Kutup girdapları, atmosferik dalgaların yayıldığı arka plan rüzgar alanını şekillendirerek atmosferi yerden yere dikey olarak bağlamada merkezi bir rol oynar. Bu çalışma, önceki kutupsal girdap klimatolojilerinin dikey aralığını üst mezosfere doğru genişletiyor. Mezosferik polar girdaplar, CO gradyan yöntemi kullanılarak tanımlanırMikrodalga Uzuv Siren uydu verileriyle; stratosferik kutupsal girdaplar, meteorolojik yeniden analizlerden elde edilen verilerle akış işlevine dayalı bir algoritma kullanılarak tanımlanır. İki vorteks tanımının güçlü ve zayıf yönlerinin yanı sıra her bir tanımın ne zaman, nerede ve neden kullanılacağına dair tavsiyeler de verilmektedir. Kış ortası mezosferindeki ortalama girdap geometrisi, geniş bir üst ve dar bir tabana sahip Arktik'te şekillendirilmiş bir huni şeklindedir. Antarktika mezosfer girdabı, kışın başlarında yükseklikle daralır ve kışın sonlarında yükseklikle genişler. Her iki yarım kürede mezosferik vorteks oluşum sıklığı, boyutu ve bölgesel simetrinin mevsimsel evrimi sunulmaktadır. 60 km'nin üzerindeki beklenmedik davranış, özellikle ani stratosferik ısınmaların olmadığı kışları takiben her iki yarım kürede de geç dönem girdap genişlemesini içerir. Aşırı stratosferik rahatsızlıkların ardından mezosferdeki kutupsal gece jeti güçlenir ve kutuplara doğru kayar, bu da büzülen mezosferik bir girdapla sonuçlanır. Genel olarak, mezosferik kutupsal girdaplar, iki yarım küre arasında, stratosferik benzerlerinden daha benzerdir. Burada sunulan vorteks klimatolojisi, en yüksek iklim modellerinde mezosferik kutupsal vortekslerin değerlendirilebileceği gözlemsel bir referans görevi görür.
Kutupsal kış ortası atmosferindeki sirkülasyon, azalan güneş ışınımının bir sonucu olarak oluşan büyük bir çevresel girdap tarafından yönetilir (Schoeberl & Hartmann, 1991 ). Bu kutupsal girdap ölçek olarak yarı küreseldir ve her iki yarım kürede de kış boyunca devam eder. Son on yılda, rahatsızlıklardan kış kutupsal girdaplara kadar olan etkilerin hem yukarı doğru iyonosfere hem de aşağıya Dünya yüzeyine kadar izlenebileceği yaygın olarak kabul edildi. Örneğin, ani stratosferik ısınma (SSW) olayları (Butler vd., 2017 ; Charlton ve Polvani, 2007 ) kıtalar üzerinde kış mevsiminde meydana gelen soğuk hava salgınlarının sıklığının artmasıyla bağlantılıdır (örneğin, Baldwin ve Dunkerton, 2001; Thompson ve diğerleri, 2002 ; Waugh ve diğerleri, 2017 ), mezosferik soğutma (Azeem ve diğerleri, 2005 ; Cho ve diğerleri, 2004 ; Labitzke , 1972 ; Siskind ve diğerleri, 2005 ), termosferik sıcaklık değişiklikleri (örneğin, Goncharenko ve Zhang, 2008 ; Kurihara ve diğerleri, 2010 ; Liu ve diğerleri, 2011 ; Walterscheid ve diğerleri, 2000 ) ve iyonosferdeki anormallikler (örneğin, Chau ve diğerleri, 2012 ; Goncharenko, Chau ve diğerleri, 2010 ; Goncharenko, Coster , vd., 2010 ; Goncharenko vd., 2013 ; Pedatella vd., 2018). Stratosferik kutupsal girdaplar kapsamlı bir şekilde belgelenirken (örneğin, Baldwin & Holton, 1988 ; Gimeno ve diğerleri, 2007 ; Harvey ve diğerleri, 2002 ; Manney ve diğerleri, 1994 ; Matthewman ve diğerleri, 2009 ; Mitchell ve diğerleri. , 2011 ; Schoeberl vd., 1992 ; Scott, 2016 ; Waugh, 1997 ; Waugh & Polvani, 2010 ; Waugh & Randel, 1999 ), burada mezosferik kutupsal girdapların ilk küresel klimatolojisini sunuyoruz. Kutupsal girdap, alt ve orta