Гидрометеорологические исследования и прогнозы. 2025. № 2 (396). С. 8-27

8

DOI: https://doi.org/10.37162/2618-9631-2025-2-8-27

УДК 551.555+551.587

Некоторые особенности циркуляции

в свободной атмосфере Южного полушария,

влияющие на полеты воздушных судов

А.Р. Иванова

Гидрометеорологический научно-исследовательский центр

Российской Федерации, г. Москва, Россия

ivanova@mecom.ru

Представлен краткий обзор особенностей циркуляции в тропосфере и нижней

стратосфере Южного полушария. Рассмотрены сезонные и многолетние изменения в

положении и интенсивности струйных течений. Описаны особенности поведения и

структуры тропопаузы, в том числе в период полярной ночи. Показано влияние гло-

бального потепления и изменения содержания стратосферного озона на изменение

циркуляции в Южном полушарии.

Ключевые слова: индексы циркуляции, Южное полушарие, тропопауза, струйные

течения, озон

Some features

of the Southern Hemisphere circulation

in the free atmosphere affecting aircraft flights

A.R. Ivanova

Hydrometeorological Research Center of Russian Federation, Moscow, Russia

ivanova@mecom.ru

A brief overview of the circulation features in the troposphere and lower stratosphere

of the Southern Hemisphere is presented. Seasonal and long-term changes in the position

and intensity of jet streams are considered. Features of the behavior and structure of the

tropopause are described, including the polar night time. The impact of global warming and

changes in stratospheric ozone on the circulation variations in the Southern Hemisphere is

discussed.

Keywords: circulation indices, Southern hemisphere, tropopause, jet streams, ozone

Введение

В связи с блокировкой поступления в нашу страну информации

Всемирной системы зональных прогнозов (ВСЗП) возникла необходи-

мость ее импортозамещения продукцией на основе отечественных

глобальных моделей численного прогноза погоды (ЧПП). До недавнего

времени ФГБУ «Гидрометцентр России» выпускал резервную информа-

цию с использованием российской модели ЧПП для метеообеспечения

дальних перелетов исключительно по территории Северного полушария.

Прекращение информирования российских авиакомпаний глобальными

Иванова А.Р.

9

прогнозами со стороны центров ВСЗП – Лондон и Вашингтон – обусловило

насущную потребность внимательного изучения процессов в тропосфере и

стратосфере Южного полушария для выпуска по этой территории прогнос-

тических карт особых явлений для авиации. Хотя в Южном полушарии

живет всего 10 % населения Земли и, ожидаемо, интенсивность воздуш-

ного движения здесь гораздо ниже, чем в Северном полушарии (рисунок),

тем не менее, глобальные прогнозы предполагают полное освещение

информацией всего земного шара.

Разработка задач постпроцессинга для прогноза особых для авиации

явлений в Южном полушарии может иметь свою специфику, поскольку

существуют значительные отличия в атмосферной циркуляции двух полу-

шарий, обусловленные следующими объективными факторами.

По сравнению с Северным полушарием, в Южном полушарии меньше

суши и больше воды. Южная часть Тихого океана, Южная Атлантика,

Индийский океан и различные моря, такие как Тасманово море между

Австралией и Новой Зеландией и море Уэдделла у берегов Антарктиды,

покрывают около 80,9 % территории Южного полушария. Площадь суши

составляет только 19,1 %. Для сравнения, в Северном полушарии суша

занимает около 39,3 % от общей площади [http://geo.historic.ru/gazetteer

/st002.shtml]. Этот факт свидетельствует о том, что влияние подстилающей

поверхности на циркуляцию атмосферы будет проявляться в Южном

полушарии иначе, чем в Северном. Из-за более однородной подстилающей

поверхности в Южном полушарии зональная циркуляция (западный

перенос) более устойчива, чем в Северном.

Другим отличительным фактором Южного полушария является

наличие Антарктического ледового щита, который оказывает значительное

влияние на формирование атмосферной циркуляции. Стоит отметить, что

в последние годы в связи с развитием туризма возросла активность воздуш-

ного движения к берегам ледяного континента (в основном за счет рейсов

из Австралии и ЮАР). На Антарктиде и прилегающих островах располо-

жены около 40 аэродромов и взлетно-посадочных полос, часть из которых

законсервирована. В настоящее время в качестве действующих можно

назвать новый российский аэродром «Зенит» на станции Прогресс,

взлетно-посадочные полосы российской станции Новолазаревская [1], а

также аэродромы, принадлежащие Чили на о. Ватерлоо (имени Тениенте

Родолфо Марша Мартина, SCRM), Австралии (Уилксон, YWKS) и США

(Амудсен-Скотт, NZSP; Мак-Мердо, NZPG) [avia.pro/blog/aeroporty-

antarctidy].

Стоит упомянуть, что из-за более развитой сети наземных наблюдений

в Северном полушарии, а также из-за того, что здесь проживает 90 %

населения земного шара, традиционно качеству прогнозов именно на этой

территории уделялось больше внимания при описании процессов в

глобальных моделях ЧПП. Порой для экономии вычислительных ресурсов

эти модели производят вычисления в Южном полушарии на более грубой

сетке [43, https://meteoinfo.ru/mrf-system-about].

10

Гидрометеорологические прогнозы, математическое моделирование

Иванова А.Р.

11

Рассмотрим некоторые объекты, характеризующие особенности

циркуляции в атмосфере Южного полушария, которые будут оказывать

влияние на полеты воздушных судов по маршруту. В данной работе в

качестве таких объектов анализируются струйные течения (СТ) и

тропопауза, информация о которых представляется на картах особых

явлений («significant weather») для авиации [8]. В районе тропопаузы –

области верхней тропосферы и нижней стратосферы – расположены

эшелоны дальнемагистральных воздушных судов. Информация

о

струйных течениях имеет важное аэронавигационное значение с точки

зрения как эффективности и экономичности полетов (использование

попутного потока), так и их безопасности (наличие зон турбулентности в

ясном небе).

Историческая справка

Понимание характера атмосферных движений в Южном полушарии

невозможно без регулярного зондирования атмосферы в этом регионе.

Подобные исследования состояния атмосферы над Антарктидой (высот-

ные наблюдения) проводились еще в начале 40-х годов прошлого века.

Экспедиция Антарктической службы США с 26 апреля 1940 г. по 15 января

1941 г. осуществила запуск 230 шаров-пилотов и 190 радиозондов со

станции Little America, расположенной в 800 км от Южного полюса. По

материалам этой экспедиции впервые было заявлено об «исчезновении»

тропопаузы в полярную ночь [20].

Однако активное изучение атмосферной циркуляции Южного

полушария было начато чуть позднее, в конце 1950-х годов, когда сбор

глобальных данных во время Международного геофизического года (1957‒

1958 гг.) позволил ликвидировать некоторые пробелы в знаниях об атмос-

ферных процессах в южных широтах. Помимо радиозондирования,

атмосфера изучалась с помощью самолетов-лабораторий: например, совет-

ская летающая метеорологическая обсерватория «Антарктида» функцио-

нировала с 1958 по 1962 год [12]. Регулярные сведения о погоде поступали

также с бортов военно-транспортной авиации США при полетах от

г. Крайстчерч (Новая Зеландия) до антарктической станции США Мак-

Мёрдо [2]. Наступившая впоследствии эра метеорологических спутников

и появление моделей численного прогноза погоды расширили границы

представления об особенностях циркуляции атмосферы в Южном полуша-

рии и о процессах обмена между двумя полушариями. В 1972 г. Американ-

ское метеорологическое общество выпустило в серии «Метеорологические

монографии» книгу «Метеорология Южного полушария», русский перевод

которой увидел свет в 1976 г. [9]. В данной монографии ветер над Южным

полушарием анализировался только в рамках геострофического соотноше-

ния по данным о давлении, поскольку далеко не все существовавшие на тот

момент станции радиозондирования проводили наблюдения за ветром.

Полученные материалы позволили установить наличие в верхней

12

Гидрометеорологические прогнозы, математическое моделирование

тропосфере единой мощной зональной струи с осью на высоте 250 гПа,

смещающейся от января к июлю с 50º до 30° ю. ш.

Отметим, что, несмотря на дальнейшее развитие систем наблюдений,

геострофический подход к исследованию циркуляции оказался примени-

мым и в 21 веке. Так, в работе [23] по материалам реанализа геопотенци-

альной высоты в период 1958‒2002 гг. была обнаружена способность к

раздвоению высотной струи в Южном полушарии и ее разделению на

субтропическое и полярное струйные течения.

