Гидрометеорологические исследования и прогнозы. 2025. № 3 (397). С. 32-48

32

DOI: https://doi.org/10.37162/2618-9631-2025-3-32-48

УДК 551.510.528

Характеристики внетропической тропопаузы

в Южном полушарии

по данным аэрологического зондирования

У.О. Соколова, А.Р. Иванова, Е.Н. Скриптунова

Гидрометеорологический научно-исследовательский центр

Российской Федерации, г. Москва, Россия

ivanova@mecom.ru

Исследована сезонная и межгодовая изменчивость высоты и температуры тропо-

паузы на основании информации 41 станции аэрологического зондирования, распо-

ложенной южнее 30° ю. ш., в период 2015‒2024 гг. Получены средние значения ха-

рактеристик тропопаузы и их распределение, обсуждается влияние антарктического

континента на положение тропопаузы. Проведен поиск трендов высоты тропопаузы

в Южном полушарии за прошедшее десятилетие.

Ключевые слова: тропопауза, Южное полушарие, аэрологическое зондирование

Extratropical tropopause features in Southern Hemisphere

based on the upper-air sounding data

U.O. Sokolova, A.R. Ivanova, E.N. Skriptunova

Hydrometeorological Research Center of Russian Federation, Moscow, Russia

ivanova@mecom.ru

The seasonal and interannual variability of the tropopause height and temperature was

studied using the information from 41 upper-air sounding stations located south of 30° dur-

ing 2015‒2024. Average values and the distribution of the tropopause characteristics were

obtained, and the influence of the Antarctic continent on the tropopause location was dis-

cussed. A search for trends in the tropopause height in the Southern Hemisphere over the

past decade was carried out.

Keywords: tropopause, Southern Hemisphere, upper-air sounding

Введение

Изучение динамики тропопаузы связано с необходимостью метеоро-

логического обеспечения авиации. Информация о высоте границы между

тропосферой и стратосферой является составной частью карт особых явле-

ний для авиации (SigWX). До 2022 г. лаборатория зональных прогнозов

Гидрометцентра России выпускала подобные карты исключительно для

территории Северного полушария. В настоящее время в связи с созданием

Российского центра зональных прогнозов требуется подготовка такой ин-

формации для всего глобуса. Однако, как было указано в [2], в Южном по-

лушарии существуют особенности циркуляции, оказывающие влияние

Соколова У.О., Иванова А.Р., Скриптунова Е.Н.

33

в том числе на структуру и динамику тропопаузы. По этой причине важно

иметь представление об изменчивости характеристик тропопаузы в этом

регионе.

Одним из самых надежных источников для определения положения

тропопаузы является аэрологическая информация. По данным об измеряе-

мой датчиком радиозонда температуре производится поиск уровня, соот-

ветствующего классическому определению тропопаузы, сформулирован-

ному в документах Всемирной метеорологической организации [12].

Кроме того, по значениям представленной в материалах зондирования по-

тенциальной температуры может быть определено положение тропопаузы

согласно [11]. В данной работе анализируются значения высоты и темпе-

ратуры тропопаузы [12] на основании информации радиозондирования на

станциях Южного полушария за период 2015‒2024 гг. Зона южнее

30° ю. ш. выбрана из-за максимальной изменчивости характеристик тропо-

паузы во внетропической области [3].

Используемые данные

Поскольку тропопауза является поверхностью раздела между двумя

частями земной атмосферы – тропосферы и стратосферы – с совершенно

разными свойствами, существует множество способов определения ее по-

ложения [3]. Тропопауза может быть установлена по различию в свойствах,

таких как распределение с высотой температуры (обычной или потенци-

альной), содержание химических элементов (озона, водяного пара), значе-

ние потенциального вихря Эртеля и пр. В настоящей работе тропопауза

определялась по классическому определению Всемирной метеорологиче-

ской организации – это «минимальная высота, на которой вертикальный

градиент температуры падает до 0,2 °С/100 м (или ниже) и среднее значе-

ние этого параметра в вышележащем слое толщиной 2 км не превышает 2

°С/км» [12]. Вертикальный профиль температуры по данным значений на

уровнях аппроксимировался гладкой кривой с помощью сплайна третьего

порядка с условиями равенства нулю второй производной на верхней и

нижней границах. Далее снизу с шагом 1 м производился поиск уровня, на

котором выполнялось условие [12]. Этот уровень назначался высотой тро-

попаузы, а соответствующая ему температура на профиле – температурой

тропопаузы.

Для анализа были использованы материалы 41 станции аэрологиче-

ского зондирования (рис. 1), расположенной на территории Австралии, Но-

вой Зеландии, Африки, Южной Америки и Антарктиды за 10 лет (с 2015

по 2024 год). Общее количество зондов, пригодных для обработки, соста-

вило 166509 (первоначальное количество

‒

около 180 тысяч)

[https://weather.uwyo.edu/upperair/sounding_legacy. html].

