Şu ana kadar klimatoloji mevsimsel ortalama girdap özellikleri göstermiştir. Daha sonra, her iki yarım küredeki yüksekliğin bir fonksiyonu olarak kutup girdabının boyutundaki çok yıllık ortalama yıllık döngüyü keşfedeceğiz. Yıllar arası ve yıl içi değişkenliğin analizi gelecekteki çalışmalara bırakılmıştır. Şekil 8 , kutupsal girdap kenarı eşdeğer enleminin yıllık ortalama döngülerini göstermektedir (Butchart & Remsberg, 1986) (a) NH ve (b) SH. Vorteks kenarının elatı, kutupsal vorteks ile aynı alanı kapsayacak enlem olarak tanımlanır. Bu nedenle, kenarın 40 ° lik bir elatta olduğu bir vorteksin çevrelediği alan, kenarın 60 ° lik bir elatta olduğu bir vorteksin kapsadığı alandan daha büyüktür (çünkü 40 ° enlem dairesi daha geniş bir alanı kapsamaktadır. 60 ° enlem dairesinden daha fazla). Bu elat sonuçları H02'deki gibidir (bkz. Şekil 11) ancak Birleşik Krallık Meteoroloji Ofisi verileri yerine MERRA ‐ 2 ve MLS'ye dayanmaktadır ve ~ 50 km yerine ~ 75 km'ye kadar uzanmaktadır. Vorteks oluşumu sırasında kışın başlarında, yüksek CO henüz aşağıya taşınmamışken (yani Mart ayında SH'de ve Eylül'de NH'de), ψ- tabanlı yaklaşım, MERRA ‐ 2 veri setinin (~ 75 km) tepesine kadar uzanır. NH'de Ekim'den Nisan'a ve SH'de Nisan'dan Ekim'e kadar, girdap kenarı eğilimi, yukarıdaki siyah noktaların ve CO gradyanlarının altındaki ψ tanımına dayanmaktadır . Siyah noktalar, iki vorteks tanımının aynı vorteks kenarını verdiği yüksekliği temsil eder. NH'de bu geçiş yüksekliği 27 Eylül ile 3 Aralık arasında 74'ten 62 km'ye iner. SH'de geçiş yüksekliği 20 Mart ile 25 Temmuz arasında 75'ten 56 km'ye iniyor. Yukarıdaki CO gradyan yönteminden aşağıdaki ψ yöntemini tanımlayan irtifa, daha sonra girdap bozulana kadar ~ 60 km ile ~ 70 arasında bofllukta kalır
Burada 10 ila 50 km arasında gösterilen girdap kenarı elatının evrimi, H02'de gösterilen sonuçlarla mükemmel bir uyum içindedir (bkz. Şekil 11). Kuzey stratosferdeki vorteks boyutunun mevsimsel evriminin dinamik bir yorumu, bir SSW'nin zamansal evrimine benzer (McIntyre, 1982 ) ve Dönüştürülmüş Eulerian Ortalama denklemleri temelinde iyi anlaşılmıştır (Andrews ve diğerleri, 1987). Girdap, Eylül'den Aralık'a kadar gelişir ve kutup başlığındaki ışıma ile soğumaya ve termal rüzgar dengesine göre boyut olarak büyür. Ocak ayına gelindiğinde, kıtalar soğudu ve orografi ve kara-deniz kontrastlarının bir kombinasyonu nedeniyle yarı sabit PW'lerin zorlanmasına yol açtı. Bu dalgalar, düşük ve orta enlemlerde bölgesel yavaşlamalara ve vorteks boyutunda bir erozyona neden oldukları stratosfere yayılır . Bu ön koşullandırma aşamasında stratosferik girdapın boyutu azaltılır . Bu aşama Şekil 8'de yansıtılmıştır. a, bizim zaman serilerimize dahil olan GGS'lerin çoğunun meydana geldiği Ocak ayında girdap boyutunda minimum olarak. Girdabın müteakip büyümesi, bir SSW'den sonra restorasyona karşılık gelir. Bu dönem ortalama olarak Şubat ve Mart aylarında gerçekleşir.
