تأثیر عرض‌های بحرانی بر شکست امواج روی شرق مدیترانه و غرب آسیا

نوع مقاله : مقاله تحقیقی‌ (پژوهشی‌)

نویسندگان

1 کارشناس سازمان هواشناسی، تهران، ایران

2 دانشیار پژوهشگاه هواشناسی و علوم جو، تهران، ایران

چکیده

شکست امواج عاملی مؤثر در رفتار امواج طی دوره زندگی چرخندهای کژفشار است. در این پژوهش نقش عرض‌های بحرانی در فرایند شکست امواج گذرا از شرق مدیترانه و غرب آسیا بین سال‌های 1979 تا 2018 بررسی شده است. با استفاده از داده‌های بازتحلیل ERA-Interim، کمیت‌های شیو تاوایی پتانسیلی شبه‌زمینگرد، شار فعالیت موج و همگرایی شار فعالیت موج طی فرایند شکست امواج در لایه hPa150-300 محاسبه و بررسی شده است. نتایج نشان داد چهار روز قبل از شکست واچرخندی امواج روی غرب آسیا، نفوذ پشته روی اروپا سبب تقویت سرعت مداری روی شمال اروپا و انحراف شرق‌سوی پشته می‌شود. تقویت سرعت مداری سبب شکل‌گیری نواحی با شیو منفی تاوایی پتانسیلی در شمال اروپا و بازتاب استواسوی ناوه از عرض‌های بحرانی می‌شود. در پایین‌دست ناوه نیز تقویت جت در راستای شمال شرقی- جنوب غربی سبب تشکیل عرض‌های بحرانی و بازتاب غرب‌سوی ناوه می‌شود. در شکست چرخندی امواج روی غرب آسیا، تقویت پشته و ناوه روی شرق اروپا سبب شکل‌گیری جت و عرض‌های بحرانی در راستای شمال غربی- جنوب شرقی از بالادست تا پایین-دست ناوه در عرض‌های میانی می‌شود. بازتاب قطب‌سوی ناوه از عرض‌های بحرانی سبب گردش چرخندی ناوه و تقویت آن در عرض‌های بالاتر می‌شود. شکست موج سبب تبدیل ناوه به دو قسمت در عرض‌های متفاوت روی شرق اروپا و غرب آسیا می‌شود. دو تا چهار روز بعد از شکست موج، همراه با تضعیف جت‌ها و عرض‌های بحرانی در بالادست ناوه، جت‌ها و عرض‌های بحرانی در پایین‌دست ناوه تقویت می‌شوند که این موضوع سبب تقویت ناوه در عرض‌های پایین‌تر روی شرق مدیترانه و غرب آسیا می‌شود به‌طوری‌که ابتدا قسمت بالایی ناوه از عرض‌های بالاتر و سپس قسمت پایینی ناوه از روی خاورمیانه و ایران گذر می‌کند.
    ناحیه بحرانی شکل‌گرفته در شکست‌های واچرخندی، قوی‌تر از ناحیه بحرانی در شکست‌های چرخندی است؛ درنتیجه مؤلفه نصف‌النهاری شار فعالیت موج در پایین‌دست ناوه‌ها در شکست واچرخندی بیشتر از شکست چرخندی است و شکست واچرخندی، قوی‌تر از شکست چرخندی امواج است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

The effect of critical latitudes on the waves breaking over the East Mediterranean and West Asia

نویسندگان [English]

  • Mohammad mehdi Khodadi 1
  • Mohammad Moradi 2
  • Majid Azadi 2
  • Abbas Ranjbar Saadat Abadi 2
1 Senior Forcaster, Forecasting center,I.R. IRAN Meteorological Organization , Tehran, Iran
2 Associate Professor, Atmospheric Science and Meteorological Research Center (ASMERC), Tehran ,Iran
چکیده [English]