Сведения о характеристиках тропопаузы извлекались из информации

только тех зондов, которые выпускались в стандартные сроки 00 и 12 ч

ВСВ. Исключение составляли данные на станциях Новой Зеландии, где,

34

Гидрометеорологические прогнозы, математическое моделирование

очевидно, в силу расположения территории страны в различных часовых

поясах (от UTC-11 до UTC+13), особенно много запусков происходило в

нестандартные сроки (03, 06, 09, 15, 18, 21 ч ВСВ).

Рис. 1. Аэрологические станции Южного полушария (к югу от 30° ю. ш.).

Fig. 1. Upper-air sounding stations in Southern Hemisphere (south 30 S).

Была произведена процедура фильтрации данных с целью исключения

неподходящей для обработки информации. К такому «браку» относились

данные, содержащие положительные значения температуры на высотах бо-

лее 6 км, данные ракетных запусков, начинающиеся с высоты 17‒18 км,

случаи повторной записи на одном и том же уровне или случаи снижения

радиозонда в полете, когда построение сплайна технически оказывалось

невозможным. В ходе проведенного анализа было выявлено, что информа-

ция от 7.3 % общего числа зондов непригодна для определения положения

тропопаузы. Наибольшее количество таких зондов было отмечено в Новой

Зеландии – 16,9 % от общего числа на данной территории. В Африке этот

показатель составил 14.5 %, в Южной Америке – 7.6 %, Антарктиде –

6.4 %. Наименьшее число зондов, содержащих тот или иной вид ошибок,

было зафиксировано в Австралии – 2.3 %. Было установлено, что количе-

ство непригодных для расчетов зондов уменьшалось в течение рассматри-

ваемого десятилетнего периода. Так, с 2015 по 2019 год их число варьиро-

валось от 1298 до 2278 (суммарно в год для всех территорий), тогда как в

период с 2020 по 2024 год оно не превышало 1 тыс. (от 676 до 912 еже-

годно).

Соколова У.О., Иванова А.Р., Скриптунова Е.Н.

35

Поскольку Южное полушарие преимущественно океаническое, стан-

ций, расположенных южнее 30° ю. ш., оказалось не так много: 14 – в Ав-

стралии, по 11 – в Южной Америке и Антарктиде, 3 – в Новой Зеландии, 2

– на африканском континенте. При этом далеко не везде запуск зондов про-

изводился регулярно: на некоторых станциях отсутствует информация за

несколько месяцев или даже за несколько лет. Максимальные пропуски в

данных отмечены на российской станции Новолазаревская (полностью

2019‒2020 гг.) в Антарктиде и на станциях 87715 (2015‒2016 гг.) и 87576

(2023‒2024 гг.) в Южной Америке. В окончательной выборке количество

зондов меняется от 625 на Base Marambio в Антарктиде до 7049 на станции

94672 YPAD, расположенной вблизи аэропорта Мельбурн в Австралии

(табл. 1).

Таблица 1. Характеристики станций аэрологического зондирования и коли-

чество зондов, используемых для обработки

Table 1. Position of upper-air sounding station and number of soundings under

consideration

Кол-во

зондов

за

Высота

над уровнем

моря, м

Индекс

Широта,

Долгота,

станции

град.

2015-2024 гг.

Австралия

94610 YPPH

-31.93

-30.78

-33.83

-31.15

-34.95

-42.83

-31.48

-32.80

-34.93

-37.73

-37.66

-35.16

-31.53

-54.50

115.96

121.45

121.88

136.81

138.53

147.50

145.83

151.83

117.80

140.78

144.85

147.45

159.06

158.95

20

370

27

167

4

6996

1993

1798

3415

7028

1635

3092

1986

1115

7049

1919

6803

3198

6868

94637 YPKG

94638

94659 YPWR

94672 YPAD

94975 YMHB

94711

27

264

8

94776 YSWM

94802 YPAL

94821 YMMG

94866 YMML

94910 YSWG

94995 Lord Howe

94998 YMMQ

68

69

119

212

7

8

Новая Зеландия

93112 NZWP

93417 NZPP

93844 NZNV

-36.78

-40.90

-46.41

174.63

174.98

168.31

27

12

4

6598

6672

6900

Африка

68816 Cape Town

68842 FAPE

-33.96

-33.98

18.60

25.61

42

61

4967

4831

36

Гидрометеорологические прогнозы, математическое моделирование

Кол-во

зондов

за

Высота

над уровнем

моря, м

Индекс

Широта,

Долгота,

станции

град.

2015-2024 гг.

