Анализ волновых характеристик циркуляции тропосферы и стратосферы Северного полушария зимой

Проведён анализ спектров волновой активности по данным реанализа ERA-Interim для зимнего периода (ноябрь-март) для высоты геопотенциальной поверхности от 1000 гПа до 1 гПа с 1979 г. по 2016 г. Характеристики волновых спектров для зональных волновых чисел 1 ≤ k ≤ 10 были вычислены с использованием метода [10, 12] (спектров Хаяши) с выделением волн, распространяющихся на восток (Е) и на запад (W), а также стационарных волн (S). Для стратосферы подобный анализ проведён впервые.
В тропосфере зональные волновые числа меньше в более высоких широтах по сравнению с более низкими. Если распространяющиеся на восток волны значимы в тропосфере и стратосфере всего Северного полушария, то распространяющиеся на запад - только севернее примерно 30оN. Для всех типов волн (E, W, S) в тропосфере волновая энергия максимальна в области тропопаузы, особенно для распространяющихся на восток волн с зональными волновыми числами k ≥ 4.
В тропосфере и стратосфере тропиков, а также в верхней стратосфере всех широт Северного полушария в целом выявлено увеличение энергии волн в 1979-2016 гг., превышающее 20%/десятилетие в верхней тропосфере тропиков. В тропиках и субтропиках увеличение этой энергии связано со всеми типами волн (E, W, S), тогда как в средних и высоких широтах - преимущественно со стационарными волнами и волнами, распространяющимися на восток. В области субтропической тропопаузы выявлено общее увеличение энергии стационарных волн в последние десятилетия, которое можно связать со смещением субтропического струйного течения к северу. В тропосфере тропиков и субтропиков и в субтропической нижней стратосфере отмечены значимые вариации энергии распространяющихся на восток волн на межгодовом временном масштабе: в годы Эль-Ниньо она может быть вдвое больше, чем в годы Ла-Нинья.
Осреднённое по спектру зональное волновое число kY для всех типов волн (Y = E, W, S) максимально в верхней тропосфере субтропиков. В средней и верхней стратосфере для всех типов волн величина kY уменьшается при увеличении широты. Для всех Y = E, W, S в 1979-2016 гг. отмечено небольшое, но статистически значимое увеличение kY (т.е. уменьшение зональной длины волны) в средней и верхней стратосфере всех широт и в приэкваториальной тропосфере. Для распространяющихся на запад волн и, в меньшей степени, для стационарных волн подобное увеличение kY отмечено также в тропосфере и нижней стратосфере средних широт. В верхней тропосфере полярных широт и большей части стратосферы полярных и субполярных широт выявлена статистически значимая положительная корреляция распространяющихся на запад волн и стационарных волн с индексом Атлантической междесятилетней осцилляции, связанная с изменением kE и kS на 15% на междесятилетнем временном масштабе в 1979-2016 гг.
Эффективный период волн в стратосфере больше, чем в тропосфере и достигает с максимума в средней стратосфере внетропических широт. Выявлена связь эффективных периодов волн (с разными волновыми числами) с активностью внезапных стратосферных потеплений. Знак этой связи зависит от региона, слоя атмосферы и зонального волнового числа.