В настоящее время основным источником информации о состоянии

атмосферы над Южным полушарием служат наблюдения с геостацио-

нарных и полярно-орбитальных спутников. Кроме этого, дважды в сутки

поступает информация со станций глобальной аэрологической сети. Их

количество в Южном полушарии превышает сотню, 11 из них располо-

жены на территории Антарктиды [https://oscar.wmo.int/surface/#/].

Индексы, определяющие циркуляцию атмосферы

в Южном полушарии

Для анализа особенностей циркуляции атмосферы исследователи

используют некоторые глобальные или региональные индексы. В Южном

полушарии это прежде всего индекс Южного колебания и индекс

Антарктического колебания.

Индекс южного колебания (Southern Oscillation Index, SOI) ‒ это

стандартизированный индекс, который представляет собой осредненную

за пять месяцев разность нормированных аномалий давления на станциях

Таити и Дарвин (Австралия) [5]. В целом, сглаженные временные ряды SOI

очень хорошо соответствуют изменениям температуры океана в восточной

тропической части Тихого океана. Отрицательная фаза SOI представляет

давление воздуха ниже нормы на Таити и давление воздуха выше нормы в

Дарвине. В отрицательную фазу SOI отмечено усиление западного перено-

са в субтропическом поясе Южного полушария в период австралийской

зимы [13]. Длительные периоды отрицательных (положительных) значе-

ний SOI совпадают с аномально теплыми (холодными) водами океана в

восточной тропической части Тихого океана, типичными для эпизодов

Эль-Ниньо (Ла-Нинья) [https://www.ncei.noaa.gov/access/monitoring/enso/soi].

Цикл Эль-Ниньо-Южного колебания (ENSO) может оказывать

заметное влияние на состояние стратосферы. В работе [5] демонстри-

ровался отклик в стратосфере Южного полушария на аномалии, связанные

с ENSO. Реакция была обнаружена в высоких широтах Южного полушария

в августе. Оказалось, что более холодная австралийская весна в

антарктической стратосфере в целом связана с теплой фазой ENSO и

наоборот. Было установлено, что стратосферная циркуляция действует как

промежуточное звено во взаимосвязи изменчивости ENSO с изменениями

тропосферной циркуляции в период австралийских весны и лета. Связь

Иванова А.Р.

13

динамики стратосферного полярного вихря над Антарктидой с ENSO

подтверждена также в [18, 54].

Индекс Антарктического колебания (AntArctic Occillation, AAO) –

первый главный компонент поля геопотенциала поверхности 850 гПа в

Южном полушарии. Антарктическое колебание по своей природе не отно-

сится к «глобальным» модам атмосферной циркуляции, а является состав-

ной частью более сложных глобальных структур в общей циркуляции

атмосферы [5]. ААО представляет собой зонально-симметричную моду

изменчивости геопотенциала в Южном полушарии с областями противо-

положных знаков над Антарктикой и зональной полосой с центром вблизи

45° ю. ш. Положительная фаза ААО характеризуется понижением геопо-

тенциальной поверхности над Антарктидой и ее подъемом над средними

широтами полушария [62]. Индекс AAO является мерой интенсивности

стратосферного полярного вихря, колебания которой могут повлиять на

циркуляцию в тропосфере (возникновение погодных аномалий в полярных

и субполярных широтах).

Другое название Антарктического колебания – Южная кольцевая

мода (Southern Annular Mode, SAM). В [55] SAM определена как ведущая

эмпирическая ортогональная функция зонально-осредненной кинетичес-

кой энергии, которая характеризуется смещениями по широте внетропи-

ческой струи и связана с большими вариациями в вихревых потоках

импульса. Эта кольцевая мода имеет бароклинную природу и связана с

изменениями в широтном положении источника бароклинных вихрей [32].

Южная кольцевая мода, согласно [23], выступает в качестве главного

модулятора широты и интенсивности струи полярного фронта, при этом ее

влияние на субтропическое СТ крайне незначительно. В положительной

фазе SAM наблюдается сдвиг к полюсу и усиление полярной струи. В

холодный сезон отмечается асимметрия SAM, связанная с интенсифи-

кацией полярного струйного течения [44]. Исследования SAM для второй

половины прошлого века показали, что ее изменения были обусловлены

нелинейной комбинацией естественного и антропогенного вынуждения,

причем последнее было наиболее выражено в летний сезон [36].

Аналогом SAM является бароклинная кольцевая мода (Baroclinic

annular mode, ВАМ). Индекс BAM определяется как ведущий основной

компонент вихревой кинетической энергии в Южном полушарии,

рассчитанный для всех уровней от 1000 до 200 гПа и всех широт в полосе

20‒70° ю. ш. BAM связан с изменениями амплитуд вихрей, но не с

зональным средним потоком [37, 55]. Периодичность, связанная с ВАМ,

потенциально важна для понимания внутрисезонной изменчивости клима-

та полушария.

На изменчивость стратосферного полярного вихря в Южном

полушарии может оказывать влияние фаза квазидвухлетних колебаний

зонального ветра в экваториальной стратосфере [4, 42]. При западной фазе

стратосферный зимний вихрь интенсивнее и температура в полярной

области ниже, чем во время восточной фазы [4].

14

Гидрометеорологические прогнозы, математическое моделирование

В задачах климатического моделирования [17] в качестве индексов

циркуляции могут использоваться осевая широта и скорость западного

переноса, а также индекс ASL (Amudsen Sea Low) – постоянно существую-

щая область низкого давления над морем Амудсена у западного побережья

Антарктиды, демонстрирующая сезонную миграцию между морем Росса

(~150° з. д.) в июне и морем Беллинсгаузена (~110° з. д.) в январе.

Струйные течения Южного полушария

Как указывалось выше, первые исследования высотного поля ветра

выявили наличие единой мощной струи в верхней тропосфере Южного

полушария [9]. Позднее было обнаружено ее разделение на два ярко

выраженных струйных течения – полярное (или, по другой терминологии,

субполярное), которое прослеживается практически во всей тропосфере со

средним положением оси вблизи 50° ю. ш., и субтропическое – верхнетро-

посферное, расположенное в среднем над 30° ю. ш. Согласно спутниковой

информации [35], в период с мая по декабрь верхнетропосферные СТ

сливаются с нижнестратосферными, связанные с самой нижней частью

стратосферного полярного вихря ЮП («subvortex»).

По данным реанализа NCEP/NCAR, за период 1958‒2002 гг. была

отмечена ярко выраженная сезонность в поведении СТ: в теплый сезон

наблюдалась только одна струя с осью вблизи 40° ю. ш., тогда как осень и

зима характеризовались отчетливо выраженным её разделением на сильное

доминирующее субтропическое течение около 30° ю. ш. и полярное

фронтальное течение, постепенно смещающееся к полюсу и достигающее

60° ю. ш. к концу холодного сезона [23]. Усиление субтропической струи

в период австралийской зимы (июнь-август) и ее ослабление летом

(декабрь-февраль) обсуждалось в работе [57]. Как было отмечено в [40],

формирование субтропической струи в Южном полушарии связано с

активностью Азиатского летнего муссона. Было также установлено, что на

скорость субтропической струи наиболее заметно влияет Эль-Ниньо-

Южное колебание. Над Тихим океаном в период Эль-Ниньо в теплый сезон

скорость СТ примерно на 50 % больше, чем в период Ла-Нинья [23].

В течение второй половины прошлого века была обнаружена

тенденция к замедлению субтропической струи [23]. Оценка снижения

пиковой активности субтропического СТ была выполнена в работе [27],

оно составило 17 %.

В отличие от субтропического СТ, для полярной струи было отмечено

усиление интенсивности в период с 1958 по 2002 г. [23]. Полярное (или

субполярное) СТ является постоянным и полуциркумполярным потоком,

распространяющимся по высоте на всю тропосферу и сопровождающимся

отчетливой бароклинной зоной у поверхности земли. Выполненный в [40]

анализ циклонических траекторий вихрей и верхнетропосферной циркуля-

ции позволил установить связь между вихревым переносом и активностью

СТ. Оказалось, что в отсутствие интенсивной субтропической струи

Иванова А.Р.

15

тихоокеанские циклонические траектории летом и осенью Южного полу-

шария являются частью четко определенных циркумполярных циклони-

ческих траекторий вдоль полярного СТ. Зимой и весной, напротив, область

активного вихревого переноса на верхних уровнях разделяется на главную

ветвь вдоль субтропического СТ и вторичную ветвь вдоль полярной струи.

В нижней тропосфере вихревой перенос формируется только вдоль обост-

рившейся бароклинной зоны под полярным СТ.