Южная Америка

83971 SBPA

-30.00

-51.18

-71.61

-73.10

-70.85

-64.21

-68.78

-58.53

-64.26

-68.13

-67.50

-58.45

3

5362

6022

3327

2618

3467

3199

3057

3119

1782

2232

3625

85586 SCSN

85799 SCTE

85934 SCCI

87344 SACO

87418 SAME

87576 SAEZ

87623 SAZR

87715 SAZN

87860 SAVC

88889 EGYP

-33.65

-41.43

-53.00

-31.30

-32.83

-34.81

-36.56

-38.95

-45.78

-51.81

75

79

33

494

704

20

191

271

46

73

Антарктида

89002 Neumayer

89055 Base Marambio

89062 Rothera

-70.66

-64.23

-67.57

-70.76

-69.00

-68.57

-67.60

-66.55

-66.28

-77.85

-90.00

-8.25

-56.71

-68.13

11.83

39.58

77.97

62.88

93.01

110.52

166.66

0.00

50

198

16

2859

625

2374

2460

6860

3325

6370

3034

6409

5260

4260

89512 Novolazarevskaja

89532 Syowa

119

21

89571 Davis

22

89564 Mawson

16

89592 Mirnyj

40

89611 Casey

42

89664 McMurdo

89009 Amundsen-Scott

24

2835

Диапазон изменения среднегодовых характеристик

тропопаузы в период 2015‒2024 гг.

При поиске положения тропопаузы на температурном профиле про-

верка на соответствие условию [12] начиналась с уровня 3 км (за исключе-

нием антарктической станции Amundsen-Scott, расположенной на высоте

2835 м, здесь отсчет производился от 4,5 км), так как информация о тропо-

паузе важна для полетов на верхних и средних уровнях – в слое атмосферы,

начинающемся с высоты FL100 (~3000 м). Отметим, что с ноября 2025 г.

карта особых явлений для авиации, содержащая среди прочего данные о

высоте тропопаузы, будет выпускаться центрами Всемирной системы зо-

нальных прогнозов для единого слоя FL100-FL600 [5].

В табл. 2 представлены средние значения высоты и температуры тро-

попаузы за период 2015‒2024 гг. для каждой станции. Самая высокая тро-

попауза в данный период времени была отмечена на станции 83971 SBPA

Соколова У.О., Иванова А.Р., Скриптунова Е.Н.

37

в Южной Америке и составила 14206 м. Самая низкая тропопауза в сред-

нем за указанное десятилетие была установлена на антарктической стан-

ции 89664 McMurdo – 8681 м. При этом наиболее низкая температура на

высоте тропопаузы соответствует самой южной точке – антарктической

станции 89009 Amundsen-Scott и составляет -66,5 °С (при средней высоте

9308 м), а наиболее высокая температура (-56,5 °С) – станции 94998

YMMQ в Австралии (высота 10569 м).

Таблица 2. Значения высоты тропопаузы (Н) и температуры (Т) по данным

зондирования в среднем за период в среднем за период 2015‒2024 гг.

Table 2. Tropopause height (H) and temperature (T) averaged over period 2015-

2014

Среднее

Станция

Н

Т

Н

Т

Австралия

12980

13352

12507

13136

11943

12827

12233

11970

11401

11362

11689

10800

12647

9713

Южная Америка

94610

94637

94638

94659

94672

94711

94776

94802

94821

94866

94910

94975

94995

94998

-60,0

-61,4

-59,1

-60,8

-57,7

-59,5

-57,8

-57,6

-57,2

-56,9

-57,2

-59,0

-56,5

83971

85586

85799

85934

87344

87418

87576

87623

87715

87860

88889

14206

-66,1

-59,3

-57,2

-58,3

-62,1

-59,8

-60,1

-58,4

-57,6

-57,9

-57,6

12361

10868

9920

13287

12672

12451

11820

11281

10498

9895

Антарктида

89002

89055

89062

89512

89532

89564

89571

89592

89611

89664

89009

9345

9524

9316

9523

9443

9116

9124

9161

8863

8681

9308

-63,1

-61,9

-61,5

-65,3

-63,9

-61,8

-62,1

-61,6

-59,6

-61,7

-66,5

Новая Зеландия

93112

93417

93844

11402

10951

-56,7

-57,0

-57,4

10569

Африка

68816

68842

12686

12570

-60,2

-60,0

38

Гидрометеорологические прогнозы, математическое моделирование

В среднем за период 2015‒2024 гг. для станций австралийского конти-

нента (количество зондов 54895) высота тропопаузы и температура на этом

уровне составили 12040 м и -58,4 °С соответственно, в Новой Зеландии

(20170 зондов) – 10974 м и -57,0 °С, в Африке (9798 зондов) – 12628 м и

-60,1 °С, в Южной Америке (37810 зондов) – 11751 м и -59,5 °С, в Антарк-

тиде (43836 зондов) – 9219 м и -62,6 °С.

Отметим, что существует значительная изменчивость характеристик

тропопаузы для каждой станции. Приведем примеры повторяемости значе-

ний высоты тропопаузы в различных градациях для нескольких станций,

две из которых расположены на северной границе рассматриваемой обла-

сти (ближе всего к экватору), две – на территории Антарктиды (рис. 2).

а)

б)

в)

г)

Рис. 2. Повторяемость (%) значений высоты тропопаузы на станциях: 94610

YPPH (а); 83971 SBPA (б); 89009 Amundsen-Scott (в); 89664 McMurdo (г).

