بررسی ارتباط تاوه قطبی پوشن‌سپهری با ساختار وردایست دینامیکی در منطقه جنوب‌غرب آسیا همراه با دو مطالعه موردی

نوع مقاله: مقاله تحقیقی‌ (پژوهشی‌)

نویسندگان

1 دانش‌آموخته کارشناسی ارشد، گروه فیزیک فضا، موسسه ژئوفیزیک دانشگاه تهران، تهران، ایران

2 دانشیار، گروه فیزیک فضا، موسسه ژئوفیزیک دانشگاه تهران، تهران، ایران

3 استاد، گروه فیزیک فضا، موسسه ژئوفیزیک دانشگاه تهران، تهران، ایران

4 استادیار، گروه فیزیک فضا، موسسه ژئوفیزیک دانشگاه تهران، تهران، ایران

10.30499/ijg.2020.107465

چکیده

نتایج پژوهش­های انجام­شده حاکی از آن است که پیش‌بینی­پذیری وضع هوا در مقیاس­های زمانی فراتر از دو هفته، با جفت­شدگی دینامیکی بین گردش­های وردسپهر و پوشن­سپهر امکان­پذیر است. بنابراین شناخت و درک کامل سازوکار جفت­شدگی پوشن­سپهر- وردسپهر، نیاز به مطالعات بیشتر و جامع­تری دارد. هدف اصلی پژوهش حاضر، مطالعه این سازوکار با تمرکز بر منطقه جنوب­غرب آسیا است. در این پژوهش، داده­های روزانه بازتحلیل NCEP/NCAR از سال 1968 تا 2015 به‌کار­رفته است. منطقه بررسی­شده، شامل ایران و مناطق واقع در غرب آن تا شرق دریای مدیترانه است. طی این دوره، 42 رخداد تاوه قوی و 46 رخداد تاوه ضعیف شناسایی شد. نتایج مربوط به سه کمیت وردایست مشتمل بر فشار، ارتفاع ژئوپتانسیلی و دمای پتانسیلی نشان می­دهد که طی رخدادهای تاوه قطبی ضعیف، بخش­های زیادی از منطقه مورد مطالعه و ایران در ناحیه شکست امواج راسبی قرار داشتند و درنتیجه، آثار ناشی از تاوه­ها بر این منطقه زیاد نیست. اما در رخدادهای تاوه قوی، عرض­های بالاتر در منطقه مورد مطالعه و برخی نواحی از عرض­های میانی آن، در محدوده درون تاوه واقع هستند؛ بنابراین به­دنبال رخدادهای تاوه قوی می­توان تغییرات ناشی از تاوه قطبی را در کمیت­های وردایست بر فراز منطقه مورد مطالعه انتظار داشت. همچنین بررسی همبستگی بین شاخص تاوه قطبی تامپسون با سه کمیت وردایست فوق بیانگر همبستگی مستقیم میان فشار و همبستگی معکوس ارتفاع ژئوپتانسیلی و دمای پتانسیلی با بی­هنجاری شدت تاوه در منطقه ایران با تأخیرهای زمانی مختلف بین هشت تا ده روز است. به­علاوه، بر مبنای نتایج، یکی از دلایل احتمالی ایجاد یا تقویت تاشدگی­های وردایست و متعاقب آن چرخندزایی سطح زمین، تاوه قطبی پوشن­سپهری است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Investigation of the relationship between the stratospheric polar vortex and dynamical tropopause structure in the southwest Asia along with two case studies

نویسندگان [English]

  • Najmeh Borhani 1
  • Farhang Ahmadi-Givi 2
  • Alireza Mohebalhojeh 3
  • Mohammad Mirzaei 4
1 M.Sc. Graduate, Department of Space Physics, Institute of Geophysics, University of Tehran, Iran
2 Associate Professor, Department of Space Physics, Institute of Geophysics, University of Tehran, Iran
3 Professor, Department of Space Physics, Institute of Geophysics, University of Tehran, Tehran, Iran
4 Assistant Professor, Department of Space Physics, Institute of Geophysics, University of Tehran, Tehran, Iran
چکیده [English]