NH, Şekil aksine 8 SH stratosferik polar girdap büyüklüğü muntazam bir kış başlarında artar ve daha sonra kış sonları sırasında sürekli olarak azaldığı B gösterilmektedir. Bunun nedeni, ışınımla belirlenen durumun zayıflamasıdır, bu da PW'lerin Charney-Drazin kriterine göre yayılmasına izin verir ve böylece girdabın zayıflamasını güçlendirir. SSW'ler SH'de nadir olduğu için, NH'deki gibi kışın sonlarında girdap alanının ikinci bir maksimumu oluşmaz.
Bu yeni girdap klimatolojisi, Kuzey Kutbu girdabının (Şekil 8 a) Kasım ayından Mart ayına kadar ~ 75 km'ye (ve muhtemelen daha yükseğe) kadar genişlediğini göstermek için H02'yi yukarı doğru genişletir. Ocak ve Mart aylarında mezosferdeki Kuzey Kutbu girdabının boyutu, Haziran-Temmuz ayları arasında stratosferdeki Antarktik girdabına rakiptir. Antarktika vorteks kenarı elatı (Şekil 8 b), Mayıs sonu / Haziran başında 50-70 km rakım aralığında zirveye ulaşır ve bunun üzerine düştü. Mezosferde, Antarktika girdabı kışın başlarında yükseklikle daralır ve sonra ilkbaharda yükseklikle genişler, ancak Kuzey Kutbu girdabından daha az bir dereceye kadar. Gelecekteki çalışmalar, Antarktika erken kışın mezosferik girdabının boyutunun PW kırılması ve mezosferik oluşumun ortaya çıkması nedeniyle ne ölçüde azaldığını araştıracaktır.Sassi ve diğerleri tarafından açıklanan sörf bölgeleri . ( 2002 ). Genel olarak, ~ 60 km'nin altında girdap kenarı (renk dolgusu) ve rüzgar hızı (konturlar) pozitif olarak ilişkilidir; daha yüksek mezosferik rakımlarda bu korelasyon bozulur.
Kış ilerledikçe mezosferdeki girdap boyutundaki büyüme, mezosferik bölgesel rüzgarın maksimum ekvatora doğru kayarken, yüksek enlemlerde doğuya doğru akışın zayıfladığı gerçeğini yansıtır. Bu davranış, her iki yarım kürede de bulunur, ancak NH'de çok daha belirgindir ve Kuzey Kutbu girdabının daha huni benzeri şeklini (geniş üst ve dar bir alt) yansıtır. Momentum bütçesini Becker'in GCM verilerini ( 2017) ve mezosferde ~ 70 km'nin üzerindeki geç kış girdabının genişlemesinin iki etkinin birleşimiyle ilişkili olduğunu bulmuşlardır: (1) Zayıflamış stratosferin dikey uzantısının bir sonucu olarak yüksek enlemlerde zonal akışın zayıflaması girdap ve (2) batıya doğru GW sürüklemesinin zayıflamasıyla aşırı dengelenen subtropikal ila orta enlemlerde doğuya doğru açısal momentumun daha zayıf bir meridyen ilerlemesi, bu da artan doğuya doğru akışa neden olur. Alt mezosferdeki daha zayıf batıya doğru GW sürüklemesi, daha zayıf bir kutupsal vorteks için oluşur, çünkü ağırlıklı olarak batıya doğru GW'ler (orografik veya orografik olmayan) daha kısa dikey dalga boyları alır ve bu nedenle daha düşük irtifalarda kırılır.