Fig. 2. Occurrence frequency of tropopause height values at stations: 94610 YPPH

(а); 83971 SBPA (б); 89009 Amundsen-Scott (в); 89664 McMurdo (г).

Для австралийской станции 94610 YPPH (31.93° ю. ш., 115.96° в. д.) на

рис. 2а, как оказалось, повторяемость имеет бимодальное распределение

с двумя максимумами в слое 11‒12 км (14,5 %) и 15‒16 км (17,9 %). Пер-

вый вполне соответствует высоте тропопаузы умеренных широт, второй –

высоте тропической тропопаузы. В то же время примерно в 4 % случаев

уровень, соответствующий определению тропопаузы [12], согласно расче-

там по данным зондирования, устанавливался на высоте ниже 8 км (в 0,6 %

‒ в слое 3‒4 км).

Соколова У.О., Иванова А.Р., Скриптунова Е.Н.

39

Для южноамериканской станции 83971 SBPA (30.00° ю. ш.,

51.18° з. д.) такая низкая тропопауза была получена по данным всего 1,4 %

зондов. Максимум повторяемости высоты тропопаузы пришелся на слой

15‒17 км (35,8 %), а в 6,7 % высота расчетной тропопаузы превысила 17 км

(рис. 2б).

Для антарктических станций 89009 Amundsen-Scott (90.00° ю. ш., 0.00)

и 89664 McMurdo (77.85° ю. ш., 166.66° в. д.) распределение повторяемо-

сти одномодальное, максимум расположен в слое 8‒9 км и составляет

32,7 % и 30,5 % соответственно (рис. 2в и 2г). Вообще в подавляющем

большинстве случаев 87,5 % и 84,2 % соответственно) высота тропопаузы

на этих станциях регистрируется в слое 7‒11 км. Тем не менее, над Антарк-

тидой иногда формируется инверсионный слой, соответствующий опреде-

лению тропопаузы, на очень больших высотах, характерных для тропиков.

А порой отмечаются условия, когда тропопауза, напротив, идентифициру-

ется на нижней границе рассматриваемого слоя. Такой процесс, который

может наблюдаться в период полярной ночи, был охарактеризован в [6] как

«исчезновение тропопаузы во время антарктической зимы».

Изменение характеристик тропопаузы

в зависимости от широты

Поскольку пункты аэрологического зондирования расположены, как

правило, на материках, а Южное полушарие на 90 % океаническое, обес-

печенность данными весьма отличается в разных широтных поясах.

Больше всего станций, чьи данные анализировались, расположено в полосе

30‒40° ю. ш. – 22 станции (что превышает половину всего количества), в

то время как в области 50‒60° ю. ш. доступны данные всего лишь одной

островной австралийской и двух материковых южноамериканских стан-

ций.

Отметим, что высота тропопаузы монотонно уменьшается с широтой

вплоть до 80-го градуса. Однако над Южным полюсом ее значения оказы-

ваются выше, чем в предыдущем широтном поясе. Очевидно, это как раз

связано с влиянием «ледяной горы», хотя следует иметь в виду, что нали-

чие данных всего одной станции нельзя считать достаточно репрезентатив-

ным для окончательных выводов. Тем не менее, работа [11] также подтвер-

ждает некий подъем тропопаузы над Южным полюсом. Что касается

температуры на уровне тропопаузы, то самой теплой она оказалась в ши-

ротной полосе 40‒50° ю. ш. Очевидно, из-за частых адвекций тропической

воздушной массы, в полосе, ближней к экватору, тропопауза значительно

выше и на 2 градуса холоднее. По направлению к полюсу уменьшаются

значения не только высоты, но и температуры тропопаузы. Хотя в среднем

более низкой тропопаузе полагается быть более теплой, здесь, из-за влия-

ния покрытого льдом континента, над Южным полюсом зафиксирована са-

мая холодная тропопауза на всем полушарии (рис. 3).

40

Гидрометеорологические прогнозы, математическое моделирование

Рис. 3. Значения высоты и температуры тропопаузы в различных широт-

ных зонах Южного полушария.

Fig. 3. Tropopause height and temperature values in different latitude bands of

Southern Hemisphere.

Анализ сезонных характеристик тропопаузы (рис. 4) позволил устано-

вить, что для всех рассматриваемых регионов (кроме Антарктиды) наибо-

лее высокой тропопауза оказывается в период лета Южного полушария

или так называемого «австралийского лета» («australian summer»).

