Stratospheric Polar Vortex Splitting in December 2009

Abstract

The 2009–10 Arctic stratospheric winter, in comparison with other recent winters, is mainly characterized by a major Sudden Stratospheric Warming (SSW) in late January associated with planetary wavenumber 1. This event led to a large increase in the temperature of the polar stratosphere and to the reversal of the zonal wind. Unlike other major SSW events in recent winters, after the major SSW in January 2010 the westerlies and polar vortex did not recover to their pre-SSW strength until the springtime transition. As a result, the depletion of the ozone layer inside the polar vortex over the entire winter was relatively small over the past 20 years. The other distinguishing feature of the 2010 winter was the splitting of the stratospheric polar vortex into two lobes in December. The vortex splitting was accompanied by an increase in the temperature of the polar stratosphere and a weakening of the westerlies but with no reversal. The splitting occurred when, in addition to the high-pressure system over northeastern Eurasia and the northern Pacific Ocean, the tropospheric anticyclone over Europe amplified and extended to the lower stratosphere. Analysis of wave activity in the extratropical troposphere revealed that two Rossby wave trains propagated eastward to the North Atlantic several days prior to the vortex splitting. The first wave train propagated from the subtropics and mid-latitudes of the eastern Pacific Ocean over North America and the second one propagated from the northern Pacific Ocean. These wave trains contributed to an intensification of the tropospheric anticyclone over Europe and to the splitting of the stratospheric polar vortex.

Résumé

[Traduit par la redaction] L'hiver stratosphérique arctique 2009–2010, comparativement à d'autres hivers récents, est principalement caractérisé par un réchauffement stratosphérique soudain (RSS) majeur tard en janvier, associé au nombre d'ondes planétaires 1. Cet événement a mené à une forte augmentation de la température de la stratosphère polaire et au renversement du vent zonal. À la différence d'autres événements RSS majeurs dans les hivers récents, après celui de janvier 2010, les vents dominants d'ouest et le tourbillon polaire n'ont regagné leur force d'avant le RSS qu’à la transition du printemps. Il en a résulté que l'appauvrissement de la couche d'ozone à l'intérieur du tourbillon polaire durant tout l'hiver a été relativement faible au cours des 20 dernières années. L'autre caractéristique distinctive de l'hiver 2010 a été la séparation du tourbillon stratosphérique polaire en deux lobes en décembre. La séparation du tourbillon s'est accompagnée d'une augmentation de la température de la stratosphère polaire et d'un affaiblissement des vents dominants d'ouest mais sans renversement. La séparation s'est produite quand, en plus du système de haute pression au-dessus du nord-est de l'Eurasie et du Pacifique Nord, l'anticyclone troposphérique au-dessus de l'Europe s'est amplifié et s'est étendu jusque dans la basse stratosphère. L'analyse de l'activité des ondes dans la troposphère extratropicale a révélé que deux trains d'ondes de Rossby se sont propagés vers l'est jusqu’à l'Atlantique Nord plusieurs jours avant la séparation du tourbillon. Le premier train d'ondes s'est propagé des latitudes subtropicales et moyennes de l'est du Pacifique jusqu'au-dessus de l'Amérique du Nord et le second s'est propagé à partir du Pacifique Nord. Ces trains d'ondes ont contribué à l'intensification de l'anticyclone troposphérique au-dessus de l'Europe et à la séparation du tourbillon stratosphérique polaire.

Keywords:

• splitting of stratospheric polar vortex
• Rossby wave train
• stratospheric dynamics
• Arctic ozone

Acknowledgements

This work was funded by the Russian Foundation for Basic Research under grant 13-05-01007-a. The author was supported by the German Science Foundation (DFG) under grant PE474/7 during a three-month stay at the Leibniz Institute of Atmospheric Physics, Kühlungsborn, Germany.

NCEP reanalysis and interpolated OLR data were provided by the NOAA Climate Diagnostics Center, Boulder, Colorado, USA. ECMWF ERA-Interim PV data were obtained from the ECMWF data server. The author is very grateful for the helpful and constructive comments from two anonymous reviewers and the editor.