ВВЕДЕНИЕ
К низкочастотной изменчивости метеорологических величин относятся колебания во временном диапазоне больше синоптического, т. е. больше 7–10 сут. Низкочастотные колебания могут иметь пространственный масштаб от тысяч до нескольких десятков тысяч километров или даже носить глобальный характер, а их энергия превышает энергию возмущений в синоптическом диапазоне [Переведенцев, 1984; Barnston, Livezey, 1987; Blackmon et al., 1977; Branstator, 1992]. Причинами низкочастотной изменчивости могут быть внешнее возбуждение на нижней границе атмосферы за счет аномалий температуры поверхности океана или влагозапаса в почве; явление васцилляции (vacillation); возможность существования двух и более климатических состояний при одном и том же внешнем возбуждении; развитие долгоживущих элементов циркуляции, таких как замкнутые вихри, модоны и солитоны; волновые взаимодействия; воздействие высокочастотных нестационарных возмущений — циклонов и антициклонов [Уоллес, Блэкман, 1988]. Принципиально различными являются подходы к исследованию низкочастотной изменчивости в тропических и внетропических широтах [Roger, Chorley, 2003; Lejenäs, Madden, 2000; Madden, 2007]. В умеренных широтах низкочастотные (и крупномасштабные) аномалии, как правило, геострофичны. Это существенно упрощает анализ (но не понимание) динамики, структуры и источников низкочастотных возмущений. В тропиках условие геострофичности выполняется хуже, а неустойчивости, обусловленные вертикальными градиентами температуры и значительными потоками скрытого тепла, порождают специфическую динамику с сильной дивергентной и конвергентной составляющими и большими вертикальными скоростями.
То, что низкочастотная изменчивость имеет большие пространственные масштабы, может быть использовано для повышения качества долгосрочных прогнозов погоды и краткосрочных климатических прогнозов, особенно во внетропической зоне, характеризующейся высоким уровнем синоптического шума. Может оказаться перспективным использование информации о поведении и особенностях низкочастотных колебаний в исследовании тропосферно-стратосферных связей, например, при поиске предикторов внезапных стратосферных потеплений (ВСП).
В низкочастотном диапазоне большой интерес представляют вариации индексов Арктической и Антарктической осцилляций, дальние связи [Blackmon et al., 1984a, b; Thompson, Wallace, 2000; Namias, 1981; Simmons et al., 1983], вариации глобального углового момента вращения атмосферы [Egger, Weickmann, 2007; Egger et al., 2007], образование и разрушение блокирующих антициклонов [Tung, Lidzen, 1979].
Частным случаем низкочастотной изменчивости являются вариации зонально-усредненных метеорологических величин. В работах [Feldstein, 1998; Lee et al., 2007] проанализированы вариации средних зональных течений на масштабах времени Т~60–100 сут. Для выделения меридиональных дрейфов был использован регрессионный анализ вариаций скорости ветра вдоль различных широтных кругов (22.58°, 45.08° и 66.58° N, 22.58°, 45.08° и 66.58° S). Согласно полученным результатам, во всех широтных зонах преобладал медленный дрейф к полюсу, который, по мнению авторов, может быть объяснен усредненным эффектом влияния вихревых возмущений на среднее течение в условиях меридионального градиента неадиабатического нагрева. Механизм, предложенный в [Feldstein, 1998], был подтвержден модельными расчетами [Lee et al., 2007].
Иной характер имеют вариации средних зональных величин в диапазоне 10–40 сут, например, обнаруженные нами упорядоченные вариации усредненной вдоль широтных кругов зональной компоненты скорости ветра в интервале 15–20 сут [Мордвинов и др., 2009а, б]. Мы назвали это явление крутильными колебаниями. В данной статье мы описываем методику выделения крутильных колебаний, проводим сравнение различных способов фильтрации исходных данных, сопоставляем крутильные колебания, полученные по данным нескольких архивов реанализа. Особый интерес представляет расчет крутильных колебаний по данным ECMWF ERA и MERRA-2 на высотах, превышающих предельный уровень архива NCEP/NCAR Reanalysis. Анализ этих колебаний может быть полезен для исследования источников возбуждения и их прогноза.