Максимальные значения ее высоты приходятся на январь для Африки

и Южной Америки (14658 и 12922 м соответственно) и на февраль для Ав-

стралии и Новой Зеландии (14267 и 12522 м соответственно). В Антарк-

тиде самая высокая тропопауза в среднем за десятилетие регистрировалась

зимой (10511 м в августе). Этот факт требует дополнительного изучения

вне рамок данной работы, однако он подтвержден и другими источниками

информации, один из которых представлен на рис. 5 [11]. Из-за сильного

радиационного выхолаживания поверхности ледяного континента, к тому

же представляющего собой орографическую возвышенность (в среднем

высота материка над уровнем моря превышает 2000 м [4]), слой темпера-

турных градиентов, соответствующий определению классической тропо-

паузы[12], полярной ночью может обнаруживаться на значительных высо-

тах, превышающих порой 16 км.

Наиболее низкой тропопауза на антарктических станциях оказывается

в конце лета – начале осени Южного полушария (минимум в марте –

8290 м). Случаи высокой тропопаузы здесь могут быть связаны с вытесне-

нием полярных масс и вторжением более теплого воздуха в результате

процессов блокирования в средних широтах. Подобная синоптическая си-

туация описана в [14], когда в январе 2017 года, при анализе данных стан-

ций за Южным полярным кругом, над одной из них была обнаружена воз-

душная масса с необычно высокой тропопаузой. Причиной оказался

Соколова У.О., Иванова А.Р., Скриптунова Е.Н.

41

блокирующий антициклон в средних широтах, который обусловил образо-

вание высотного гребня, ограниченного двумя высотными циклонами от-

сечения. Сопровождающий этот гребень язык теплого и влажного воздуха

проник во внутренние районы антарктического плато, увеличив призем-

ную температуру примерно на 10 градусов и приведя к подъему тропопа-

узы с 8 до 10 км в данном районе. При этом полярная воздушная масса была

вытеснена из Антарктиды и распространилась в виде холодного течения до

юга Новой Зеландии, повлияв на погоду там (понижение температуры и

опускание тропопаузы).

Рис. 4. Сезонная изменчивость высоты (вверху) и температуры (внизу)

тропопаузы.

Fig. 4. Seasonal variability of tropopause height (top) and temperature (bot-

tom).

Для всех остальных территорий, исключая Антарктиду, самая низкая

тропопауза наблюдается в августе (в конце зимы): 11297, 10803, 10383,

9851 м для Африки, Южной Америки, Австралии и Новой Зеландии соот-

ветственно.

42

Гидрометеорологические прогнозы, математическое моделирование

Годовой ход температуры на уровне тропопаузы имеет существенно

различающуюся амплитуду на разных континентах. Особенно велика она

в Антарктиде (около 20 °С), где максимум отмечается в конце австралий-

ского лета (феврале), а минимум – в конце зимы Южного полушария (ав-

густе). Для остальных территорий годовая амплитуда существенно меньше

(минимум на станциях Южной Америки составляет около 5 °С). Самая теп-

лая тропопауза фиксируется в августе (Австралия и Африка), сентябре (Но-

вая Зеландия) и октябре (Южная Америка), самая холодная – в январе.

Рис. 5. Широтно-вертикальный разрез через 320° з. д. из [11], где серыми

кружками обозначено положение термической тропопаузы, серыми изолини-

ями – изэнтропы (К), сиреневыми изолиниями – изэртелические поверхности

(pvu) 15 июля 2020 г.

Fig. 5. Pole-to-pole vertical cross-section through 320 W for data 15 July 2020.

Grey circles denote WMO tropopause, black contours – potential temperature (K),

purple contours – Ertel’s potential vorticity (PVU) [11].

Временные тенденции изменения характеристик тропопаузы

На фоне глобального потепления и восстановления озонового слоя ис-

следователи чаще всего констатируют подъем тропопаузы в течение по-

следних десятилетий [10].

Поскольку исследуемый период достаточно короткий, делать уверен-

ный вывод о каких-либо возможных временных тенденциях в изменении

характеристик тропопаузы представляется не вполне правомерным. Тем не

менее, учитывая, что ранее подобные работы проводились для 13‒15-лет-

них рядов [7, 9], была сделана попытка рассчитать значение линейного

«тренда» среднегодовых значений высоты и температуры тропопаузы в пе-

риод 2015‒2024 годов.

Для оценки возможной тенденции изменений характеристик тропопа-

узы были отобраны только те станции, на которых в течение всех 10 лет

производилось зондирование в устойчивом режиме, без значительных

перерывов (табл. 3). После тщательного контроля осталась примерно

Соколова У.О., Иванова А.Р., Скриптунова Е.Н.

43

половина станций от их исходного количества (21 из 41). К сожалению,

была исключена одна из двух африканских станций и 8 из 11 южноамери-

канских. Для Австралии было отбраковано 6 станций из 14, для Антарк-

тиды – из 11 пришлось исключить 5. В число последних вошли обе россий-

ский станции – Новолазаревская, где зондирование не проводилось с

августа 2018 по апрель 2022 г., и Мирный, где зонды не запускались с июля

2020 по апрель 2021 г. Для Новой Зеландии, где, как было указано ранее,

измерения по местным соображениям часто проводятся в нестандартные

сроки, пришлось (помимо запусков в 00 и 12 ч) использовать информацию

зондирования в 03, 06, 09, 15, 18, 21 ч ВСВ.

