Стратосферный предвестник вызывает зимний фазовый разворот шаблона «тёплая Арктика — холодная Евразия»

Почему важны колебания между теплом в Арктике и холодом в Евразии

Жители Европы и Азии всё чаще замечают всё более резкие зимние перепады настроения: в один месяц в Арктике необычно тепло, тогда как в Сибири морозно, а позже той же зимой этот рисунок резко меняется. Эти сдвиги — не просто любопытство для метеоэнтузиастов; они формируют спрос на отопление, энергобезопасность, сельское хозяйство и риск экстремальных похолоданий и пылевых бурь. В этом исследовании ставится на вид простая на первый взгляд, но практически важная задача: можно ли обнаружить признаки высоко в атмосфере, которые предупреждают за недели о таких внезапных зимних разворотах?

Качели между севером и югом

Учёные описывают повторяющийся рисунок, который называют «тёплая Арктика — холодная Евразия», когда зимний воздух над Арктикой необычно тёплый, а большая часть Евразии холоднее нормы. Также встречается обратная конфигурация — «холодная Арктика — тёплая Евразия». В последние десятилетия зимы всё чаще демонстрируют резкую смену между этими двумя состояниями: ранняя зима может быть под влиянием одного паттерна, а поздняя — резко переключаться на противоположный. Поскольку ранняя и поздняя фазы взаимно компенсируются в сезонных средних, весь драматизм этих колебаний скрыт в традиционной статистике, однако на местах это выражается в резких переходах холод–тепло и повышенном риске серьёзных похолоданий в Восточной Азии и даже крупных весенних песчаных бурь над северным Китаем.

Скрытый драйвер высоко над облаками

Над погодными системами, которые мы наблюдаем изо дня в день, располагается стратосферный полярный вихрь — быстро движущееся кольцо ветров, окружающее Арктику на высотах в десятки километров. Этот вихрь может меняться по форме: иногда он сокращается и отстраняется от сектора Северная Америка—Северная Атлантика, а иногда вытягивается в его сторону. Авторы показывают, что систематическая смена формы вихря над Северной Америкой—Северной Атлантикой обычно предшествует поверхностному развороту между паттерном тёплая-Арктика—холодная-Евразия и его противоположностью примерно на 25 дней. Когда в начале зимы вихрь там сжат, поверхностный рисунок чаще благоприятствует холодной Арктике и тёплой Евразии; когда позже он вытягивается в ту сторону и укрепляется, поверхностный паттерн, как правило, меняется на тёплую Арктику и холодную Евразию. Эта временная связь наблюдается не только в последние десятилетия, но и при продлении записи назад до начала 1950‑х годов.

Как волны несут сигнал вниз

Авторы прослеживают, как этот сдвиг на большой высоте доходит до поверхности. Когда вихрь над Северной Америкой—Северной Атлантикой находится в сжатом состоянии, стратосфера формирует пару контрастных аномалий давления: повышенное над Северной Америкой—Северной Атлантикой и пониженное над Западной Евразией. Волнообразные возмущения в атмосфере предпочитают подниматься над Северной Америкой, а затем опускаться в направлении Западной Европы, направляя эти аномалии вниз со стратосферных высот на уровень повседневной погоды. У поверхности это ослабляет обычно важную зону высокого давления над Уралом. При подавленном «уральском антициклоне» холодный арктический воздух становится менее способным устремляться на юг в Евразию, что способствует возникновению рисунка с относительно тёплой Евразией и более холодной Арктикой в начале зимы.

От удалённого сдвига вихря до холодных вспышек в Евразии

Позже в сезоне, когда вихрь вытягивается в сторону Северной Америки—Северной Атлантики и становится сильнее и более асимметричным, волновой рисунок меняется. Теперь возмущения преимущественно распространяются вниз над Северной Атлантикой, усиливая западные ветры в верхних слоях и способствуя формированию над океаном характерного режима давления, известного как положительная фаза Североатлантической осцилляции. Оттуда волновая энергия распространяется на восток в Евразию и накапливает более сильный уральский максимум давления. Этот возрождающийся антициклон помогает направлять холодный арктический воздух к югу в Евразию, тогда как сама Арктика относительно становится мягче — отпечаток классической фазы тёплая-Арктика—холодная-Евразия. Исследование подтверждает эти механизмы не только через статистический анализ, но и через рассмотрение отдельных зим, например 1983–84 годов, когда сильный сдвиг формы вихря предшествовал хорошо документированной волне холода в Восточной Азии несколькими неделями.

Проверка климатических моделей на их верхних пределах

Чтобы выяснить, способны ли современные климатические модели воспроизвести эту цепочку событий, авторы анализируют большие наборы симуляций из последнего поколения глобальных моделей. Они определяют годы в симуляциях, когда вихрь над Северной Америкой—Северной Атлантикой переключается между сжатым и вытянутым состояниями, а затем изучают, как реагируют поверхностные температуры. В целом модели воспроизводят тенденцию таких переходов вихря способствовать развороту температурного паттерна Арктика—Евразия, но отклик слабее, чем в наблюдениях, и сильно варьирует между моделями. Ключевое различие — насколько высоко модели простираются в атмосферу: «модели с высоким верхом», которые включают большую часть стратосферы, моделируют более сильную нисходящую связь от изменений вихря к евразийским поверхностным температурам, чем «модели с низким верхом», которые останавливаются ниже и упускают большую часть стратосферной динамики.

Что это значит для будущих зимних прогнозов

Для неспециалистов вывод таков: форма пояса ветров в десятках километров над Арктикой может предвосхитить почти за месяц, с большой ли вероятностью поздняя зима в Евразии сменится с тёплой на суровую или наоборот. Этот стратосферный сигнал объясняет большую долю интенсивности этих фазовых разворотов, чем ранее признаваемые влияния тропических океанов, и даёт ценный новый рычаг для субсезонного — сезонного прогнозирования. Результаты также подчёркивают, что для улучшения прогнозов экстремальных зимних событий — и их последствий, таких как энергетические кризисы или пылевые бури — климатические и погодные модели должны достоверно воспроизводить верхние слои атмосферы, где происходят эти сдвиги вихря.

Цитирование: Zhang, Y., Yin, Z., Tian, W. et al. Stratospheric precursor induces wintertime phase reversal of the “warm Arctic-cold Eurasia” pattern. Nat Commun 17, 3284 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-70100-3

Ключевые слова: Потепление Арктики, Зимние холода в Евразии, стратоcферный полярный вихрь, субсезонное прогнозирование, волны Россби