Влияние межгодовых вариаций температуры поверхности океана на циркуляцию стратосферы и озоновый слой (1097496)
Текст из файла
Московский Государственный Университет имени М.В.Ломоносовафизический факультетНа правах рукописиЖадин Евгений АлександровичУДК 550.385;523.62Влияние межгодовых вариаций температурыповерхности океана на циркуляцию стратосферы иозоновый слой25.0029 физика атмосферы и гидросферыАвтореферат диссертации на соискание ученой степени докторафизико - математических наукМосква20041Работа выполнена в ГУ Центральная Аэрологическая ОбсерваторияОфициальные оппоненты:доктор физико-математических наук, профессорЛарин И.К.доктор физико-математических наук, профессорГулев С.К.доктор физико математических наукВолодин Е.М.Ведущая организация:Гидрометеоцентр РоссииЗащита состоится < 19 > < февраля > 2004 года в < 15.30 > часов назаседании диссертационного совета по геофизике Д 501.001.63 вМосковском Государственном Университете, физический факультетпо адресу: 119992, Москва, Воробьевы горы, ГСП-2, аудиторияЮФАС диссертацией можно ознакомиться в библиотеке физическогофакультета МГУАвтореферат разослан < 16 > < декабря > 2003 г.Ученый секретарь диссертационного совета Д 501.001.63кандидат физико-математических наукВ.Б.Смирнов2Общая характеристика диссертационной работыАктуальность работыНесмотря на огромное количество экспериментальных итеоретических исследований, причины уменьшения озонового слояи изменений климата Земли до сих пор неизвестны.
Если в 19801990 - х годах большинство ученых были полностью уверены вантропогенной природе наблюдаемого истощения озонового слояиз-за роста эмиссии в атмосферу антропогенных озоноразрушающихвеществ, то в последние годы появились убедительныедоказательства большой роли естественных факторов, связанных сдолгопериодными вариациями в системе океан-атмосфера, которыесильноизменилидинамическиепроцессыпереносаитемпературный режим стратосферы в течение двух последнихдесятилетий, создав благоприятные термодинамические условия дляхимических механизмов разрушения озонового слоя. Такимобразом, главным вопросом современного состояния проблемыизменения озонового слоя и климата является разработкафизическихмеханизмов,ответственныхзаестественныедолгопериодные изменения в системе океан - атмосфера - озоновыйслой и оценки относительной роли антропогенных и естественныхфакторов в наблюдаемых изменениях озонового слоя.Актуальность решения этого вопроса состоит также в том, чтомодельные предсказания эволюции озонового слоя, на которыхоснован Монреальский Протокол по защите озонового слоя, неучитывают влияния долгопериодных изменений динамикиатмосферы на озоновый слой, поэтому степень ограниченийпроизводства фреонов и галонов может быть уточнена, что имеетбольшое практическое значение для промышленности России.Исследование связей межгодовых и долгопериодных измененийозона и климата является актуальным также с точки зренияразработки новых методов сверхдолгосрочных прогнозов резкихклиматических изменений, которые наблюдаются в последние годы.3Цель работыЦелью диссертационной работы является исследование иразработка механизма влияния межгодовых вариаций температурыповерхности океана (ТПО) на циркуляцию стратосферы и озоновыйслой для оценки относительного воздействия антропогенных иестественных факторов на изменения атмосферного озона.Для достижения поставленной цели в рамках данной работы былипроведены следующие исследования:• проведены численные модельные эксперименты с цельюразработки физического механизма влияния изменений ТПО наволновую активность стратосферы и вихревой перенос озона,• с помощью современных математических методов ииспользованием банков данных наблюдений проведен анализ связеймежгодовых аномалий ТПО, стратосферной циркуляции и общегосодержания озона в глобальном масштабе для подтвержденияреальности разработанного физического механизма,• исследованы связи основных мод изменений климата Северного иЮжного полушарий (Арктической и Антарктической Осцилляций) саномалиями ТПО Тихого, Атлантического и Индийского океанов,• предложены эмпирические оценки относительной ролидолгопериодныхизмененийдинамическихпроцессоввнаблюдаемых трендах содержания озона.Научная новизна• Разработано новое направление в исследованиях озонового слоя –влияние межгодовых и долгопериодных аномалий температурыповерхности Мирового океана внетропических широт на измененияозонового слоя.• Впервые разработан простой физический механизм волновойгипотезы воздействия аномалий ТПО на изменения стратосферной4циркуляции и озоновый слой, который основан на интерференцииорографического и термического источников стационарныхпланетарных волн.• На основе анализа данных содержания озона и циркуляциистратосферы впервые показано, что в начале 1980 - х годовпроизошел резкий переход динамики стратосферы средних широт кновому долгопериодному режиму, который в последующие годыпривел к сильной изолированности стратосферных вихрейАнтарктики и Арктики.