Таблица 3. Ежегодно выпускаемое количество зондов на станциях, выбран-

ных для оценки трендов характеристик тропопаузы в период 2015‒2024 гг.

Table 3. Number of sondes annually launched at selected stations for trend esti-

mation of tropopause height in 2015‒2024.

Год

№

Станция

2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024

Австралия

1

2

3

4

5

6

7

8

94610

94659

94672

94776

94866

94975

94995

94998

701 633 691 690 716

359 349 347 347 327

705 700 706 703 704

349 296 326 326 288

723 604 711 713 708

689 701 699 705 707

328 341 341 330 348

709 692 704 702 680

Новая Зеландия

708

324

711

323

706

707

305

700

706

339

712

339

717

706

283

649

718 717

338 340

706 685

313 297

722 723

703 714

305 296

674 673

716

345

696

235

722

472

321

685

9

93112

93417

93844

545 673 859 779 750

562 662 809 806 745

655 696 712 844 795

613

630

647

539

548

529

536 633

597 665

638 691

671

648

693

10

11

Африка

12

68816

322 377 252 471 524

629

609

602 601

580

Южная Америка

671 672 656 550 621

326 314 301 295 325

364 354 343 333 366

Антарктида

13

14

15

85586

85799

88889

381

358

381

632

358

360

549 606

358 352

382 368

684

340

374

16

17

18

19

20

21

89062

89532

89564

89571

89664

89009

202 102 203 256 260

569 690 691 702 711

357 282 335 341 330

423 441 690 678 703

494 672 509 492 504

465 462 407 374 472

244

695

334

688

491

389

245

704

355

698

518

417

302 289

720 693

315 330

699 632

538 515

408 434

271

685

346

718

527

432

44

Гидрометеорологические прогнозы, математическое моделирование

Существуют различные подходы к определению возможных трендов,

однако, как было упомянуто ранее, при коротких рядах наблюдений их

применение может быть затруднительно.

Для оценки изменения высоты тропопаузы был использован линейный

тренд, который описывает тенденцию в данных, увеличивающуюся или

уменьшающуюся с постоянной скоростью. Для каждого случая также рас-

считывалась величина достоверности аппроксимации, представляющая со-

бой статистический показатель, который количественно оценивает,

насколько точно построенная математическая модель описывает исходные

данные. В контексте регрессионного анализа этот параметр часто назы-

вают коэффициентом детерминации (R²) [1]. Коэффициент детерминации

может принимать значения от 0 до 1, где 0 означает, что модель совер-

шенно не объясняет вариации данных, а при значении 1 можно сделать вы-

вод, что модель идеально предсказывает зависимости. Производился поиск

ситуаций, в которых значение R² превышало хотя бы 0.5. Эта величина яв-

ляется значимым, хотя и не вполне успешным показателем, подтверждаю-

щим справедливость наличия тренда всего в половине случаев [1].

При оценке изменчивости высоты тропопаузы по среднегодовым зна-

чениям значимый тренд удалось выявить только на антарктической стан-

ции 89564 Mawson – повышение тропопаузы в среднем составило 34 м в

год (R² = 0,5) (рис. 6).

9500

y = 34,133x + 8928,5

9000

8500

2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024

Год

Рис. 6. Линейный тренд среднегодовых значений высоты тропопаузы за

период 2015‒2024 гг. на станции 89564 Mawson.

Fig. 6. Linear trend of annual average values of tropopause height for the

period 2015‒2024 at station 89564 Mawson.

Дополнительно был проведен анализ по выявлению возможных трен-

дов для центральных месяцев сезонов – январь, апрель, июль, октябрь.

На станции 89532 Syowa высота «зимней» тропопаузы (в июле) в течение

десятилетнего периода увеличивалась в среднем на 87 м в год (рис. 7),

Соколова У.О., Иванова А.Р., Скриптунова Е.Н.

45

R² = 0,5. В октябре (весной Южного полушария) также был выявлен поло-

жительный тренд на одной станции Южной Америки 85586 SCSN – 124 м

в год (рис. 8), R² = 0,6. В остальные месяцы значимые тренды не были вы-

явлены ни на одной из станций.

11000

y = 87,436x + 9705,2

10500

10000

9500

9000

2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024

Год

Рис. 7. Линейный тренд средних за июль значений высоты тропопаузы на

станции 89532 Syowa в период 2015‒2024 гг.

Fig. 7. Linear trend of average July tropopause height values for the period 2015‒

2024 at station 89532 Syowa.

12500

y = 124,05x + 10698

12000

11500

11000

10500

10000

2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024

Год

Рис. 8. Линейный тренд средних за октябрь значений высоты тропопаузы за

период 2015‒2024 гг. на станции 85586 SCSN.

Fig. 8. Linear trend of average October tropopause height values for the period

2015‒2024 at station 85586 SCSN.