Kış aylarında girdap içinde inişi göstermek için belirli bir enlemdeki ortalama iz gaz dağılımları yaygındır (örneğin, Clilverd ve diğerleri, 2007 López ‐ Puertas ve diğerleri, 2005 ; Orsolini ve diğerleri, 2017 Mezosferik rakımlarda ortalamanın uygun olduğu enlem aralığını bildirmek için Şekil 9 NH ve NH'de mezosferdeki sonbaharda kışın ve ilkbaharın başlarında herhangi bir boylamdaki vorteks kenarının maksimum enlemsel boyutunu (b) SH. Bu Şekil 8'de gösterilen sonuçlarla tutarlı ve tamamlayıcı olan mezosferik girdabın mevsimsel evrimi hakkında başka bir bakış açısı sağlar. Bu sonuçlar, mezosferdeki girdap kenarının tipik olarak 40 ila 60 ° enlem arasında bulunduğunu, bu nedenle, 60 ° 'lik ortalama kutbun, girdapta muhafazakar bir iniş tahmini verdiğini göstermektedir. Alt mezosferde Ocak ayında Arktik vorteks kenarının kutuplara doğru sapması (üst paneldeki siyah kontur) aşağıdaki GGD olaylarına atfedilir. Ancak, 70 km'nin üzerindeki GGB ile ilgili etkiler oldukça küçüktür. Bu sonuçlar, Şekil 8'de bahsedilen girdap geometrisi hakkında elde edilen sonuçlarla tutarlıdır. . Yani, mezosferdeki Arktik girdap bir huni şeklindedir ve kış boyunca artan irtifa ile genişler. Bu, kış sezonu boyunca devam eden ekvatora doğru eğimli bir PNJ ile tutarlıdır. Öte yandan Antarktika girdabı, Haziran ayında irtifa ile daralır ve ardından Temmuz ortasından sonra hızla huni şeklini alır. Bu evrim, Lawrence ve Manney ( 2017 ) tarafından verildiği gibi , erken kışın güçlü girdap özellikleri ve kışın sonundaki zayıf girdap özellikleri ile tutarlıdır . Nitekim, 75 km civarında 30 ° G ile 80 ° G arasındaki ortalama PNJ hızı Haziran ayında ~ 39 m / sn iken Eylül ayındaki 14 m / sn'dir gösterilmemiştir
ES olaylarıyla ilişkili uzun süreli SSW rahatsızlıklarının (ör., Manney ve diğerleri, 2008 ; Siskind ve diğerleri, 2010 ) 70-80 km civarında artmış inişe (ör. Lee ve diğerleri, 2011 ) yol açtığı iyi bir şekilde belgelenmiştir. Mezosferik kutupsal girdabın etkilenip etkilenmediğini veya ne ölçüde etkilendiğini anlamak ilgi çekicidir. ES'li bir GGS için tek bir tanım olmadığından, başlangıçta Tweedy ve diğerleri tarafından özetlenen sözleşmeler. ( 2013 ) ve daha sonra Stray ve ark. ( 2015 ) ve Limpasuvan vd. ( 2016 ) burada, bu oldukça rahatsız edici koşulları takiben mezosferik girdap etkilerini keşfetmek için kullanılmıştır. Özellikle, Arktik kışlar sahip olduğu kabul edilir ESAşağıdaki üç kriteri karşılıyorlarsa olaylar: (1) stratopozda beş veya daha fazla gün boyunca 70 ° –90 ° N arasında doğuda, (2) 70 ° –90 ° N sıcaklık 185 K'nin altında ve (3) stratopoz İklimsel yüksekliğinden 10 km veya daha fazla rakımda atlar . Bu klimatolojideki 13+ yıldan Eylül 2004 - Aralık 2017 beş ES Arktik kışı vardır 2005/2006, 2008/2009, 2009/2010, 2011/2012 ve 2012/2013 diğer sekiz kış ise No ES kategorisini oluşturuyor. Figür 10ES olaylarının olmadığı ortalama bir kış mevsiminde Kasım-Nisan panel a ES olaylarının olduğu ortalama bir kış mevsiminde panel b ve farkı, Kuzey Kutup vorteks kenarı elatını ve farkı göstermektedir. Girdap kenarı elatının girdap boyutuyla ters orantılı olduğuna dikkat edin
