Aeolus任务揭示了极地涡旋的复杂现象

埃俄罗斯极地漩涡

由于今年冬天的极地涡旋将北极天气的极端冰风带到了北半球的一些地区,比如美国东北部,科学家们正在利用欧洲航天局的Aeolus卫星提供的风信息来进一步解释这一复杂的现象。

极地涡旋是北极上空的极地平流层中巨大的寒冷空气团。它被一股强大的沿旋涡边界逆时针旋转的气流包围着。这个漩涡在冬天会变得更强,把刺骨的冷空气锁在北极周围。

然而,有时涡旋会减弱、扭曲甚至分裂成两部分,进一步向南移动,影响天气,并在对流层进一步向下喷射气流,可能会给低纬度地区带来异常寒冷的天气和降雪。

极地漩涡,2020年12月,2021年2月

根据欧洲航天局“风之神”(Aeolus)的数据,这张照片显示了在2020年12月1日至2021年2月1日期间,平流层低层的极地涡旋是如何变化的。12月初的几张图显示涡旋处于相对正常的状态,但在12月中旬出现了一小片蓝色的风,风相对于正常情况是西风。资料来源:巴斯大学。莱特

一个可以干扰极地涡旋的气象事件被称为“平流层突然变暖”,这是上个月发生的事情。平流层的突然变暖在某种程度上每隔一年左右就会发生一次,但目前的事件被归类为重大事件,并不常见。

这种戏剧性的事件导致极地涡旋边缘附近的强风减弱或逆转,导致极地平流层的温度迅速上升高达50摄氏度摄氏超过几天。

由于这些活动可以引发欧洲和北美的极端天气,因此它们具有科学和实践的兴趣。然而,所涉及的过程尚未完全理解,直到最近,在从空间测量风中的主要技术挑战,这是衡量和监测这种大型事件所需的。

极涡变化

The animation uses data from ESA’s Aeolus wind satellite and shows how the polar vortex in the lower stratosphere changed between December 1, 2020, and February 1, 2021. The first few plots at the beginning of December show the vortex in a comparatively normal state, but in mid-December patches of blue wind appear, and the wind is going westwards relative to normal conditions. Scientists are using wind information from Aeolus to shed more light on this complex phenomenon that can disrupt the weather at lower latitudes. Credit: University of Bath/C. Wright

幸运的是,科学家们现在手头有欧洲航天局的Aeolus卫星,可以帮助更多地了解极地涡旋为何以及如何被推离平衡。

Aeolus是第一颗轨道卫星,可以直接从太空描绘地球上的风。

It works by emitting short, powerful pulses of ultraviolet light from a laser and measures the Doppler shift from the very small amount of light that is scattered back to the instrument from molecules and particles to deliver profiles of the horizontal speed of the world’s winds mostly in the east-west direction in the lowermost 26 km of the atmosphere.

虽然Aeolus只测量大气低层的风,但目前平流层极地涡旋喷射流的低层在卫星的数据中留下了一个特征。

英国浴室大学皇家社会研究员的科尔德赖特表示,“在突然的平流层变暖事件中的风结构变化从未在全球范围内直接观察到。到目前为止,我们通过使用温度观测,使用点测量,沿着本地化飞行器飞行轨道的测量来制定了对这些变化的理解,并主要是计算机模型和同化分析。

埃俄罗斯的使命

Aeolus任务不仅是为了推进我们对大气动态的理解,而且还提供了急需的信息,以改善天气预报。卫星在太空中携带第一件风激光雷达,可以探测大气中的最下面的30公里,提供风,气溶胶和沿着卫星的轨道道路的云的曲线。激光系统将紫外线的短发脉冲发射到大气中。望远镜收集从空气分子,灰尘颗粒和水滴的反向散射的光。接收器分析了反向散射信号的多普勒偏移,以确定卫星下方各个高度的风的速度和方向。这些近期实时观察将提高数值天气和气候预测的准确性,并推进我们对气候变异性有关的大气动力学和流程的理解。信用:ESA / ATG MEDIALAB

“然而,我们现在可以利用Aeolus的新型测量,第一卫星能够直接观察上层对流层和较低的平流层,在目前的重大事件期间观察到这一过程。”

欧洲航天局的Aeolus任务科学家Anne Grete Straume评论道:“我们目前正在观察一个极地涡旋事件,我们看到它分裂成两个,一个旋转的气团在北大西洋上空,另一个在北太平洋上空。

“这种分裂导致对流层环流的变化,使得来自两极的冷空气团更容易逃到低纬度地区。”目前,北美的部分地区似乎正在经历比欧洲更冷的天气,尽管在过去几周,我们已经看到了冷空气到达欧洲南部很远的地方,造成了西班牙的大雪。

五大湖附近的雪

这款雪在美国的伟大湖区地区的形象由Copernicus Sentinel-3 Mission的海洋和土地彩色仪器于2月3日捕获2021年。Credit:包含由ESA处理的修改后的哥白尼Sentinel数据(2021),CC BY-SA 3.0 IGO

“由于气候变化,什么科学家们也想了解突然的平流层变暖事件是否可能变得更加频繁。此外,Aeolus风数据对更好地了解触发这些天气事件的机制非常重要。

“从我们的风神数据中得出任何科学结论还为时尚早,但我们肯定正在进行工作,以阐明为什么这种季节性现象有时会变得极端——请注意这个空间。”

1评论关于“风神任务揭示极地涡旋的复杂现象”

  1. 这个故事提醒我地球上小小的生态系统是多么脆弱,外太空又是多么寒冷。

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