atmosferin termosfer ve iyonosfere yukarı doğru bağlanmasında ikili bir rol oynar. Stratosfer ve mezosfer boyunca, vorteks kenarındaki kutup gece jetinin (PNJ) şekli ve gücü, troposferde oluşan yerçekimi dalgalarının (GW'ler) yayılmasını, kırılmasını ve kritik düzeyde filtrelenmesini etkiler (Dunkerton & Butchart, 1984 ; Smith, 1996 , 1997 ). Öte yandan, girdap aynı zamanda orta atmosferdeki GW'lerin bir kaynağıdır (örneğin, Gerrard ve diğerleri, 2011 ; Plougonven ve Zhang , 2014 ; Sato ve Yoshiki, 2008) termosfere yukarı doğru yayılan veya kış mezopoz bölgesinde kırılan (Becker & Vadas, 2018 ). Bu rekabet eden süreçler, GW'lerin yerel, bölgesel ve küresel ölçeklerde spektrum ve yayılma özelliklerini etkileyen ve sonuç olarak GW'lerin enerjilerini dağıtırken depoladıkları son derece değişken bir senaryo üretir. Bu işlemlerin termosfer ve iyonosfer üzerindeki etkileri anlaşılmamıştır. Simülasyonlar, zayıf kutupsal vorteks koşullarının (örneğin, SSW'ler sırasında) termosferdeki GW aktivitesindeki çarpıcı bir artışla ilişkili olduğunu göstermektedir (Yiğit ve diğerleri, 2014 ; Yiğit ve Medvedev, 2012). Bununla birlikte, gözlemler, gündüz orta ölçekli seyreden iyonosferik rahatsızlıkların aslında kutupsal girdap zayıflaması dönemlerinde bastırıldığını göstermektedir (Frissell ve diğerleri, 2016 ). Troposferden ve stratosferden kaynaklanan dalgalar, mezosferik girdabın çevresi ile ilişkili jet akımından geçmesi gerektiğinden, ortalama özelliklerinin anlaşılması, GW'lerin termosfer ve iyonosferin enerji ve dinamiklerine hâkim katkılarının daha iyi anlaşılması açısından oldukça önemlidir. Kutupsal girdaplar ayrıca Dünya'nın atmosfer-iyonosfer sisteminin aşağı doğru birleşmesinde önemli bir rol oynar. Mezosfer-alt-termosferde (MLT), enerjik parçacık çökeltmesi (EPP) ile üretilen nitrojen oksitleri (NO x = NO + NO 2 ) taşımak için girdapta iniş veya karıştırma (Fisher ve diğerleri, 1993 ) gereklidir . stratosfere termosfer (Meraner ve Schmidt, 2016 ; Randall ve diğerleri, 2015 ve oradaki referanslar). EPP Dolaylı Etkisi (EPP IE, Randall ve diğerleri, 2006 ) olarak bilinen bu süreç kapsamlı bir şekilde gözlemlenmiştir (örneğin, Bailey ve diğerleri, 2014 ; Callis ve diğerleri, 1998 ; Hendrickx ve diğerleri, 2015; Natarajan ve diğerleri, 2004 ; Randall ve diğerleri, 2005 , 2007 , 2009 ; Rinsland ve diğerleri, 1996 ; Russell ve diğerleri, 1984 ; Siskind ve diğerleri, 1997 , 2000 ; Smith ‐ Johnsen ve diğerleri, 2017 ve buradaki referanslar). Kutupsal girdap, EPP ‐ NO x'i sınırlandırması bakımından bu süreçte önemli bir rol oynar.kimyasal ömrünün uzun olduğu ve stratosfere inişin mümkün olduğu kutup gece koşullarındaki yüksek enlemlere. Kutupsal girdaplar EPP IE için gerekli olduğundan, burada, EPP IE'nin meydana geldiği mezosferik yükseklik aralığı boyunca girdabın yapısını ve değişkenliğini belgelemeye çalışıyoruz. Mezosferin Arktik girdabın gücü EPP-NO miktarı ile doğrudan ilişkili olduğu x kutup kış stratosfere bu iner (Randall ve ark., 2007 ). 