In the present study, using the ERA-Interim reanalysis data for geopotential height, horizontal wind speed and relative vorticity at 300, 200 and 150 hPa levels, the quasi-geostrophic potential vorticity, the quasi-geostrophic potential vorticity gradient, the wave activity and wave activity flux for cyclonic and anticyclonic Rossby wave breaking events that occurred over West Asia during the winter time 1979-2018 were calculated and analyzed. The mechanism of Rossby wave breaking during five days before to five days after break was analyzed.
    From three to five days before Rossby wave breaking events, the formation and development of wave were initiated. In the five days before anticyclonic breaking, ridge and trough informed with vertical axis potential vorticity penetration across the axis of the trough in the 200hPa about 5PVU. From four days before breaking, the ridge penetrated to north of Europe. It caused to intensify jet and form critical latitudes. Equatorward reflection of ridge and trough caused trough to penetrate to lower latitude with anticyclonic circulation. Anticyclonic circulation reinforcement caused formation of equatorward wave activity flux and divergence of wave activity flux in the two regions of lower latitude.
    Through the anticyclonic breaking, the NE-SW slope of axis of trough increased and potential vorticity rose to 7PVU. In the breaking days, the weakening of jet was intiated in the upstream of trough on the north of Europe. Through two days after anticyclonic breaking, equatorward wave activity flux in the downstream of trough was weakened and divergnce region of wave activity flux was split into areas in Europe and Mediterranean regions. From three days after breaking, weakening of jet in the downstream of trough was initiated. First the upper part of wave passed from middle latitude and then the lower part passed from subtropical latitude.
    The process of cyclonic breaking was intiated approximately five days before breaking. Four days before cyclonic breaking, ridge and trough informed with NW-SE axis potential vorticity penetration across the axis of trough in 200hPa about 3PVU. In cyclonic breaking, the formation of the ridge in the midlatitude caused zonal velocity to intensify and the formation of critical latitude over Europe. During three days before wave breaking, the jet in the upstream extended to downstream of trough, the NW-SE slope of the axis of trough increased and potential vorticity rose to its maximam about 6.5PVU in the midlatitude. During these days, poleward reflection of wave activity flux caused the divergence of the wave activity flux in the downstream of trough and cyclonic circulation to increase.
    Rossby wave breaking mechanism was similar in the different areas of East Atlantic Ocean until West Asia. In these regions, the meridional wave activity flux in the anticyclonic wave breaking was more than in the cyclonic wave breaking. However, equatorward (poleward) wave activity flux in the anticyclonic (cyclonic) wave breaking on the east of Atlantic Ocean and Europe was similar to (twice as many) on the east of Mediterranean and West Asia. Approximately, zonal wave activity flux in wave breaking on the downstream of troughs on East Atlantic Ocean and Europe was twice as many on East Europe and West Asia; just as the wave amplitude on Europe and east of Atlantic Ocean which was higher than on the east of Mediterranean and West Asia. Due to wave breaking, wave activity flux on the east Atlantic and Europe was stronger than on the east Mediterranean and West Asia.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Critical latitude
  • Wave breaking
  • Quasi-geostrophic Potential vorticity
  • Wave activity flux
  • Polar Vortex
  • Polar Night Jet
برهانی، ر.، احمدی گیوی، ف.، 1397، تحلیل آماری- دینامیکی تاشدگی­های وردایست در منطقه جنوب غرب آسیا در سال­های 2015-2000: مجله ژئوفیزیک ایران ، 2، 127-146.
خدادی، م. م.، آزادی، م.، مرادی، م.، رنجبر، ع.، 1399، مقایسه شکست امواج راسبی در اروپا و غرب آسیا از دیدگاه شار فعالیت موج: مجله ژئوفیزیک ایران، 14(2)، 83-101.
فهیمی، س.، احمدی گیوی، ف.، مزرعه فراهانی، م.، 1392، بررسی اقلیم شناسی بندال­های آسیا واروپا با دو شاخص در دوره 2010-1950: مجله ژئوفیزیک ایران، 7، 31-51.