В будущем из-за таяния антарктического морского льда предпола-

гается сдвиг струйных течений и связанных с ними циклонических траек-

торий к полюсу [61]. Это же подтверждают другие работы, рассматрива-

ющие сценарии глобального потепления [34, 46]. В [34] утверждалось, что

крупномасштабный прямой отклик на климатические изменения в прин-

ципе не изменит интенсивность и форму струи, а лишь сдвинет ее на 21°

широты в направлении полюса. Отметим, что площадь антарктических

льдов как неоспоримого фактора формирования циркуляции в Южном

полушарии испытывает колебания с тенденцией к сокращению. В 2023 г.

был зафиксирован минимум площади антарктического морского льда по

данным спутниковых снимков [22], а анализ рядов наземных наблюдений

в Антарктиде позволил сделать вывод о постепенном увеличении коли-

чества месяцев в году с «положительной динамикой температуры» [10].

Однако глобальное потепление, отразившееся на нагревании тропо-

сферы, считается не единственной причиной изменения положения СТ в

Южном полушарии. Другим фактором в работе [28] называются процессы

в стратосфере, а именно истощение озонового слоя. Это же подтверждает

и более поздняя работа [25], в которой авторы полагают, что сдвиги в

положении струйных течений обусловлены изменениями температурного

градиента верхней тропосферы и нижней стратосферы.

Изучение динамики струйных течений [29] позволило установить, что

субтропический фронт и соответствующее ему СТ в период с 1979 по

2010 г. сместились к полюсу в Южном полушарии на 6,5±0,2° широты. Эта

величина значительно превысила соответствующее значение для Север-

ного полушария (3,7±0,3°). При оценке факторов такого смещения (измене-

ния температуры поверхности суши и океана в тропическом поясе, прямое

радиационное воздействие парниковых газов в тропосфере, изменения

температуры нижней тропической стратосферы, квазидвухлетняя осцил-

ляция и вулканические извержения) доминирующая роль была отдана

парниковым газам. Отмечалось, что значительные изменения положения

струйных течений влекут за собой заметные широтные сдвиги в глобаль-

ной циркуляции, распределении температуры и осадков [38].

Недавние исследования трендов тропосферной циркуляции по данным

ERA-5 (1979‒2022 гг.) обнаружили увеличение скорости западного пере-

носа во внетропической части летом и осенью Южного полушария, при

этом сдвиг к полюсу был отчетливо заметен только летом, с декабря по

февраль [48]. Для полярного СТ было отмечено его усиление в

тихоокеанском секторе. Для субтропического СТ отмечался наибольший

16

Гидрометеорологические прогнозы, математическое моделирование

сдвиг его оси к экватору в южноамериканском секторе. При этом было

зафиксировано ослабление части субтропической струи, простирающейся

от востока Индийского океана через Австралию до восточной части Тихого

океана. Однако, по данным [53], над регионом, охватывающим восточное

побережье Австралии и акваторию Тасманова моря, в апреле-мае

происходила интенсификация субтропического СТ.

Тропопауза в Южном полушарии

Тропопауза является областью раздела между тропосферой и

стратосферой. В тропиках по обе стороны экватора высота ее максимальна

(~18 км) и примерно соответствует высоте изэнтропической поверхности

380 К [7], к полюсам происходит ее понижение, в зонах высотных

атмосферных фронтов и струйных течений – разрывы или складко-

образование (в зависимости от способа представления). В [35] отмечено,

что летом в Южном полушарии разрывы тропопаузы с образованием

вторичной тропопаузы сопровождают субтропическое СТ вниз по течению

от региона Австралийского муссона. При этом в высоких широтах Южного

полушария множественные тропопаузы почти повсеместны в июне-июле и

связаны с уникальной термической структурой тропосферы в период

полярной зимы.

Отождествление тропопаузы с какой-либо поверхностью не вполне

физически корректно [7]. Более точно переход между тропосферой и

стратосферой следовало бы характеризовать слоем определенной толщи-

ны, как, например, в известной концепции UTLS (upper troposphere-

lowermost stratosphere). Однако требования со стороны авиационных поль-

зователей к получению информации именно о высоте тропопаузы и

температуре на этом уровне [8] по-прежнему заставляют разработчиков

модельного постпроцессинга искать подобие некой поверхности, отде-

ляющей тропосферный воздух от стратосферного. При этом такие

особенности, как двойные и тройные тропопаузы, возникающие в зонах

атмосферных фронтов, потребителя не интересуют. По этой причине

исследования тропопаузы для ее последующего прогнозирования

проводятся на базе не только определения [59], основанного на верти-

кальном градиенте температуры, но и различных иных предположений.

К ним относят концепции динамической тропопаузы, озонопаузы [6],

поверхности определенных значений градиента потенциальной темпера-

туры [56] и пр.

Корректное определение среднего положения тропопаузы в Южном

полушарии, за исключением центральной части антарктического

континента в период полярной ночи, полностью соответствует фундамен-

тальной причине ее существования – это уровень минимальной темпера-

туры, находящийся между двумя источниками тепла (выделением тепла,

связанным с экзотермическими реакциями в озоновом слое и длинновол-

новым излучением поверхности планеты). Однако ледовое покрытие

Иванова А.Р.

17

антарктического материка в условиях полярной ночи может привести

к нарушению подобия радиационного равновесия на высотах. В таком

случае, согласно классическому определению (через величину градиента

температуры), тропопауза вполне может быть идентифицирована на

поверхности льда, что соответствует формальному отсутствию слоя

тропосферы над Антарктидой. Еще в 1942 г. в Бюллетене Американского

метеорологического сообщества была опубликована статья Арнольда

Кёрта «Исчезновение тропопаузы антарктической зимой» [20].

Отметим, что в другие периоды тропопауза в ее классическом смысле

[59] может быть определена и над Антарктидой. Автор [47], выполнивший

анализ данных 190 зондирований на станции Литтл Америка (78° с. ш.,

162° з. д.) с апреля 1940 по январь 1941 г., посчитал тропопаузу как уровень

радиационного равновесия и обнаружил наибольшее охлаждение атмос-

феры, соответствующее положению тропопаузы, на высотах между 8 и

10 км. В начале зимы Южного полушария этот уровень мог опускаться

ниже 7 км.

На сегодняшний день для однозначного определения тропопаузы

(с целью исключения проблемы «множественности») чаще всего исполь-

зуют «динамическую» концепцию, отождествляя границу между тропос-

ферой и стратосферой изоповерхностью некой пороговой величины верти-

кальной составляющей потенциального вихря Эртеля, чьи значения в

стратосфере на порядок превышают тропосферные [6]:

q= -g(ξ+f) ∂θ /∂р.

Здесь g – ускорение свободного падения; ξ – относительная завихрен-

ность; f – параметр Кориолиса; θ – потенциальная температура; р ‒

давление. Единицей измерения считается 1pvu=10^-6K кг^-1м²с^-1.

Следует отметить, что значения q в Южном полушарии отрицательны

(в отличие от Северного) из-за того, что параметр Кориолиса здесь меньше

нуля. Отметим, что в Северном полушарии динамическая тропопауза,

соответствующая той, что устанавливается в [59], чаще всего аппрокси-

мируется изэртелическими поверхностями в диапазоне 3‒4 pvu. Однако

большинство работ по исследованию тропопаузы в Южном полушарии

отождествляют ее поверхностью -2 pvu [16, 33, 39, 41, 52, 56].

Большой интерес исследователи проявляют к нарушению зональной

циркуляции, проявляющемуся в процессах блокирования, обусловленных

обрушением волн Россби (ОВР) вблизи тропопаузы. В [16] рассмат-

ривалось обрушение волн Россби на поверхности -2 pvu. Было уста-

новлено, что чаще всего блокирование волн происходит в средних широтах

Южного полушария, наблюдается преимущественно зимой в восточной

части Тихого океана и может охватывать всю тропосферу. Сравнительно

редкие летние эпизоды блокирования ограничены в основном западной

частью Тихого океана. При этом ОВР как зимой, так и летом проявляется

чаще в годы Эль-Ниньо, нежели в годы Ла-Нинья.

18

Гидрометеорологические прогнозы, математическое моделирование

Исследование морфологии эпизодов волнового обрушения относи-

тельно положения полярной струи обнаружило, что в целом на полярной

стороне струи происходит обрушение по циклоническому типу [52].

Смешанный тип наблюдается в средних широтах над районом Новой

Зеландии (запад Тихого океана, экваториальный фланг полярного СТ). В

средних широтах восточной части Тихого океана, где СТ слабы, наблю-

даются эпизоды обрушения волн по антициклоническому типу.

