смеси озона внутри вихря на основе данных реанализа ERA5. На основе анализа динамики арктического полярного вихря за 42 года и на примере ВСП 2009 г. показано, что, как правило, при снижении площади вихря менее 10 млн км2 и уменьшении средней скорости ветра по границе вихря ниже 30 и 45 м/с соответственно в нижней и средней стратосфере полярный вихрь становится небольшим циклоном, который полностью разрушается в течение 1–3 недель. Article in Journal/Newspaper Arctic Arctic Arctic and Antarctic Research (E-Journal) Arctic Arctic and Antarctic Research 67 2 134 146

Similar Items