Bu şekil iki önemli noktayı göstermektedir. Birincisi, mezosferik vorteksin sessiz ES yıllarının Şubat ve Mart aylarında en büyük olmasıdır Şekil 10 a'da 65 km'nin üzerinde koyu kırmızı renkler Bu sonuç beklenmedik olmakla birlikte, bölgesel rüzgarlar anormal derecede zayıf olduğunda vorteksin geometrisinin huni şeklinde olmasıyla tutarlıdır (Albers ve Birner, 2014 ). Lawrence ve Manney ( 2017 ) de ortalama olarak, girdap zayıf bir durumda olduğunda daha dramatik bir şekilde genişlediğini gösterirken , analizleri yalnızca üst stratosfere uzanıyor. İkinci nokta, mezosferik girdapın ES olaylarını takiben daralmasıdır (Şubat-Mart aylarında 60 ila 75 km arasındaki açık kırmızı bölgeler, Şekil 10b). Bozulmuş yıllarda üst stratosferde, girdap Şubat ve Mart aylarında alışılmadık derecede büyüktür ve bu, büyük SSW'lerin iyileşme aşaması sırasında oluşan güçlü bir girdap raporlarıyla tutarlıdır (örneğin, Manney ve diğerleri, 2005 , 2009 ; Randall et al. diğerleri, 2009 ; Siskind ve diğerleri, 2010 ) Bu iyi bilinen yönü inen koyu Şekil kırmızı renkler ile ifade edilir 10 Şekil içinde b ve kırmızı tonları 10 40-60 km yakınındaki Mart Ocak ayında c. Daha az bilinen şey, bu süre boyunca mezosferdeki daha yüksek rakımlarda girdapın daralmasıdır. Bu özellik, Şekil 10'da 50'den 80 km'ye kadar mavi gölgelerle gösterilmiştir. c Şubat sonu, Mart ayında meydana gelir ve 60 ila 70 km arasında Nisan sonuna kadar devam eder.
SSW / ES olaylarını takip eden üç ayda (bu durumda Şubat, Mart ve Nisan, beş SSW'nin her biri Ocak ayında meydana geldiğinden), mezosferdeki PNJ 10-40 m / s daha güçlüdür ve ~ 60 ES yıllarında ~ 35 ° N (gösterilmemiştir) yerine ° N (Şekil 10 c'de düz hatlarla gösterildiği gibi ). Kışın sonlarında tedirgin geçen yıllarda mezosferde PNJ'nin kutuplara doğru yer değiştirmesi, bozulmamış kışlara göre ~% 65 daha küçük olan 60-80 km katmanda bir girdapla sonuçlanır. 20 ° lik elat farkı, NH'nin ~% 21'ine (elat = 42 °, NH'nin% 33'ü, elat = 62 °, NH'nin yalnızca% 12'si) veya ~ 55 milyon km 2'ye çevrilir. ES olaylarının görüldüğü yılların güçlü kutup kış düşüş oranlarına sahip olduğu bilinmektedir; Bu yıllar aynı zamanda küçük mezosferik girdap alanlarıyla da ilişkili olduğundan, bu, iniş hızlarının mezosferik yüksekliklerdeki girdap alanıyla korelasyonunu önlediğini gösterir. Yukarıda bahsedilen argümanlar (vorteks boyutu, PNJ ve GW'ler arasında), stratosferik vorteks çok güçlü hale geldiğinde, bir SSW'den sonra mezosferik kutupsal vorteksin küçülmesi gerçeğiyle de tutarlıdır. Bu Şekillerde açıkça görülebilir 10 B ve 10 C, ve Şekil biraz görünür 8 Şubat ortasından ikinci kutup girdap en fazla bir. Stratosferdeki daha zayıf bir vortekse yanıt olarak vorteksin mezosferik genişlemesinin mekanizması, gelecekteki bir çalışmada ayrıntılı olarak analiz edilecektir.
