Пространственно-временная изменчивость спектров зонального ветра в нижней и средней атмосфере по данным реанализа ERA5

Аннотация

Выполнено исследование пространственно-временной измен-
чивости волновой природы поля зонального ветра в тропосфере, стратосфере
и нижней мезосфере Северного (СП) и Южного (ЮП) полушарий (в слое
1000-0.01 гПа, 51 изобарическая поверхность) для двух пятимесячных вре-
менных интервалов (ноябрь-март и май-сентябрь, 151 сутки каждый) за 1978-
2025 гг. по ежечасным данным реанализа ERA5. Исследование основано на
спектральном подходе Хаяши, который позволяет выразить плотность мощ-
ности волнового поля через частоту и зональное волновое число k. С его
помощью были выделены стоячая (S) и распространяющиеся на восток (E) и
на запад (W) волновые компоненты зонального ветра. В области высоких
частот статистически обоснованно выделяются приливные компоненты:
суточный (k = 1), полусуточный (k = 2) и третьсуточный (k = 3) периоды коле-
баний с наибольшими значениями амплитуд для волн W. Амплитуда суточ-
ного прилива волн W достигает максимальных значений более 320 м2/с2 в
полярной мезосфере летнего полушария. Для ЮП наблюдается вторичный
максимум 275 м2/с2 на 65° ю.ш. в слое 0.5-0.05 гПа. Очаги высоких значений
полусуточного прилива расположены в верхней стратосфере – нижней мезос-
фере симметрично относительно экватора на 45-55° в зимнем полушарии и
достигают 220 м2/с2. В структуре третьсуточного прилива выделяются два
широтных максимума для обоих пятимесячных периодов на верхней границе
рассматриваемого слоя 0.01 гПа. В период ноябрь-март один очаг (70 м2/с2)
располагается в умеренных широтах СП с центром около 50° с.ш., а другой,
более интенсивный (90 м2/с2) около 15° ю.ш. Для периода май-сентябрь
наблюдается определенная зеркальная симметрия широтного положения этих
очагов: 60 м2/с2 около 55-60° ю.ш. и более интенсивный (70 м2/с2) около
20° с.ш. Среди приливов наибольший (отрицательный) тренд (до -25 м2/с2/10
лет на 45-55° с.ш.) имеет полусуточный прилив. Планетарные волны (7-38
суток) для волнового числа k = 1 имеют два широтных максимума в стратос-
фере и нижней мезосфере умеренных и полярных широт зимнего полушария. В
СП преобладают стоячие волны, а в ЮП – волны, распространяющиеся на вос-
ток. Самые высокие значения спектров наблюдаются для стоячих волн S. При
этом среднеширотный максимум волн S (50 м2/с2) слабее полярного (70 м2/с2).
Такое же соотношение отмечается и для волн E (35 и 50 м2/с2 для умеренных и

полярных широт соответственно) и аналогично для волн W (30 и 45 м2/с2). Для
волнового числа k = 2 интенсивность стоячих волн в СП примерно в 2 раза
выше, чем в ЮП. При этом конфигурация высотно-широтного распределения
значительно отличается от волн с k = 1, особенно для ЮП. Для k = 2 практиче-
ски отсутствует очаг высоких значений для всех типов волн вблизи полюса. В
верхней тропосфере обоих полушарий для волновых чисел больше 3 наблюда-
ются высокие значения спектров волн E (до 45 м2/с2) в субтропических и уме-
ренных широтах