Стратосферный полярный вихрь и погода¶

Стратосферный полярный вихрь — это крупномасштабная область пониженного давления и циклонической циркуляции воздуха в стратосфере, формирующаяся в холодное полугодие над полярными регионами. Вихрь возникает из-за сильного температурного градиента между полюсом и экватором и оказывает непосредственное влияние на погоду в средних широтах, включая территорию России.

¶Механизм формирования

Полярный вихрь образуется осенью, когда солнечная радиация в полярных широтах резко сокращается. Охлаждение воздуха над полюсом приводит к падению давления и формированию мощного циклонического потока, вращающегося вокруг полюса с запада на восток. Этот поток, известный как полярный струйный поток, изолирует холодный арктический воздух от более тёплых южных широт.

В стратосфере (на высотах 15–50 км) вихрь наиболее выражен в зимние месяцы. Его границы определяются изогепсами — линиями равной температуры, которые образуют так называемый «стратосферный холодный резервуар». Скорость ветра на периферии вихря может достигать 200–300 км/ч.

¶Внезапные стратосферные потепления

Ключевым процессом, нарушающим устойчивость вихря, является внезапное стратосферное потепление (ВСП). Это явление происходит, когда планетарные волны, генерируемые рельефом и контрастами температур у поверхности Земли, распространяются вверх и разрушают вихрь.

ВСП подразделяются на два типа:

• Малые потепления — временное ослабление вихря без полного разрушения;
• Большие (основные) потепления — полное разрушение вихря, при котором температура в стратосфере над полюсом может повыситься на 50–80 °C за несколько дней, а зональный ветер меняет направление на противоположное.

Большие ВСП происходят в среднем один раз в два года в Северном полушарии. В Южном полушарии они наблюдаются значительно реже — примерно раз в 10–20 лет, что связано с меньшей амплитудой планетарных волн.

¶Влияние на погоду в России

Разрушение стратосферного полярного вихря оказывает каскадное воздействие на тропосферу — нижний слой атмосферы. При ослаблении вихря полярный струйный поток становится извилистым, что приводит к следующим последствиям:

• Прорывы арктического холода — холодный воздух, ранее удерживаемый вихрем, смещается в южные широты. Для Европейской части России это выражается в аномальных морозах, которые могут длиться несколько недель;
• Блокирующие антициклоны — разрушение вихря способствует формированию устойчивых антициклонов, которые «блокируют» западный перенос воздушных масс. Примером служит аномальная жара 2010 года, когда блокирующий антициклон удерживался над европейской территорией России более двух месяцев;
• Смещение траекторий циклонов — атлантические циклоны меняют свои пути, что приводит к перераспределению осадков. В одних регионах наблюдается дефицит снега, в других — обильные снегопады.

Наиболее яркий пример влияния ВСП на российскую погоду — зима 2012 года, когда после стратосферного потепления в феврале на Урале и в Сибири установились морозы ниже −40 °C. Аналогичные процессы наблюдались в январе 2024 года, когда разрушение вихря привело к рекордным холодам в Якутии и на Дальнем Востоке.

¶Прогнозирование

Стратосферные процессы обладают высокой предсказуемостью по сравнению с тропосферными. Влияние ВСП на погоду в средних широтах проявляется с задержкой от двух недель до месяца, что позволяет использовать стратосферные наблюдения для долгосрочных прогнозов.

Метеорологические центры, включая Гидрометцентр России, включают данные о состоянии стратосферного вихря в модели сезонного прогнозирования. Ключевыми индикаторами служат:

• скорость зонального ветра на уровне 10 гПа (около 30 км);
• температура воздуха в центре вихря;
• мера эллиптичности вихря, отражающая его деформацию.

Исследования показывают, что примерно 60–70 % больших ВСП в Северном полушарии предшествуют аномально холодным периодам в Евразии в последующие 30–60 дней.

¶Связь с изменением климата

Вопрос о влиянии глобального потепления на стратосферный полярный вихрь остаётся дискуссионным. С одной стороны, сокращение площади морского льда в Арктике усиливает планетарные волны, что увеличивает вероятность ВСП. С другой стороны, общее повышение температуры стратосферы может ослаблять температурный градиент, что делает вихрь менее устойчивым.

Наблюдения последних десятилетий фиксируют увеличение частоты больших ВСП в Северном полушарии, однако статистическая значимость этого тренда остаётся предметом научных споров.

¶Источники

• Baldwin M. P., Dunkerton T. J. Stratospheric Harbingers of Anomalous Weather Regimes // Science, 2001.
• Cohen J. et al. Stratosphere–Troposphere Coupling and Links to Extreme Events // Nature Geoscience, 2020.
• Криволуцкий А. А. и др. Стратосферные процессы и их влияние на погоду // Метеорология и гидрология, 2019.
• Доклады Гидрометцентра России о климатических аномалиях зимних сезонов 2012 и 2024 годов.