Обнаружены сильные корреляциимежгодовых изменений стратосферной циркуляции и содержанияозона, включая эволюцию озоновой дыры в Антарктике.• Впервые показано, что межгодовые изменения содержания озонав средних и высоких широтах Северного полушария, а такжевариации динамики стратосферного вихря Арктики сильно связаныс разностью аномалий ТПО северной части Тихого океана (центрдействия южнее Алеутских островов) и Атлантики (центр действиявблизи Ньюфаундленда) - в диполе аномалий ТПО через Скалистыегоры. Эволюция озоновой дыры в Антарктике и динамикистратосферы средних широт Южного полушария также тесносвязаны с аномалиями ТПО южной части Тихого и Атлантическогоокеанов в диполе через Анды и аномалиями ТПО южной Атлантикии Индийского океана в диполе через Африку.• Обнаружены сильные связи аномалий ТПО в диполе черезСкалистые горы с Арктической Осцилляцией. Это означает, чтопричиной Арктической Осцилляции может быть внешнеевозбуждениеизмененийволновой активностиатмосферыаномалиями ТПО вполне определенной структуры в соответствии смеханизмом волновой гипотезы•Эмпирические оценки показали, что относительный вклад"антропогенных" факторов в наблюдаемые тренды озона непревышает 50%.Научная и практическая ценностьРазработанный физический механизм и результаты анализаданных наблюдений свидетельствуют о большой роли аномалийтемпературы поверхности Мирового океана вполне определеннойструктуры в межгодовых и долгопериодных измененияхстратосферной циркуляции и озонового слоя в глобальноммасштабе.5Тот же самый механизм может быть ответственен за основныемоды изменений климата - Арктической и АнтарктическойОсцилляций.Результаты работы могут быть использованы в моделях общейциркуляции атмосферы и океана для оценок относительной ролиантропогенных и естественных факторов в изменениях озоновогослоя и климата Земли.Практическое значение полученных результатов состоит внеобходимости уточнения Монреальского Протокола, что являетсяважным для промышленности России.
Кроме того, результатыданной работы могут быть основой для разработки нового методапрогноза экстремальных погодных условий (например, холодныхзим на территории России) по данным измерений общегосодержания озона.Положения, выносимые на защиту•Механизм волновой гипотезы объяснения влияния внетропическиханомалий ТПО на изменения волновой активности и циркуляциюстратосферы и озонового слоя.•Результаты анализа связей межгодовых вариаций ТПО, циркуляциистратосферы и содержания озона, подтверждающие реальностьмеханизма волновой гипотезы.•Доказательства большой роли межгодовых вариаций ТПО в диполечерез Скалистые горы в Северном полушарии и диполях через Андыи Африку в Южном полушарии в наблюдаемом уменьшении озона,а также внешнего возбуждения Арктической и АнтарктическойОсцилляций.•Эмпирические оценки относительной роли изменений динамикистратосферы в трендах озонового слоя.Достоверность полученных результатовМеханизм волновой гипотезы, предложенный в данной работе,имеет простой и ясный физический смысл.