Для подтверждения гипотезы о наличии тренда был также проведен

анализ с использованием теста Манна ‒ Кендалла, который представляет

собой непараметрический метод, используемый для выявления тенденций

во временных рядах данных без предположения о каком-либо конкретном

распределении данных [8, 13]. Данный метод часто применяется к наборам

46

Гидрометеорологические прогнозы, математическое моделирование

экологических и климатических данных, где целью является выявление мо-

нотонных тенденций (возрастающих или убывающих) с течением времени.

Результатом теста является подтверждение одной из выдвигаемых гипотез:

нулевой гипотезы (H0), указывающей на то, что в данных нет тренда (дан-

ные случайно упорядочены во времени), или альтернативной гипотезы

(H1) – в данных существует монотонная тенденция (увеличивается или

уменьшается). Результат теста также включает p-значение – меру значимо-

сти тренда. Низкое p-значение (менее 0,05) указывает на статистически

значимую тенденцию.

В каждом из приведенных выше случаев, представленных на рис. 5‒7

тест Манна ‒ Кендалла подтвердил наличие положительного тренда при

уровне значимости p < 0,05, что является показателем достоверности полу-

ченных результатов, которые с вероятностью более 95 % являются след-

ствием заданных условий.

Что касается температуры на уровне тропопаузы, для этой характери-

стики не удалось обнаружить сколь-нибудь значимых результатов, под-

тверждающих наличие монотонных изменений, ни для одной станции.

Выводы

В ходе проведенной работы по данным 41 станции аэрологического

зондирования, расположенной во внетропической области Южного полу-

шария, были выявлены основные закономерности изменения характери-

стик тропопаузы (по определению ВМО [12]) в зависимости от местополо-

жения станции, а также сезона года для периода 2015‒2024 гг. Самая

высокая (14206 м) в среднем за год тропопауза отмечалась на южноамери-

канской станции 83971 SPBA, расположенной на северной границе рас-

сматриваемой области, самая низкая – на антарктической станции 89664

McMurdo (8681 м). Тропопауза на полюсе оказалась в среднем суще-

ственно выше (9308 м), что может быть обусловлено особенностями цир-

куляции атмосферы над Антарктидой, как это ранее обсуждалось в [2].

Годовой ход высоты тропопаузы обнаружил принципиальное отличие

этой характеристики на антарктических станциях в сравнении с осталь-

ными. Над Антарктидой самая высокая и при этом самая холодная тропо-

пауза регистрируется зимой Южного полушария (в августе), в то время как

для других территорий на это время приходится минимум высоты тропо-

паузы и максимум (иногда сдвинутый на начало весны) температуры на

этом уровне.

Подробный анализ значений высоты тропопаузы, определенной по

значению градиента температуры, обнаружил, что соответствующий уро-

вень может быть зарегистрирован на любой станции в слое от 3 до 18 км.

Это свидетельствует, с одной стороны, об эпизодах глубокой адвекции воз-

душных масс из других широт, а с другой – о том, что критерий ВМО

1957 года не всегда позволяет четко определить границу раздела между

Соколова У.О., Иванова А.Р., Скриптунова Е.Н.

47

тропосферой и стратосферой. По этой причине современные исследова-

тели ищут другие подходы для идентификации тропопаузы по данным ра-

диозондирования [11].

Попытка выявить монотонные тенденции в изменениях характеристик

тропопаузы за прошедшее десятилетие не обнаружила таковых, за исклю-

чением станции 89564 Mawson в Антарктиде, где тропопауза повышалась

примерно на 34 м в год. Этот подъем вполне согласуется с повсеместной

тенденцией повышения уровня тропопаузы на фоне глобального потепле-

ния и восстановления озонового слоя.

Список литературы

1. Дружинин В.С., Сикан А.В. Методы статистической обработки гидрометеорологи-

ческой информации: Учебное пособие. СПб.: Изд-во РГГМУ, 2001. 174 с.

2. Иванова А.Р. Некоторые особенности циркуляции в свободной атмосфере Южного

полушария, влияющие на полеты воздушных судов // Гидрометеорологические исследова-

ния и прогнозы. 2025. № 2 (396). С. 8-27. DOI: https://doi.org/10.37162/2618-9631-2025-2-8-

27

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

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

4. Котляков В.М. Антарктида // Большая российская энциклопедия. М.: БРЭ, 2004-

2017.

5. Правила аэронавигационного обслуживания. Метеорология (PANS-MET,

Doc10157). Международная организация гражданской авиации, 2025.

6. Court A. Tropopause disappearance during Antarctic winter // Bull. Amer. Met. Soc. 1942.

Vol. 23. Р. 220-238.

7. Hu D., Tian W., Guan Z. et al. Longitudinal asymmetric trends of tropical cold-point trop-

opause temperature and their link to strengthened walker circulation // J. Climate. 2016. Vol. 29

(21). Р. 7755-7771. DOI: 10.1175/JCLI-D-15-0851.1.