The recent studies suggest that the predictability of the surface weather, in medium and long-range time scales, is influenced by the dynamic coupling of the tropospheric and stratospheric circulations. Therefore, the main goal of the present study with the central focus on the southwest Asia is investigation of the details of coupling mechanisms. The NCEP/NCAR reanalysis data are used, including temperature, geopotential height and horizontal wind components at different pressure levels from 1968 to 2015. The region of study includes Iran and extends westward to the Mediterranean Sea. The iso-potential vorticity surface of 2 PVU (a PVU equals ) is taken to represent the dynamical tropopause and the potential temperature, geopotential height and pressure are interpolated at the 2 PVU surface.  
    First, with a method similar to that of Thompson et al. (2002), the dates corresponding to the occurrence of stratospheric polar vortex were identified and classified into cases of strong and weak polar vortices. The anomalies of pressure, geopotential height and potential temperature were then computed with respect to the long-term mean for the cases of polar vortex. Analysis of the results shows that in the southwest Asia, associated with the cases of strong vortex increase in pressure and decrease in potential temperature and geopotential height are observed at the tropopause. Further, in cases of weak vortex, the southwest Asia is mainly in the surf zone and less influenced by the polar vortex compared to the cases of strong vortex which enclose a significant portion of the region. The fact that a larger part of the southwest Asia is located within the inner part of the strong vortices makes their impact on the tropopause more marked.
    In the second part of the study, the focus is on the most extreme cases of strong and weak events in the long-term period which occurred in February 1974 and November 2009, respectively. In addition to presenting the details of the life cycle of the two cases, the time-lagged correlation coefficients were computed between the tropopause quantities in the region and the geopotential height anomaly at 10hPa between 60°N and 90°N degrees, which is the index introduced by Thompson et al. (2002). The time series of the correlation coefficients averaged over Iran reveals a meaningful delay of about eight to ten days for the impact of the strong polar vortex felt on the tropopause in Iran. Given that this time delay is within the limit of medium-range prediction, further studies on the impact of polar vortex are needed to improve the predictability of the surface weather in the region.

کلیدواژه‌ها [English]

  • stratospheric polar vortex
  • tropopause
  • Southwest Asia
  • Dynamic coupling
چنگیزی، ه.، 1393، بررسی اقلیم­شناختی وردایست دینامیکی روی ایران: پایان­نامه کارشناسی ارشد ژئوفیزیک، مؤسسه ژئوفیزیک دانشگاه تهران.
عباس­زاده اقدم، ک.، محب­الحجه، ع. ر.، احمدی­گیوی، ف.، 1393، بررسی اثرهای اقلیم­شناختی تاوه قطبی پوشن­سپهر در منطقه جنوب­غرب آسیا: مجله فیزیک زمین و فضا، 40(4)، 127-138.
میررکنی، م.، محب­الحجه، ع. ر.، احمدی­گیوی، ف.، 1392،  نقش گردش­های پوشن­سپهر در بی‌هنجاری‌های اقلیمی زمستان­های 1386 و 1388: مجلۀ ژئوفیزیک ایران، 7(1)، 89-104.
Baldwin, M. P., and Dunkerton, T. J., 1989: The stratospheric major warming of early December 1987: Journal of theAtmospheric Sciences, 46, 2863–2884.
Baldwin, M. P., and Dunkerton, T. J., 2001, Stratospheric harbingers of anomalous weather regimes: Science, 294, 581–584.
Baldwin, M. P., Dameris, M., and Shepherd, T. D., 2007, How will stratosphere affect climate change?: Science, 316, 1576–1577.
Colucci, S. J., 2010, Stratospheric influences on tropospheric weather systems: Journal of theAtmospheric Sciences, 67, 324–344.
Haynes, P. H., McIntyre, M. E., Shepherd, T. G., Marks, C. J., and Shine, K. P., 1991, On the ‘‘downward control” of extratropical diabatic circulations by eddy-induced mean zonal forces: Journal of the Atmospheric Sciences, 48, 651–678.
Hoskins, B. J., McIntyre, M. E., and Robertson, A. W., 1985, On the use and significance of isentropic potential vorticity maps: Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society, 111, 877–946.
Kalney, E., and et al., 1996, The NCEP/NCAR 40-year Reanalysis project: Bulletin of theAmerican Meteorological Society,77,437–471.
Matsuno, T., 1971, A dynamical model of the stratospheric sudden warming: Journal of theAtmospheric Sciences, 28, 1479–1494.
Mohanakumar, K., 2008, Stratosphere Troposphere Interactions: An Introduction: Springer, 416pp.
 
Pearson, K., 1895, Notes on regression and inheritance in the cases of two parents: Proceedings of the Royal Socitey of London, 58, 240-242.
Perlwitz, J., and Graf, H. F., 1995, The statistical connection between tropospherc and stratospheric circulation of the Northern Hemisphere in winter: Journal of Climate, 8, 2281–2295.
Polvani, L. M., and Waugh, D. W., 2004, Upward wave activity flux as precursor to extreme stratospheric events and subsequent anomalous surface weather regimes: Journal ofClimate, 17, 3548–3554.
Quiroz, R. S., 1980, Variations in zonal mean and planetary wave properties of the stratosphere and links with the troposphere: Pure and AppliedGeophysics, 118, 416–427.
Ren, R. C., and Cai, M., 2006, Polar vortex oscillation viewed in an isentropic potential vorticity coordinate: Advances in Atmospheric Sciences, 23, 884–900.
Thompson, D. W. J., Baldwin, M. P., and Wallace, J. M., 2002, Stratosphere connection to Northern Hemisphere wintertime weather: Implications for prediction: Journal of Climate, 15, 1421–1428.
Waugh, D. W., Sobel, A. H., and Polvani, L. M., 2017, What is the polar vortex and how does it influence weather?: Bulletin of American Meteorological Society, 98, 37–44.
Yang. S., Lau, K. M., and Kim, K. M., 2002, Variations of the East Asian jet stream and Asian–Pacific–American winter climate anomalies: Journal of Climate, 15, 306–325.