Данные наблюдениймежгодовых вариаций ТПО, циркуляции стратосферы и общегосодержания озона получены независимыми методами и их точностьнеоднократно проверялась.Сравнение рассчитанных изменений атмосферного моментаимпульса с вариациями скорости вращения Земли, которыеизмеряются с огромной точностью, также свидетельствует одостоверности используемых данных. Математический аппарат,6примененный для анализа данных, широко используется в физикеатмосферы и океана и других областях знаний в последние годы.Личный вкладОсновные результаты работы были получены автором диссертации.Апробация работыРезультаты работы были доложены на многочисленныхмеждународных конференциях, в том числе международномсовещании по подготовке международного отчета по оценкамозонового слоя, Швейцария, 1991; симпозиуме по исследованиямсредней атмосферы (IAMAS), Киото, Япония, 1992; семинарах вМетеорологическом исследовательском институте, Цукуба, Япония,1994; международном симпозиуме по солнечно-земной физике,Сендай, Япония, 1994; международных совещаниях по воздействиюстратосферной авиации на озоновый слой, Вирджиния Бич, США,1995 и 1998; международных симпозиумах по химии атмосферы(IGAC), Нагоя, Япония, 1997 и Болонья, Италия, 1999; конференцииIAMAS, Инсбрук, Австрия, 2001.В России результаты докладывались на семинарах в ЦентральнойАэрологической Обсерватории, Институте Прикладной Геофизики,Московском Государственном Университете, Институте ФизикиАтмосферы, Институте Вычислительной Математики РАН.Общее число опубликованных статей 48, в том числе по темедиссертации - 41.Структура и объем работыДиссертация состоит из введения, восьми глав и заключения,изложенных на 208 страницах машинописного текста, в том числе65 рисунков и 2 таблицы, в списке цитируемой литературы 112наименований.7Краткое содержание диссертацииВ первой главе диссертации изложена общая характеристикадиссертационной работы, приведенная выше.В главе 2 (введении) дано описание проблемы воздействияестественных и антропогенных факторов на уменьшение озоновогослоя.
Приведен краткий обзор известных химических механизмовразрушения озонового слоя, а также дальних связей тропосфернойдинамики и долгопериодных изменений параметров тропосферы.Сформулированы основные вопросы, касающиеся воздействиямежгодовыхидолгопериодныхизмененийтемпературыповерхности океана на термическое возбуждение стационарныхпланетарных волн, волновую активность, циркуляцию стратосферыи озоновый слой.В главе 3 представлен механизм волновой гипотезы влиянияаномалий ТПО на вариации атмосферной волновой активности исостав озонового слоя, основанный на результатах численныхэкспериментов с моделью стационарных планетарных волн ициркуляции стратосферы [1].
Результаты этих экспериментовпоказали, что стратосферная циркуляция и вихревой перенос озонапланетарными волнами слабо реагирует на изменения амплитудытемпературы поверхности океана. Однако, в модели наблюдаетсясильная реакция этих параметров зимней стратосферы к изменениямгеографического расположения экстремумов аномалий ТПО вТихом и Атлантическом океанах.
Несмотря на очевидныенедостатки механистической модели планетарных волн, этимодельные исследования позволили сформулировать физическиясный механизм влияния внетропических аномалий ТПО наатмосферную волновую активность и естественные изменениясостава озонового слоя.Источниками стационарных планетарных волн, проникающих изтропосферы в стратосферу в зимний период, являются орография(Скалистые горы, Тибет в Северном полушарии и Анды в Южномполушарии) и термическое возбуждение, связанное с контрастамитемпературы материков и океанов. Межгодовые и долгопериодныеаномалии ТПО изменяют термический источник планетарных волн,вклад которого сравним с орографическим источником.Интерференция изменяющегося от года к году термическогоисточника и постоянного во времени орографического источникасильно зависит от разности фаз (географического расположения8максимумов источников).
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