8. Onoz B., Bayazit M. The power of statistical tests for trend detection // Turkish Journal of

Engineering & Environmental Sciences. 2003. Vol. 27. Р. 247-251.

9. RavindraBabu S., Akhil Raj S. T., Basha G. et al. Recent trends in the UTLS temperature

and tropical tropopause parameters over tropical South Indian region // Journal of Atmospheric

and Solar-Terrestrial Physics. 2020. Vol.197. Р. 105164. DOI: 10.1016/j.jastp.2019.105164.

10. Son S.-W., Polvani L. M., Waugh D. W. et al. The impact of stratospheric ozone recovery

on tropopause height trends // J. Climate. 2009. Vol. 22. P. 429-445.

11. Tinney E.N., Homeyer C.R., Elizalde L. et al. A modern approach to a stability-based

definition of the tropopause // Monthly Weather Review. 2022. No. 12. P. 3151-3174. DOI:

10.1175/MWR-D-22-0174.1.

12. WMO: Definition of the Tropopause // WMO Bull. 1957. No. 6. 136 p.

13. Yue S., Wang C. The Mann-Kendall test modified by effective sample size to detect trend

in serially correlated hydrological series // Water Resources Management. 2004. Vol. 18 (3).

P. 201-218. DOI: 0.1023/B:WARM.0000043140.61082.60.

14. Zhu J.H., Zhou L.B., Zou H. et. al. Atmospheric structure observed over the Antarctic

Plateau and its response to a prominent blocking high event // J. Meteor. Res. 2021. Vol. 35 (6).

P. 1091-1103. DOI: 10.1007/s13351-021-1079-x.

References

1. Druzhinin V.S., Sikan A.V. Metody statisticheskoy obrabotki gidrometeorologicheskoy in-

formatsii: Uchebnoe posobie. Saint Petersburg, RGGMU publ., 2001, 174 p. [in Russ.].

2. Ivanova A.R. Some features of the Southern Hemisphere circulation in the free atmosphere

affecting aircraft flights. Gidrometeorologicheskie issledovaniya i prognozy [Hydrometeorologi-

cal Research and Forecasting], 2025, vol. 396, no. 2, pp. 8-27. DOI: 10.37162/2618-9631-2025-

2-8-27 [in Russ.].

48

Гидрометеорологические прогнозы, математическое моделирование

3. 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. DOI:

10.3103/S1068373913120029.

4. Kotlyakov V.M. Antarktida. Bol'shaya rossiyskaya entsiklopediya [The Great Russian En-

cyclopedia]. Moscow, BRE, 2004-2017 [in Russ.].

5. Pravila aeronavigatsionnogo obsluzhivaniya. Meteorologiya (PANS-MET, Doc10157).

Mezhdunarodnaya organizatsiya grazhdanskoy aviatsii, 2025 [in Russ.].

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

vol. 23, pp. 220-238.

7. Hu D., Tian W., Guan Z. et al. Longitudinal asymmetric trends of tropical cold-point trop-

opause temperature and their link to strengthened walker circulation. J. Climate, 2016, vol. 29

(21), pp. 7755-7771. DOI: 10.1175/JCLI-D-15-0851.1.

8. Onoz B., Bayazit M. The power of statistical tests for trend detection. Turkish Journal of

Engineering & Environmental Sciences, 2003, vol. 27, pp. 247-251.

9. RavindraBabu S., Akhil Raj S. T., Basha G. et al. Recent trends in the UTLS temperature

and tropical tropopause parameters over tropical South Indian region. Journal of Atmospheric and

Solar-Terrestrial Physics, 2020, vol.197, pp. 105164. DOI: 10.1016/j.jastp.2019.105164.

10. Son S.-W., Polvani L. M., Waugh D. W. et al. The impact of stratospheric ozone recovery

on tropopause height trends. J. Climate, 2009, vol. 22, pp. 429-445.

11. Tinney E.N., Homeyer C.R., Elizalde L. et al. A modern approach to a stability-based

definition of the tropopause. Monthly Weather Review, 2022, no. 12, pp. 3151-3174. DOI:

10.1175/MWR-D-22-0174.1.

12. WMO: Definition of the Tropopause. WMO Bull., 1957, no. 6, 136 p.

13. Yue S., Wang C. The Mann-Kendall test modified by effective sample size to detect trend

in serially correlated hydrological series. Water Resources Management, 2004, vol. 18 (3),

pp. 201-218. DOI: 0.1023/B:WARM.0000043140.61082.60.

14. Zhu J.H., Zhou L.B., Zou H. et. al. Atmospheric structure observed over the Antarctic

Plateau and its response to a prominent blocking high event. J. Meteor. Res., 2021, vol. 35 (6),

pp. 1091-1103. DOI: 10.1007/s13351-021-1079-x.

Поступила 15.08.2025; одобрена после рецензирования 01.10.2025;

принята в печать 15.10.2025.

Submitted 15.08.2025; approved after reviewing 01.10.2025;

accepted for publication 15.10.2025.