Abatzoglou, T. J., and Magnusdottir, G., 2006, Planetary wave breaking and nonlinear reflection: seasonal cycle and interannual variability: Journal of Geophysical Research, 19, 6139-6159.
Abatzoglou, T. J., and Magnusdottir, G., 2007, Wave breaking along the stratospheric polar vortex as seen in ERA- 40 data: Journal of Geophysical Research, 34, L08812, doi:10.1029/2007GL029509.
Andrews, D. G., Holton, J. R., and Leovoy, C. B., 1987, Middle atmosphere dynamics: International Geophysics Series, 6, 125-136.
Andrews, D. G., and McIntyre, M. E., 1978, Generalized Eliassen-Palm and Charney-Drazin theorems for waves on axisymmetric mean flow in compressible atmosphere: Journal of the Atmospheric Sciences, 35, 175–185.
Barneth, A. E., and Hartman, D., 2012, Detection of Rossby wave breaking and its response to shifts of the midlatitude jet with climate change: Journal of Geophysical Research, 117, D09117, doi:10.1029/2012JD017469.
Brunet, G., and Haynes, P. H., 1996, Low-latitude reflection of Rossby wave trains: Journal of the Atmospheric Sciences, 49, 1924-1945.
Esler, J. G., and Haynes, P. H., 1999, Mechanisms for wave packet formation and maintenance in quasigeostrophic two-layer model: Journal of the Atmospheric Sciences, 56(15), 2457-2490.
 Harnik, N  and R. S. Lindzen.,2001: The Effect of Reflecting Surfaces on the Vertical Structure and Variability of Stratospheric Planetary Waves. J. Atmos. Sci., 58, 2872–2894.
Holton, J. R., 2004, An introduction dynamic meteorology: International Geophysics Series, 6, 140-181.
James, I. N., 1994, Introduction to Circulating Atmospheres: Cambridge University Press Cambridge.
Lee, S., and Feldstein, S., 1995, Two types of wave breaking in an aquaplanet GCM: Journal of the Atmospheric Sciences, 53(6), 842-857.
Magnusdottir, G., and Haynes, P. H., 1996, Waves activity diagnostics applied to baroclinic wave cycles: Journal of the Atmospheric Sciences, 53(16), 2317-2353.
Magnusdottir, G., and Haynes, P. H., 1998, Reflection of planetary waves in three-dimensional tropospheric flows: Journal of the Atmospheric Sciences, 56(4), 652-669.
Martius, O., C.Schwarz,and H.C.Davies.,2007, Breaking waves at the tropopause in the
wintertime Northern Hemisphere: Climatological analyses of the orientation and the theoretical LC1/2 classification. J. Atmos. Sci., 64, 2576–25929.
Masato, G., Hoskins, B. J., and Woollings, T., 2013, Wave-breaking characteristics of Northern Hemisphere winter blocking: a two-dimensional approach: Journal of Climate, 26(13), 4535-4549.
McIntyre, M. E., and Palmer, T. N., 1983, Breaking planetary waves in the stratosphere: Nature, 305, 593-600.
Palmer, T. N., 1981, Property of Eliassen-Palm flux for planetary scale motion: Journal of the Atmospheric Sciences, 39, 992-997.
Riviere, G., and Orlanski, I., 2007, Characteristics of the Atlantic storm-track Eddy activity and its relation with the North Atlantic Oscillation: Journal of the Atmospheric Sciences, 64, 241-266.
Rowe. S.M and M. H. hitchman., 2015:On the Role of Inertial Instability in Stratosphere–  Troposphere Exchange near Midlatitude Cyclones., Atmos. Sci., Vol. 72, 2131-2151.
Scott, R. K., and Cammas, J. P., 2002, Wave breaking and mixing at the subtropical tropopause: Journal of the Atmospheric Sciences, 59(15), 2347-2360.
Shapiro, M. A., Wernli, H., Bond, N. A., and Langland, R., 2001, The influence of the 1997–99 El Niňo Southern Oscillation on extratropical baroclinic life cycles over the eastern North Pacific: Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society, 127, 331–342.
Strong, C., and Magnusdottir, G., 2008, Tropospheric Rossby wave breaking and NAO/NAM: Journal of the Atmospheric Sciences, 65(9), 2861-2875.
Strong, C., and Magnusdottir, G., 2010, The role of Rossby wave breaking in shaping the equilibrium atmospheric circulation response to North Atlantic boundary forcing: Journal of Climate, 23(6), 1269-1276.
Troncroft, C. D., Hoskins, B. J., and McIntyre, M. E., 1993, Two paradiags of baroclinic wave life-cycle behaviour: Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society, 119, 17-55.
Vallis, G. K., 2017, Atmospheric and Oceanic Fluid Dynamics Fundamental and Large-Scale Circulations: Cambridge University Press, Cambridge.
Wang, Y.H and Magnusdottir. G., 2011. Tropospheric Rossby Wave Breaking and
  the SAM., J . Climate., Vol. 24, No. 8.