В [41] установлено, что в целом в Южном полушарии ОВР на

тропопаузе выше изэнтропы 320 К чаще всего происходит по антици-

клоническому типу. Существуют заметные различия в сезонных измене-

ниях ОВР: зимой повторяемость таких эпизодов минимальна вблизи

изэнтропической поверхности 350 K, летом – на поверхности 330 K. Эти

сезонные вариации обусловлены изменениями в расположении тропо-

сферных струй и динамической тропопаузы. Зимой положение субтропи-

ческой струи совпадает с положением тропопаузы на изэнтропической

поверхности 350 K над Австралией и в Южной части Тихого океана, что

приводит к сезонному минимуму ОВР на этих высотах. Летом на высоте

изэнтропы 330 К над Южной Атлантикой и югом Индийского океана

совпадают полярное СТ и тропопауза, что приводит к подавлению процес-

сов ОВР в этом регионе.

Проведенный в [15] анализ главных компонентов для внутрисезонной

изменчивости внетропической зонально-осредненной тропопаузы Южного

полушария показал, что эта изменчивость в основном определяется волно-

образной деформацией тропопаузы, а не изменениями ее высоты.

Подобные деформации вызваны аномальным обрушением волн на уровне

тропопаузы в уже существующем аномальном стратосферном полярном

вихре. Интенсивный полярный вихрь связан с подъемом тропопаузы,

слабый – с ее опусканием. При этом обрушение волн в средних широтах

формирует дипольное изменение тропопаузы. Эти две вынуждающие силы

действуют на разных масштабах и могут быть разделены путем частотной

фильтрации.

По данным климатического моделирования [45] установлено, что

причиной ослабления полярного вихря (а следовательно, понижения

тропопаузы) может быть генерация стационарных вертикально распро-

страняющихся волн в условиях низкой сплоченности антарктического

морского льда.

Деформация тропопаузы у берегов Антарктиды, проявляющаяся в

виде складкообразования (фолдинг), обсуждается в работе [33]. Известно,

что часто опускание тропопаузы происходит на обращенной к полюсу

стороне струйного течения. Однако авторами было установлено, что зимой

Южного полушария наличие СТ не может полностью объяснить подобную

деформацию тропопаузы вдоль побережья Восточной Антарктиды.

Дополнительным фактором, по мнению авторов, является сужение

(contradiction) меридионального размера вихрей синоптического масштаба,

Иванова А.Р.

19

которое обусловлено крутым рельефом Антарктического плато и радиа-

ционным выхолаживанием.

В [26] по данным ERA-Interim было установлено, что часто на уровне

тропопаузы вблизи полюса наблюдаются некоторые когерентные струк-

туры, которые могут быть идентифицированы по локальному минимуму

потенциальной температуры и локальному максимуму потенциальной

завихренности. Это так называемые «tropopause polar vortices» (TPV),

полярные вихри на тропопаузе, являющиеся предшественниками призем-

ных циклонов – поставщиков основного количества осадков над

антарктическим ледовым щитом. На траектории этих вихрей существенно

влияет рельеф Антарктиды. Расчеты по данным ERA-Interim показали, что

существуют три района высокой плотности таких структур: непосред-

ственно к востоку от Трансантарктического горного хребта над шель-

фовым ледником моря Росса, в районе Земли Коутса и хребта Шеклтона и

в районе Земли Мак-Робертсона. Было выдвинуто предположение, что

потенциальные аномалии завихренности возникают подобно вихревому

следу, когда западные ветры над Антарктидой приближаются к

вытянутому трансантарктическому хребту. В [58] указывается на связь

TPV с переносом влаги из субтропических широт в системах влажных

несущих полос («atmospheric river»).

В последние десятилетия было зафиксировано устойчивое повышение

высоты тропопаузы в глобальном масштабе [19]. Для Южного полушария

была произведена оценка тренда положения тропопаузы по градиенту

озона (озонопаузы) и вертикальному градиенту температуры [49].

Оказалось, что в период 1998‒2008 гг. в тропической зоне Южного

полушария (0‒15° ю. ш.) высота тропопаузы уменьшилась. В субтропи-

ческой зоне (15‒25° ю. ш.) результаты оказались неоднозначными – озоно-

пауза продемонстрировала повышение, а классическая «термическая»

тропопауза – понижение.

По данным реанализа NCEP/NCAR в [50] установлено, что в Южном

полушарии колебания высоты тропопаузы были обусловлены не только

аномалиями температуры в нижней стратосфере, но главным образом

вихревым переносом тепла к полюсу, связанным с вихрями синопти-

ческого масштаба, и неадиабатическим нагревом. Как указывалось в [28],

из-за однородности Южного полушария поток тепла, связанный с

бароклинными вихрями, практически не меняется в течение года, посколь-

ку здесь сохраняется направление меридионального градиента приземной

температуры во все сезоны. Вторичный максимум направленного к полюсу

вихревого потока тепла имеет место над тропопаузой Южного полушария

и связан с бароклинными волнами, не способными распространиться

высоко в стратосферу, амплитуды которых быстро разрушаются в нижней

стратосфере.

20

Гидрометеорологические прогнозы, математическое моделирование

Некоторые аспекты связи циркуляции в Южном полушарии

с динамикой стратосферного озона

Открытие в 80-х годах прошлого века резкого уменьшения кон-

центрации озона над Антарктидой, названного «озоновой дырой», было

зафиксировано в первую очередь по данным наземной аппаратуры

(фильтровых озонометров). К началу 1990-х гг. общее содержание озона

по данным измерений на российских антарктических станциях Мирный и

Восток составляло всего 70‒75 % от значений в период 1975‒1980 гг. [11].

С начала 2000-х гг. наблюдается тенденция возвращения величин общего

содержания озона к значениям, характерным для периода, предшест-

вовавшего появлению «озоновой дыры».

Как оказалось, открытие «озоновой дыры» позволило, кроме проблем,

связанных с губительным воздействием ультрафиолетовой радиации,

выявить довольно неожиданный эффект. Он был обнаружен в начале

2000-х гг. и состоял во влиянии резкого сокращения общего содержания

озона на циркуляцию во всей толще тропосферы Южного полушария

вплоть до подстилающей поверхности [31]. В [24] указывалось, что

истощение озонового слоя было основной причиной смещения к полюсу

тропосферного струйного течения в средних широтах летом Южного

полушария и положительного индекса южной кольцевой моды в конце

20 века. Уменьшение содержания озона в 1960‒1990-х годах привело к

значительному охлаждению стратосферы из-за меньшего количества

тепла, выделяемого в озоновом слое при экзотермических реакциях. Это

повлекло за собой охлаждение полярной стратосферы примерно на 7 °C,

что способствовало увеличению меридионального градиента температуры

между Антарктикой и средними широтами Южного полушария. В

результате произошло усиление западного стратосферного струйного

течения и сдвиг в сторону полюса тропосферного СТ [29]. Это утверждение

не всегда поддерживается исследователями, отдающими приоритет

атмосферной динамике над атмосферной химией [3].

После 2001 года на фоне восстановления озонового слоя наблюдаемые

величины трендов температуры в стратосфере оказались примерно на 50–

75 % меньше, чем в эпоху истощения озонового слоя [14, 60]. Ожидается

[24], что в течение последующих 50 лет восстановление озона практически

нивелирует этот тренд. В [51] приводятся результаты экспериментов с

ансамблем химико-климатических моделей, которые утверждают, что на

этом фоне прогнозируемое повышение внетропической тропопаузы

Южного полушария к концу 21 века существенно замедлится.

Хотя эффекты, связанные с «озоновой дырой», в основном

наблюдаются весной Южного полушария, в [30] было установлено, что

аномалии стратосферного озона, наблюдаемые поздней осенью (в мае),

также вызывают радиационное охлаждение, распространяющееся на

верхнюю тропосферу, и способствуют изменениям в тропосферной

циркуляции.

Иванова А.Р.

21

Заключение

Проведенный анализ особенностей атмосферной циркуляции Южного

полушария продемонстрировал некоторые ее отличия от хорошо изучен-

ных подобных черт в Северном полушарии. Это касается структуры и

динамики струйных течений, а также особенностей формирования и

деформации тропопаузы. Эту специфику следует принимать во внимание

не только при разработке постпроцессинга на базе выходной продукции

моделей ЧПП, но и при модификации и настройке самих глобальных

моделей.