2004, 2006, 2009, 2010, 2012 ve 2013'teki Kuzey Kutbu Ocakları, uzun süreli SSW olaylarına (Kishore ve diğerleri, 2016 ; Limpasuvan ve diğerleri, 2016 ) sahipti, bu sayede olağandışı gezegen dalgası (PW) ve GW filtrelemesi bir meteorolojik oluşturmak için devam etti. MLT rejiminde 2004'ten önce belgelenmemişti. Uzatılmış stratosferik doğu dönemlerinin, batı fazı hızlarına sahip GW'lerin mezosfere yayılmasına ve kırılmalarına izin verdiği ve burada, üst mezosfer (Hauchecorne ve diğerleri, 2007; Manney ve diğerleri, 2005 , 2009 ; Siskind ve diğerleri, 2007 , 2010 ). Bir SSW'den sonra daha düşük irtifalarda güçlü bir kutup girdabının restorasyonu, daha sonra GW'lerin normal irtifalardan daha yükseklerde kırılmasına ve üst mezosferdeki kalıntı sirkülasyonun alçalan dalını yoğunlaştırmasına izin verir. Güçlü soy, büyük miktarlarda küçük türleri stratosfere taşır (örneğin, Clilverd ve diğerleri, 2006 ; Hauchecorne ve diğerleri, 2007 ; Kvissel ve diğerleri, 2012 ; Lee ve diğerleri, 2011 ; Randall ve diğerleri, 2009 ; Siskind ve diğerleri, 2007 ; Smith ve diğerleri, 2011 ) ve ayrıca bir80 km civarında adyabatik ısınmaya bağlı yüksek stratopoz (ES) (örn., Manney ve diğerleri, 2008 ). Mezosferdeki güçlü kutupsal girdap ve buradaki artan iniş, polar MLT'yi alt stratosfere etkili bir şekilde bağlar. Mezosferik kutupsal girdabın gücü, daha sonra, ilk olarak atmosferin jeoetkinliğini yukarıdan güneş girdilerine göre sıralamayı belirler. Küresel iklim modelleri (GCM'ler) bu etkileri hafife almaktadır (Funke vd., 2017 ; Hendrickx vd., 2017 ; Holt vd., 2013 ; Orsolini vd., 2017 ; Randall vd., 2015 ; Sheese vd., 2013 ) ve optimum performans, modeller gözlemlerle mezosfer yükseklikleriyle sınırlandırıldığında ortaya çıkar (Pedatella vd., 2014 ; Sassi vd., 2018 ; Siskind vd., 2015 ). Gerçekten de, GCM'ler genellikle gözlemlerle tutarlı olmayan 70-80 km'nin üzerindeki kış bataklıklarının tersine dönmesini simüle eder (örneğin, Smith, 2012Şekil 2'ye bakın). Bu, yapay batıya doğru GW sürüklenmesinden ve Becker ve Vadas'a ( 2018 ) göre, ikincil GW'lerden yaklaşık 100 km doğuya doğru GW sürüklenmesinden kaynaklanmaktadır. Burada, bu aşırı GGB'ler sırasında mezosferdeki girdap özelliklerinin nicel bir tahminini sağlıyoruz. Burada sunulan vorteks klimatolojisi gözlemlere dayandığından, yüksek tepeli GCM'lerde mezosferik vorteksin değerlendirilmesi için bir kriter sağlar. Bu nedenle bu çalışma, EPP IE simülasyonundaki eksik tahminlerin mezosferik girdap simülasyonundaki tutarsızlıklardan kaynaklanıp kaynaklanmadığını anlamaya katkıda bulunur. Bu çalışmanın ele aldığı sorular şunlardır: Mezosferik kutup girdaplarının ortalama konumu, boyutu ve uzun ömürlülüğü nedir? Mezosferik kutupsal girdaplar mevsimsel olarak nasıl değişir ve hemisferler arasında nasıl farklılık gösterir? Stratosferdeki mezosferik girdap ve PW'ler arasındaki ilişki nedir? Bu makale aşağıdaki şekilde yapılandırılmıştır: Bölüm 2 , stratosfer ve mezosferdeki kutupsal girdapları tanımlamak için kullanılan algoritmaları ve veri setlerini açıklamaktadır. Burada, birkaç farklı yeniden analiz ürününün polar vorteks çalışmaları için uygun olduğunu gösteriyoruz. 3. BölümKutupsal girdap oluşum frekansının mevsimsel ortalama enlem-yükseklik ve boylam-yükseklik yapılarını sunar, sonuçları önceki iklim bilimleriyle karşılaştırır ve girdap iklimolojisini her zamankinden daha yüksek irtifalara genişletir. Stratopause'dan ~ 80 km'ye kadar değişen irtifa seviyelerini vurgulayarak, girdap oluşum sıklığının yıllık döngüleri gösterilmektedir. Mezosferik vorteks klimatolojisini CO dağılımlarının ve rüzgar alanının evrimine bağlamak için çaba gösterilmektedir. Sonuçlar 4. bölümde verilmektedir .