Mezosferik vorteks boyutunda gözlemlenen mevsimsel gelişimi daha fazla açıklamaya yardımcı olmak için ( artan elatın azalan boyuta karşılık geldiği Şekil 8 ve 9'da gösterilmiştir ), Şekil 11 , MLS sıcaklığının (sol sütun) çok yıllık (2005-2017) ortalama yıllık döngüsünü göstermektedir. 0,01 (~ 80 km; paneller a, c ve e) ve 0,1 hPa'da (~ 65 km; paneller b, d ve f) enlemin bir fonksiyonu olarak jeostrofik bölgesel rüzgarlar (orta sütun) ve CO (sağ sütun) ). 65 ila 80 km arasındaki orta-yüksek enlemlerde, kutup kışında kutup yazına göre daha sıcaktır (Şekil 11 a ve 11 b); bu, kalan sirkülasyonla ilişkili olarak yazın yükselme ve kışın alçalma göz önüne alındığında beklenir. Orta sütun (Şekiller 11 c ve 11 d), yaz doğu aylarının direğe doğru eğilirken, batıdaki kışın jet akımlarının ekvatora doğru yükseklik ile eğildiğini (örneğin, Dunkerton & Delisi, 1985 ) göstermektedir. Bu rakım bölgesi, kışın batıdaki PNJ'nin üst tarafını ve yazın doğu jetlerini kapsar. Her iki durumda da rüzgar maksimum 65 km'den 80 km'ye düşer. Bu yüksekliklerdeki kutupsal girdapları belirlemek için rüzgarlara güvenmemekle birlikte, Haziran ayında 80 km'de 60 ° G civarında ikincil bir bölgesel rüzgarın ortaya çıkması ilginçtir (Şekil 11 c) Bu, kutup yakınında artan CO sınırlaması ve Haziran ayında mekansal olarak daralmış mezosferik Antarktika girdabı ile tutarlıdır
Yıllık CO döngüsü (renkli dolgu, Şekil 11 e ve 11 f) önceki gözlemlerle uyumludur (örneğin, Garcia ve diğerleri, 2014 ; Şekil 14'e bakınız) ve mezosferik girdap oluşum sıklığındaki (beyaz konturlar, Şekil 11 e ve 11 f), girdap çekirdeği içinde yüksek CO değerleri ile. Her iki yarım kürede de en yüksek CO, kışın başlarında girdap içinde gözlenir (NH'de Kasım / Aralık ve SH'de Mayıs). Bu, Holt ve ark. ( 2013 ), 0,08 hPa'da (~ 70 km) en güçlü Kuzey Kutbu kış inişinin Aralık ayında gerçekleştiğini gösterdi. Ayrıca Funke ve ark. ( 2017), hem Pasif Atmosferik Sondaj gözlemleri için Michelson İnterferometrede hem de sekiz üst düzey modelde CO'nun güçlü erken Arktik kış düşüşünü gösterdi. Burada gösterilen CO ve vorteks oluşum frekansı sınırları bölgesel ortalamalar olduğundan, bunların mükemmel şekilde hizalanmış kalması beklenmez. Aslında, aylık ortalama CO'daki bölgesel asimetriler, en güçlü inişin her zaman doğrudan direğin üzerine yerleştirilmediğini gösterir (gösterilmemiştir). 80 km'de, ilkbaharda kutup vortekslerinin genişlemesi, yüksek CO konsantrasyonunun daha düşük enlemlere genişlemesi ile uyumludur. Bu, batıların zayıflamasıyla ve yüksek CO'yu direğe hapsetme konusunda daha az verimli olduğu anda meydana gelir. Bu çok yıllık ortalama klimatoloji tarafından sunulan mezosferik girdap perspektifi, yıllar arası veya yıl içi değişkenliği yakalamaz (Lawrence & Randel,1996 ). Gelecekteki çalışmalar, ayrı günlerdeki mezosferik girdap özelliklerini ve bireysel kışlar boyunca zamansal gelişimi belgeleyecektir