Прежде всего, здесь не следует производить «загрубление» шага

сетки, так как вихреразрешающая способность модели оказывает влияние

на интенсивность струйных течений, определяемую процессами

энергообмена между вихрями и зональным потоком. Необходим точный

учет льда в модели – как морского, так и континентального, ибо

антарктический ледовый щит является одним из определяющих факторов

циркуляции в Южном полушарии. Наконец, необходима качественная

настройка радиационного блока модели, учитывающая не только

поступление солнечной радиации, но и ее взаимодействие с озоновым

слоем над Антарктидой, поскольку это будет определять как положение

тропопаузы, так и интенсивность циркумполярного стратосферного вихря,

регулирующего, в том числе, динамику тропосферных струйных течений.

Список литературы

1. Александров Е.И., Прахов А.Н. Сравнительная оценка некоторых климатических ха-

рактеристик станция Новолазаревская и аэродрома станции Новолазаревская // Проблемы

Арктики и Антарктики. 2017. Том. 63, № 3 (113). С. 27-38

2. Васильев А.А. Особенности метеорологических условий полетов самолетов над Ан-

тарктикой // Труды Гидрометцентра СССР. 1979. Вып. 215. С. 137-143.

3. Васильев А.А., Вильфанд Р.М. Распределение общего содержания озона в конце по-

лярной зимы – ключ к прогнозу экстремальных сезонов? // Метеорология и гидрология.

2010. № 5. С. 82-87.

4. Габис И.П. Влияние квазидвухлетних осцилляций (КДО) на стратосферный поляр-

ный вихрь в Антарктике // Проблемы Арктики и Антарктики. 2024. Том. 70, № 3. С. 353-

372. https://doi.org/10.30758/0555-2648-2024-70-3-353-372.

5. Груза Г.В., Ранькова Э.Я., Рочева Э.В. Крупномасштабные колебания циркуляции

атмосферы в Южном полушарии и их влияние на изменение климата некоторых регионов

земного шара в ХХ веке // Метеорология и гидрология. 2007. № 7. С. 5-17.

6. Иванова А.Р. Тропопауза: многообразие определений и современные подходы к

идентификации // Метеорология и гидрология. 2013. № 12. С. 23-36.

7. Иванова А.Р. Стратосферно-тропосферный обмен и его некоторые особенности во

внетропических широтах // Метеорология и гидрология. 2016. №3. С. 22-45.

8. Метеорологическое обеспечение международной аэронавигации. Приложение 3 к

Конвенции о международной гражданской авиации. Международная организация граждан-

ской авиации, издание 20-е, июль 2018.

9. Метеорология Южного полушария / под ред. Ч.У. Ньютона. Ленинград: Гидроме-

теоиздат, 1976. 260 с.

10. Саливончик С.В., Какарека С.В. Анализ трендов климатических показателей по

данным наземных метеонаблюдений и реанализа на Земле Эндерби, Восточная Антарктика

// Проблемы Арктики и Антарктики. 2022. Том. 68, № 2. С. 142-159.

22

Гидрометеорологические прогнозы, математическое моделирование

11. Сибир Е.Е., Радионов В.Ф. Вариации общего содержания озона на российских ан-

тарктических станциях. Результаты многолетних наблюдений // Проблемы Арктики и Ан-

тарктики. 2018. Том 64, №3 (117). С. 250-261.

12. Черников А.А. Развитие наблюдений и исследований по аэрологии // Очерки по

истории гидрометеорологической службы. Том 3. Книга II. СПб.: Гидрометеоиздат, 2005.

С. 177-191.

13. Aceituno P. On the functioning of the Southern Oscillation in the South American sector.

Part II: Upper-Air Circulation // J. Clim. 1989. Vol. 2. Р. 341-355.

14. Banerjee A., Fyfe J.C., Polvani L.M., Waugh D., Chan K.-L. A pause in Southern Hem-

isphere circulation trends due to the Montreal Protocol // Nature. 2020. Vol. 579. Р. 544-561.

https://doi.org/10.1038/s41586-020-2120-4.

15. Barroso J.A., Zurita-Gotor P. Intraseasonal variability of the zonal-mean extratropical

tropopause: the role of changes of the polar vortex strength and upper-troposphere wave breaking

// J. Atmos. Sci. 2016. Vol. 73. Р.1383-1399.

16. Berrisford P., Hoskins B.J., Tyrplis E. Blocking and Rossby Wave Breaking on the Dy-

namical Tropopause in the Southern Hemisphere // J. Atmos. Sci. 2007. Vol. 64. Р. 2881-2898.

17. Bracegirdle T.J., Holmes C.R., Hosking J.S., Marshall G.J., Osman M., Patterson M.,

Rackow T. Improvements in circumpolar Southern Hemisphere extratropical atmospheric circula-

tion in CMIP6 compared to CMIP5 // Earth and Space Science. 2020. Vol. 7, no. 6.

e2019EA001065. https://doi.org/10.1029/2019EA001065.

18. Byrne N.J., Shepherd T.G. Seasonal Persistence of Circulation Anomalies in the Southern

Hemisphere Stratosphere and Its Implications for the Troposphere // J. Clim. 2018. Vol. 31.

Р. 3467-3483.

19. Compendium of Findings on the Effects of Climate Change on Weather Hazards and

Analysis of the Impacts of Climate Change on Aviation Operations // AeM Series No. 9. WMO,

2025.

20. Court A. Tropopause disappearance during Antarctic winter // Bull. Amer. Met. Soc.

1942. Vol. 23. P. 220-238.

21. Cuff T.J., Cai M. Interaction between low- and high-transient eddies in the Southern

Hemisphere winter circulation // Tellus. 1996. Vol. 47A. P. 331-350.

22. Diamond R., Sime L.C., Holmes C.R., Schroeder D. CMIP6 Models Rarely Simulate

Antarctic Winter Sea-Ice Anomalies as Large as Observed in 2023 // Geophys. Res. Lett. 2024.

Vol. 58. 10 pp. https://doi.org/10.1029/2024GL109265.

23. Gallego D., Ribera P., Garcia-Herrera R., Hernandez E., Gimeno L. A new look for the

Southern Hemisphere jet stream // Climate Dynamics. 2005. Vol. 24. P. 607-621. DOI

10.1007/s00382-005-0006-7.

24. Garnfinkel C.I., White I., Gerber E.P., Son S.-W., Jucker M. Stationary Waves Weaken

and Delay the Near-Surface Response to Stratospheric Ozone Depletion // J. Clim. 2023. Vol. 36.

P. 565-583. DOI: 10.1175/JCLI-D-21-0874.1.

25. Gerber E.-P., Son S.-W. Quantifying the Summertime Response of the Austral Jet Stream

and Hadley Cell to Stratospheric Ozone and Greenhouse Gases // J. Clim. 2014. Vol. 27. P. 5538-

5559.

26. Gordon A.E., Cavallo S.M., Novak A.K. Evaluating Common Characteristics of Antarctic

Tropopause Polar Vortices // J. Atm. Sci. 2023. Vol. 80. P. 337-352. https://doi.org/10.1175/jas-d-

22-0091.1

27. Fredericksen J.S., Fredericksen C.S. Interdecadal changes in southern hemisphere winter

storm track modes // Tellus. 2007. Vol. 59A. P. 559-617.

28. Hartmann D.L. The atmospheric general circulation and its variability // J. Met. Soc.

Japan, 2007. Vol. 85(B). P. 123-143.

29. Hudson R.D. Measurements of the movement of the jet streams at mid-latitudes, in the

Northern and Southern Hemispheres, 1979 to 2010 // Atm. Chem. Phys. 2012. Vol. 12. P. 7798-

7808. DOI: 10.5194/acp-12-7797-2012.

30. Ivy D.J., Hilgenbrink C., Kinnison D., Plumb R.A., Sheshadri A., Solomon S., Thompson

D.W.J. Observed Changes in the Southern Hemispheric Circulation in May // J. Clim. 2017.

Vol. 30. P. 527-536. DOI: 10.1175/JCLI-D-16-0394.

Иванова А.Р.

23

31. Karpechko A. Jet stream stops shifting as ozone layer recovers // Nature. 2020. Vol. 579.

P. 500-501.

32. Kidston J., Frierson D.M.W., Renwick J.A., Vallis G.K. Observations, Simulations, and

Dynamics of Jet Stream Variability and Annular Modes // J. Clim. 2010. Vol. 23. P. 6186-6199.

DOI: 10.1175/2010JCLI3235.1.

33. Kohma M., Mizukoshi M., Sato K. Dynamical Analysis of Tropopause Folding Events in

the Coastal Region of Antarctica // J. Clim. 2022. Vol. 35. P. 4687-4700.

34. Kushner P., Held I.M., Delworth T.L. Southern Hemisphere Atmospheric Circulation

Response to Global Warming // J. Clim. 2000. Vol.14. P. 2238-2249.

35. Manney G.L., Hegglin M.I., Daffer W.H., Schwartz M.J., Santee M.L., Pawson S. Clima-

tology of Upper Tropospheric–Lower Stratospheric (UTLS) Jets and Tropopauses in MERRA // J.

Clim. 2014. Vol. 27. P. 3248-3271. DOI: 10.1175/JCLI-D-13-00243.1.

36. Marshall G.J., Stott P.A., Turner J., Connolley W.M., King J.C. Lachlan-Cope T.A.

Causes of exceptional atmospheric circulation changes in the Southern Hemisphere // Geophys.

Res. Lett. 2004. Vol. 31. L14205. DOI: 10.1029/2004GL019952.

37. Marshall G.J., Thompson D.W.J., van den Broeke M.R. The Signature of Southern Hem-

isphere Atmospheric Circulation Patterns in Antarctic Precipitation // Geophys. Res. Lett. 2017.

Vol. 44, no. 22. P.11580-11589.

38. McKay R., Boschat G., Rudeva I., Dowdy A., Rauniyar S., Gillett Z., Purich A., Pepler

A., Hope P. A review of the observed changes in the Southern Hemisphere circulation and their

links to rainfall changes in south-eastern Australia. Bureau of Meteorology, Australia, Bureau Re-

search Report No. 054, July 2021.

39. Meloen J., Siegmund P.C., Sigmond P. A Lagrangian computation of stratosphere–trop-

osphere exchange in a tropopause-folding event in the subtropical Southern Hemisphere // Tellus.

2001. Vol. 53A. P. 368-379.

40. Nakamura H., Shimpo A. Seasonal Variations in the Southern Hemisphere Storm Tracks

and Jet Streams as Revealed in a Reanalysis Dataset // J. Clim. 2004. Vol. 17. P. 1828-1844.

41. Ndarana T., Waugh D.W. Climatology of Rossby Wave Breaking on the Southern Hem-

isphere Tropopause // J. Atm. Sci. 2011. Vol. 68. P. 798-811. DOI: 10.1175/2010JAS3460.1

42. Peña-Ortiz C., Manzini E., Giorgetta M.A. Tropical Deep Convection Impact on South-

ern Winter Stationary Waves and Its Modulation by the Quasi-Biennial Oscillation // J. Clim. 2019.

Vol. 32. P. 7453-7467.

43. Pourret V., Šavli M., Mahfouf J.-F., Raspaud D., Doerenbecher A., Benichou H., Payan

C. Operational assimilation of Aeolus winds in the Météo-France global NWP model ARPEGE //

Quarterly Royal Meteorology Society. 2022. Vol. 148. P. 2652-2671. DOI: 10.1002/qj.4329.

44. Prince H.D., Gullenn J., Gibson P.B., Conway J., Kingston D.G. A Climatology of At-

mospheric Rivers in New Zealand // J. Clim. 2021. Vol. 34. P. 4383-4402. DOI: 10.1175/JCLI-D-

20-0664.1.

45. Rea D., Elsbury D., Butler A. H., Sun L., Peings, Y., Magnusdottir G. Interannual influ-

ence of Antarctic sea ice on Southern Hemisphere stratosphere-troposphere coupling // Geophys.

Res. Lett. 2024. Vol. 51. e2023GL107478. https://doi.org/10.1029/2023GL107478.

46. Riviere G. A Dynamical Interpretation of the Poleward Shift of the Jet Streams in Global

Warming Scenarios // J. Atm. Sci. 2011. Vol. 68. P. 1253-1272. DOI: 10.1175/2011JAS3641.1.

47. Rubin M.J. Seasonal variations of the Antarctic tropopause // J. Meteorology. 1953.

Vol. 10. P. 127-134.

48. Simmons A.J. Trends in the tropospheric general circulation from 1979 to 2022 // Wea.

Clim. Dynam. Discuss. 2022. 45 p. https://doi.org/10.5194/wcd-2022-19.

49. Sivakumar D., Bencherif H., Begue N., Thompson A.M. Tropopause Characteristics and

Variability from 11 yr of SHADOZ Observations in the Southern Tropics and Subtropics // J. Appl.

Met. Clim. 2011. Vol. 50. P. 1403-1416. DOI: 10.1175/2011JAMC2453.1.

50. Son S.-W., Lee S., Felrstein S.B. Intraseasonal Variability of the Zonal-Mean Extratrop-

ical Tropopause Height // J. Atm. Sci. 2007. Vol. 64. P. 608-620. DOI: 10.1175/JAS3855.1

51. Son S.-W., Polvani L., Waugh D.W., Birner T., Akiyoshi H., Garcia R.R., Gettelman A.,

Plummer D.A., Rozanov E. The Impact of Stratospheric Ozone Recovery on Tropopause Height

Trends // J. Clim. 2009. Vol. 22. P. 429-445. DOI: 10.1175/2008JCLI2215.1.

24

Гидрометеорологические прогнозы, математическое моделирование

52. Song J., Li C., Pan J., Zhou W. Climatology of Anticyclonic and Cyclonic Rossby Wave

Breaking on the Dynamical Tropopause in the Southern Hemisphere // J. Clim. 2011. Vol. 24.

P. 1239-1251. DOI: 10.1175/2010JCLI3157.1.

53. Speer M.S., Leslie L. M., Hartigan J. Jet Stream Changes over Southeast Australia during

the Early Cool Season in Response to Accelerated Global Warming // Climate. 2022. Vol. 10.

P. 84. https://doi.org/10.3390/cli10060084.

54. Stone K.A., Solomon S., Thompson D.W.J., Kinnison D., Fyfe J.C. On the Southern Hem-

isphere Stratospheric Response to ENSO and Its Impacts on Tropospheric Circulation // J. Clim.

2022. Vol. 35. P. 1963-1981.

55. Thompson D.W.J., Crow B.R., Barnes E.A. Intraseasonal Periodicity in the Southern

Hemisphere Circulation on Regional Spatial Scales // J. Atm. Sci. 2017. Vol. 74. P. 865-877.

56. Tinney E.N., Homeyer C.R., Elizalde L., Hurst D.F., Thompson A.M., Stauffer R.M.,

Vomel H., Selkirk H.B. A Modern Approach to a Stability-Based Definition of the Tropopause //

Mon. Wea. Rev. 2022. Vol. 12. P. 3151-3174.

57. Wang Ya, Huang G., Hu K., Tao W., Li X., Gong H., Gu L., Chang W. Asymmetric

Impacts of El Ni˜no and La Ni˜na on the Pacific–South America Teleconnection Pattern // J. Clim.

2022. Vol. 35. P. 1825-1838. DOI: 10.1175/JCLI-D-21-0285.1.

58. Wille J.D., Pohl B., Favier V., Winters A.C., Baiman R., Cavallo S.M. et al. Examining

atmospheric river life cycles in East Antarctica // J. Geophys. Res. Atmospheres. 2024. Vol. 129.

e2023JD039970. https://doi.org/10.1029/2023JD039970.

59. WMO. Definition of the tropopause // WMO Bull. 1957. Vol. 6. P. 134-138.

60. Zambri B., Solomon S., Thompson D.W.J., Fu Q. Emergence of Southern Hemisphere

stratospheric circulation changes in response to ozone recovery // Nature Geoscience. 2021.

Vol. 14. P. 638-644.

61. Zhu Z., Liu J., Song M., Hu Y. Changes in Extreme Temperature and Precipitation over

the Southern Extratropical Continents in Response to Antarctic Sea Ice Loss // J. Clim. Vol. 36,

no. 14. P 1-41.

62. Zuev V.V., Savelieva E.S., Krupchatnikov V.N., Borovko I.V., Pavlinsky A.V., Chkhetiani

O.G., Maslennikova E.A. Antarctic polar vortex dynamics in 2019 and 2020 under the influence

of the subtropical stratosphere // Arctic and Antarctic Research. 2023. Vol. 69, no. 4. P. 452-463.

https://doi.org/10.30758/0555-2648-2023-69-4-452-463.

References

1. Aleksandrov E.I., Prahov A.N. Sravnitel'naya ocenka nekotoryh klimaticheskih harakter-

istik stanciya Novolazarevskaya i aerodroma stancii Novolazarevskaya. Problemy Arktiki i Antark-

tiki [Arctic and Antarctic Research], 2017, vol. 63, no. 3 (113), pp. 27-38 [in Russ.].

2. Vasil'ev A.A. Osobennosti meteorologicheskih uslovij poletov samoletov nad Antarktikoj.

Trudy Gidromettsentra SSSR [Proceedings of the Hydrometcentre of the USSR], 1979, vol. 215,

pp. 137-143 [in Russ.].

3. Vasil’ev A.A., Vil’fand R.M. The distribution of the total ozone values in the end of the

polar winter ‒ the key to the forecast of extreme seasons? Russ. Meteorol. Hydrol., 2010, vol. 35,

no. 5, pp. 349-352. DOI: 10.3103/S1068373910050080.

4. Gabis I.P. Vliyanie kvazidvuhletnih oscillyacij (KDO) na stratosfernyj polyarnyj vihr' v

Antarktike [Influence of quasi-biennial oscillations (QBO) on the stratospheric polar vortex in the

Antarctic]. Problemy Arktiki i Antarktiki [Arctic and Antarctic Research], 2024, vol. 70, no. 3,

pp. 353-372 [in Russ.]. DOI: 10.30758/0555-2648-2024-70-3-353-372.

5. Gruza, G.V., Ran’kova, E.Y., Rocheva, E.V. Large-scale oscillations of the atmospheric

circulation in the southern hemisphere and their influence on climate change in some regions of

the globe in the 20th century. Russ. Meteorol. Hydrol., 2007, vol. 32, no. 7, pp. 417-425. DOI:

10.3103/S1068373907070011.

6. Ivanova A.R. The tropopause: Variety of definitions and modern approaches to identifica-

tion.

Russ.

Meteorol.

Hydrol.,

2013,

vol.

38,

no.

12,

pp.

808-817.

https://doi.org/10.3103/S1068373913120029.

Иванова А.Р.

25

7. Ivanova A.R. Stratosphere-troposphere exchange and its specific features at extratropical

latitudes. Russ. Meteorol. Hydrol. 2016, vol. 41, no. 3, pp. 170-185. DOI:

10.3103/S106837391603002X.

8. Meteorologicheskoe obespechenie mezhdunarodnoj aeronavigacii. Prilozhenie 3 k Kon-

vencii o mezhdunarodnoj grazhdanskoj aviacii. Mezhdunarodnaya organizaciya grazhdanskoj avi-

acii, izdanie 20-e, iyul' 2018 [in Russ.].

9. Meteorologiya Yuzhnogo polushariya / pod red. Ch.U. N'yutona. Leningrad, Gidromete-

oizdat publ., 1976, 260 p. [in Russ.].

10. Salivonchik S.V., Kakareka S.V. Analiz trendov klimaticheskih pokazatelej po dannym

nazemnyh meteonablyudenij i reanaliza na Zemle Enderbi, Vostochnaya Antarktika [Analysis of

trends of meteoclimatic characteristics at Enderby Land, East Antarctica based on land observa-

tions data and reanalysis]. Problemy Arktiki i Antarktiki [Arctic and Antarctic Research], 2022,

vol. 68, no. 2, pp. 142-159 [in Russ.].

11. Sibir E.E., Radionov V.F. Variacii obshchego soderzhaniya ozona na rossijskih antark-

ticheskih stanciyah. Rezul'taty mnogoletnih nablyudenij. Problemy Arktiki i Antarktiki [Arctic and

Antarctic Research], 2018, vol. 64, no. 3 (117), pp. 250-261 [in Russ.].

12. Chernikov A.A. Razvitie nablyudenij i issledovanij po aerologii. Ocherki po istorii gidro-

meteorologicheskoj sluzhby. Tom 3. Kniga II. Sankt-Peterburg: Gidrometeoizdat publ, 2005, pp.

177-191 [in Russ.].

13. Aceituno P. On the functioning of the Southern Oscillation in the South American sector.

Part II: Upper-Air Circulation. J. Clim., 1989, vol. 2, pp. 341-355.

14. Banerjee A., Fyfe J.C., Polvani L.M., Waugh D., Chan K.-L. A pause in Southern Hem-

isphere circulation trends due to the Montreal Protocol. Nature, 2020, vol. 579, pp. 544-561. DOI:

10.1038/s41586-020-2120-4.

15. Barroso J.A., Zurita-Gotor P. Intraseasonal variability of the zonal-mean extratropical

tropopause: the role of changes of the polar vortex strength and upper-troposphere wave breaking.

J. Atmos. Sci., 2016, vol. 73, pp. 1383-1399.

16. Berrisford P., Hoskins B.J., Tyrplis E. Blocking and Rossby Wave Breaking on the Dy-

namical Tropopause in the Southern Hemisphere. J. Atmos. Sci., 2007, vol. 64, pp. 2881-2898.

17. Bracegirdle T.J., Holmes C.R., Hosking J.S., Marshall G.J., Osman M., Patterson M.,

Rackow T. Improvements in circumpolar Southern Hemisphere extratropical atmospheric circula-

tion in CMIP6 compared to CMIP5. Earth and Space Science, 2020, vol. 7, no. 6. e2019EA001065.

DOI: 10.1029/2019EA001065.

18. Byrne N.J., Shepherd T.G. Seasonal Persistence of Circulation Anomalies in the Southern

Hemisphere Stratosphere and Its Implications for the Troposphere. J. Clim., 2018, vol. 31,

pp. 3467-3483.

19. Compendium of Findings on the Effects of Climate Change on Weather Hazards and

Analysis of the Impacts of Climate Change on Aviation Operations. AeM Series No. 9, WMO,

2025.

20. Court A. Tropopause disappearance during Antarctic winter. Bull. Amer. Met. Soc., 1942,

vol. 23, pp. 220-238.

21. Cuff T.J., Cai M. Interaction between low- and high-transient eddies in the Southern

Hemisphere winter circulation. Tellus, 1996, vol. 47A, pp. 331-350.

22. Diamond R., Sime L.C., Holmes C.R., Schroeder D. CMIP6 Models Rarely Simulate

Antarctic Winter Sea-Ice Anomalies as Large as Observed in 2023. Geophys. Res. Lett., 2024,

vol. 58, 10 p. DOI: 10.1029/2024GL109265.

23. Gallego D., Ribera P., Garcia-Herrera R., Hernandez E., Gimeno L. A new look for the

Southern Hemisphere jet stream. Climate Dynamics, 2005, vol. 24, pp. 607-621. DOI:

10.1007/s00382-005-0006-7.

24. Garnfinkel C.I., White I., Gerber E.P., Son S.-W., Jucker M. Stationary Waves Weaken

and Delay the Near-Surface Response to Stratospheric Ozone Depletion. J. Clim., 2023, vol. 36,

pp. 565-583. DOI: 10.1175/JCLI-D-21-0874.1.

25. Gerber E.-P., Son S.-W. Quantifying the Summertime Response of the Austral Jet Stream

and Hadley Cell to Stratospheric Ozone and Greenhouse Gases. J. Clim., 2014, vol. 27, pp. 5538-

5559.

26

Гидрометеорологические прогнозы, математическое моделирование

26. Gordon A.E., Cavallo S.M., Novak A.K. Evaluating Common Characteristics of Antarctic

Tropopause Polar Vortices. J. Atm. Sci., 2023, vol. 80, pp. 337-352. DOI: 10.1175/jas-d-22-0091.1.

27. Fredericksen J.S., Fredericksen C.S. Interdecadal changes in southern hemisphere winter

storm track modes. Tellus, 2007, vol. 59A, pp. 559-617.

28. Hartmann D.L. The atmospheric general circulation and its variability. J. Met. Soc.

Japan, 2007, vol. 85(B), pp. 123-143.

29. Hudson R.D. Measurements of the movement of the jet streams at mid-latitudes, in the

Northern and Southern Hemispheres, 1979 to 2010. Atm. Chem. Phys., 2012, vol. 12, pp. 7798-

7808. DOI: 10.5194/acp-12-7797-2012.

30. Ivy D.J., Hilgenbrink C., Kinnison D., Plumb R.A., Sheshadri A., Solomon S., Thompson

D.W.J. Observed Changes in the Southern Hemispheric Circulation in May. J. Clim., 2017, vol. 30,

pp. 527-536. DOI: 10.1175/JCLI-D-16-0394.

31. Karpechko A. Jet stream stops shifting as ozone layer recovers. Nature, 2020, vol. 579,

pp. 500-501.

32. Kidston J., Frierson D.M.W., Renwick J.A., Vallis G.K. Observations, Simulations, and

Dynamics of Jet Stream Variability and Annular Modes. J. Clim., 2010, vol. 23, pp. 6186-6199.

DOI: 10.1175/2010JCLI3235.1.

33. Kohma M., Mizukoshi M., Sato K. Dynamical Analysis of Tropopause Folding Events in

the Coastal Region of Antarctica. J. Clim, 2022, vol. 35, pp. 4687-4700.

34. Kushner P., Held I.M., Delworth T.L. Southern Hemisphere Atmospheric Circulation

Response to Global Warming. J. Clim., 2000, vol. 14, pp. 2238-2249.

35. Manney G.L., Hegglin M.I., Daffer W.H., Schwartz M.J., Santee M.L., Pawson S. Clima-

tology of Upper Tropospheric–Lower Stratospheric (UTLS) Jets and Tropopauses in MERRA.

J. Clim., 2014, vol. 27, pp. 3248-3271. DOI: 10.1175/JCLI-D-13-00243.1.

36. Marshall G.J., Stott P.A., Turner J., Connolley W.M., King J.C. Lachlan-Cope T.A.

Causes of exceptional atmospheric circulation changes in the Southern Hemisphere. Geophys. Res.

Lett., 2004, vol. 31, L14205. DOI: 10.1029/2004GL019952.

37. Marshall G.J., Thompson D.W.J., van den Broeke M.R. The Signature of Southern Hem-

isphere Atmospheric Circulation Patterns in Antarctic Precipitation. Geophys. Res. Lett., 2017,

vol. 44, no. 22, pp.11580-11589.

38. McKay R., Boschat G., Rudeva I., Dowdy A., Rauniyar S., Gillett Z., Purich A., Pepler

A., Hope P. A review of the observed changes in the Southern Hemisphere circulation and their

links to rainfall changes in south-eastern Australia. Bureau of Meteorology, Australia, Bureau Re-

search Report No. 054, July 2021.

39. Meloen J., Siegmund P.C., Sigmond P. A Lagrangian computation of stratosphere–trop-

osphere exchange in a tropopause-folding event in the subtropical Southern Hemisphere. Tellus,

2001, vol. 53A, pp. 368-379.

40. Nakamura H., Shimpo A. Seasonal Variations in the Southern Hemisphere Storm Tracks

and Jet Streams as Revealed in a Reanalysis Dataset. J. Clim., 2004, vol. 17, pp. 1828-1844.

41. Ndarana T., Waugh D.W. Climatology of Rossby Wave Breaking on the Southern Hem-

isphere Tropopause. J. Atm. Sci., 2011, vol. 68, pp. 798-811. DOI: 10.1175/2010JAS3460.1.

42. Peña-Ortiz C., Manzini E., Giorgetta M.A. Tropical Deep Convection Impact on South-

ern Winter Stationary Waves and Its Modulation by the Quasi-Biennial Oscillation. J. Clim., 2019,

vol. 32, pp. 7453-7467.

43. Pourret V., Šavli M., Mahfouf J.-F., Raspaud D., Doerenbecher A., Benichou H., Payan

C. Operational assimilation of Aeolus winds in the Météo-France global NWP model ARPEGE.

Quarterly Royal Meteorology Society, 2022, vol. 148, pp. 2652-2671. DOI: 10.1002/qj.4329.

44. Prince H.D., Gullenn J., Gibson P.B., Conway J., Kingston D.G. A Climatology of At-

mospheric Rivers in New Zealand. J. Clim., 2021, vol. 34, pp. 4383-4402. DOI: 10.1175/JCLI-D-

20-0664.1.

45. Rea D., Elsbury D., Butler A. H., Sun L., Peings, Y., Magnusdottir G. Interannual influ-

ence of Antarctic sea ice on Southern Hemisphere stratosphere-troposphere coupling. Geophys.

Res. Lett., 2024, vol. 51, e2023GL107478. https://doi.org/10.1029/2023GL107478.

46. Riviere G. A Dynamical Interpretation of the Poleward Shift of the Jet Streams in Global

Warming Scenarios. J. Atm. Sci., 2011, vol. 68, pp. 1253-1272. DOI: 10.1175/2011JAS3641.1

Иванова А.Р.

27

47. Rubin M.J. Seasonal variations of the Antarctic tropopause. J. Meteorology., 1953,

vol. 10, pp. 127-134.

48. Simmons A.J. Trends in the tropospheric general circulation from 1979 to 2022. Wea.

Clim. Dynam. Discuss., 2022, 45 p. DOI: 10.5194/wcd-2022-19.

49. Sivakumar D., Bencherif H., Begue N., Thompson A.M. Tropopause Characteristics and

Variability from 11 yr of SHADOZ Observations in the Southern Tropics and Subtropics. J. Appl.

Met. Clim., 2011, vol. 50, pp. 1403-1416. DOI: 10.1175/2011JAMC2453.1.

50. Son S.-W., Lee S., Felrstein S.B. Intraseasonal Variability of the Zonal-Mean Extratrop-

ical Tropopause Height. J. Atm. Sci., 2007, vol. 64, pp. 608-620. DOI: 10.1175/JAS3855.1.

51. Son S.-W., Polvani L., Waugh D.W., Birner T., Akiyoshi H., Garcia R.R., Gettelman A.,

Plummer D.A., Rozanov E. The Impact of Stratospheric Ozone Recovery on Tropopause Height

Trends. J. Clim., 2009, vol. 22, pp. 429-445. DOI: 10.1175/2008JCLI2215.1.

52. Song J., Li C., Pan J., Zhou W. Climatology of Anticyclonic and Cyclonic Rossby Wave

Breaking on the Dynamical Tropopause in the Southern Hemisphere. J. Clim., 2011, vol. 24,

pp. 1239-1251. DOI: 10.1175/2010JCLI3157.1.

53. Speer M.S., Leslie L. M., Hartigan J. Jet Stream Changes over Southeast Australia during

the Early Cool Season in Response to Accelerated Global Warming. Climate, 2022, vol. 10, pp. 84.

DOI: 10.3390/cli10060084.

54. Stone K.A., Solomon S., Thompson D.W.J., Kinnison D., Fyfe J.C. On the Southern Hem-

isphere Stratospheric Response to ENSO and Its Impacts on Tropospheric Circulation. J. Clim.,

2022, vol. 35, pp. 1963-1981.

55. Thompson D.W.J., Crow B.R., Barnes E.A. Intraseasonal Periodicity in the Southern

Hemisphere Circulation on Regional Spatial Scales. J. Atm. Sci., 2017, vol. 74, pp. 865-877.

56. Tinney E.N., Homeyer C.R., Elizalde L., Hurst D.F., Thompson A.M., Stauffer R.M.,

Vomel H., Selkirk H.B. A Modern Approach to a Stability-Based Definition of the Tropopause.

Mon. Wea. Rev., 2022, vol. 12, pp. 3151-3174.

57. Wang Ya, Huang G., Hu K., Tao W., Li X., Gong H., Gu L., Chang W. Asymmetric

Impacts of El Ni˜no and La Ni˜na on the Pacific–South America Teleconnection Pattern. J. Clim.,

2022, vol. 35, pp. 1825-1838. DOI: 10.1175/JCLI-D-21-0285.1.

58. Wille J.D., Pohl B., Favier V., Winters A.C., Baiman R., Cavallo S.M. et al. Examining

atmospheric river life cycles in East Antarctica. J. Geophys. Res. Atmospheres, 2024, vol. 129,

e2023JD039970. DOI: 10.1029/2023JD039970.

59. WMO. Definition of the tropopause. WMO Bull., 1957, vol. 6, pp. 134-138.

60. Zambri B., Solomon S., Thompson D.W.J., Fu Q. Emergence of Southern Hemisphere

stratospheric circulation changes in response to ozone recovery. Nature Geoscience, 2021, vol. 14,

pp. 638-644.

61. Zhu Z., Liu J., Song M., Hu Y. Changes in Extreme Temperature and Precipitation over

the Southern Extratropical Continents in Response to Antarctic Sea Ice Loss. J. Clim., vol. 36,

no. 14, pp. 1-41.

62. Zuev V.V., Savelieva E.S., Krupchatnikov V.N., Borovko I.V., Pavlinsky A.V., Chkhetiani

O.G., Maslennikova E.A. Antarctic polar vortex dynamics in 2019 and 2020 under the influence

of the subtropical stratosphere. Arctic and Antarctic Research, 2023, vol. 69, no. 4, pp. 452-463.

DOI: 10.30758/0555-2648-2023-69-4-452-463.

Поступила 28.01.2025; одобрена после рецензирования 04.06.2025;

принята в печать 18.06.2025.

Submitted 28.01.2025; approved after reviewing 04.06.2025;

accepted for publication 18.06.2025.