Диссертация (1097516), страница 22
Текст из файла (страница 22)
Шпицберген, в горнойдолине Адвентдален (пос. Лонгиер) [Шумилов, Касаткина и др., 2002б; Kasatkina et al.,2002c; 2003b].Измерения концентрации приземного озона проводились нами на Шпицбергене,в долине Адвентдален в августе 1995 г. (Август был выбран нами с цельюисследования возможного влияния метеорных потоков на вариации ПКО). Былиспользован хемилюминесцентный озонометр, изготовленный совместно Полярнымгеофизическим институтом и С.-Петербургским метеорологическим институтом.
Времязабора пробы у этого прибора равно 20 с., а принцип действия основан нахемилюминесцентном эффекте с использованием родамина-В [Theodorsen et al., 1996].Концентрация приземного озона и метеорологические параметры измерялись наметеостанции в долине Адвентдален достаточно далеко от автомобильных дорог нарасстоянии 4 км от Лонгиербюена и 4 км от моря (рис.
4.5).Рис. 4.5. Положение станции наблюдения (обозначено крестом на карте).130Воздух для пробы забирался на высоте 1 м над земной поверхностью.Метеорологические параметры в точке измерений (скорость ветра, его направление,влажность воздуха, атмосферное давление, температура) измерялись одновременно счастотой один раз в час. Как видно из карты, система ветров определяетсярасположением горных хребтов вдоль долины Адвентдален.
Результаты анализаповторяемости ветров разных направлений, регистрируемых на станции, показали, чтообычно наблюдается только два направления ветра: одно с моря (300-350 ), а другое –к морю (100-150 ). Данные о концентрации приземного озона в течение периодаизмерений изображены на рис. 4.6. Легко видеть, что суточный ход отсутствует, иобычный уровень концентрации озона около 30 ррb. Приведенные результаты,свидетельствующие об отсутствии суточного хода, подтверждают результатыизмерений ПКО, которые проводились в данном месте аналогичным прибором в 1993 г.[Theodorsen et al., 1996].
Суточный ход ПКО на средних широтах обусловленпроцессами фотохимического разрушения и образования озона при его взаимодействиис окислами азота (NOx) – основными загрязнителями атмосферы [Кадышевич,Еланский, 1993; Oltmans, Komhyr, 1976; Logan, 1985; Low et al., 1992], илиспецифическими условиями горно-долинной циркуляции для высокогорных станций[Еланский и др., 1995]. Таким образом, отсутствие суточного хода в приземнойконцентрации озона в Арктике [Theodorsen et al., 1996] и в Антарктике [Oltmans,Komhyr, 1976] является косвенным подтверждением отсутствия основных атмосферныхзагрязнителей антропогенного происхождения в высоких широтах.В августе 1995г.
наблюдалось несколько резких падений концентрацииприземного озона и одно большое повышение, имевшее место 14 августа. На рис. 4.7приведены значения концентрации приземного озона и направления ветра за период с12 по 17 августа 1995 г. Видно, что концентрация приземного озона 14 августавозрастает до 60 ррb (примерно на 100%), и это повышение наблюдается в течение 18 ч.Наш анализ показывает, что изменения концентрации озона коррелируют, главнымобразом, только с изменением направления ветра. Из рис.
4.7 видно, что изменениенаправления ветра, имевшее место в 21 ч. UT 17 августа, совпадает с резким падениемконцентрацииприземногоозонадо10ppb,наблюдавшимсяодновременно.Практически все аналогичные уменьшения ПКО, наблюдавшиеся в другие дни, связаныс изменениями направления ветра на северо-западное. С другой стороны, большоеувеличение концентрации приземного озона, наблюдавшееся 14 августа, нельзяобъяснить сменой направления ветра.131Рис. 4.6.
Данные наблюдений приземной концентрации озона на арх. Шпицберген (д.Адвентдален) в августе 1995 г.132133Рис. 4.7. Данные наблюдений направления ветра (п. Лонгиер) и приземнойконцентрации озона (д. Адвентдален) в период с 12 по 17 августа 1995 г.Это увеличение ПКО, согласно результатам [Theodorsen et al., 1996], вряд либыло вызвано также каким-либо антропогенным источником. В работе [Theodorsen etal., 1996] сделан вывод об отсутствии источников загрязнения антропогенногопроисхождения в окрестностях станции.Известно, что орографически обусловленная местная ветровая система можетсущественно влиять на концентрацию приземного озона [Еланский и др., 1988; 1995].Предлагается следующее объяснение наблюдавшихся изменений концентрацииприземного озона.
Как было отмечено выше, на станции, расположенной в долинеАдвентдален, могут наблюдаться в основном два направления ветра. Рис. 4.8показывает процентное соотношение между двумя главными направлениями ветра втечение всего периода наблюдений: направление из глубины острова (жирная линия) исо стороны моря (тонкая линия). На рис. 4.8 также показаны изменения концентрацииприземного озона.Рис. 4.8. Зависимость концентраций озона в приземном слое в долине Адвентдален(арх. Шпицберген) от направления ветра в августе 1995 г.: 1 – ветер направлен ссуши; 2 – приземный озон; 3 – ветер направлен с моря.134Легко видеть, что когда с моря приносится воздух богатый бромом,наблюдаютсяпониженныезначенияконцентрацииприземногоозона.Из-затемпературной инверсии над Северным Ледовитым океаном это уменьшение не можетбыть скомпенсировано за счет вертикального переноса свободного тропосферногоозона [Barrie et al., 1988].
Начиная с 12 августа, направление ветра стало меняться наюго-восточное (см. рис. 4.8). До этого преобладающим направлением ветра былосеверо-западное, т.е. ветер дул со стороны моря. Полностью ветер изменил своенаправление (на направление со стороны суши) 15 и 16 августа. (Это отчетливо видноиз рис. 4.8, где приведено процентное соотношение усредненных за день направленийветра (со стороны моря, или суши) за весь период наблюдений.) В это время богатыйозоном свободный тропосферный воздух приносился с суши в долину Адвентдален, инаблюдалось увеличение концентрации приземного озона до 60 ppb. Днем позжеконцентрация озона упала до нормального уровня.
Очень трудно определить путь, покоторому двигались воздушные массы, но принимая во внимание расстояние 200 кми среднюю скорость ветра 5 мс, можно сделать вывод, что потребуется около суток,чтобы воздушные массы пересекли остров с восточного берега к западному и достиглиточки измерений, где и было зафиксированно понижение ПКО.Однако, существует и альтернативное объяснение наблюдавшегося 14 августаповышения концентрации озона. В работах [Oltmans, Komhyr, 1976; Reiter, 1976]показано, что стратосферные вторжения, или опускания тропопаузы, могут приводить кувеличению ПКО. В работе [Reiter, 1976] на основании результатов статистическогоанализа сделан вывод о связи стратосферных вторжений с солнечными вспышками. Вкачествеосновногосолнечногоагента,воздействующегонастратосферно-тропосферный обмен, рассматриваются всплески рентгеновского излучения, связанныес солнечными вспышками [Reiter, 1976]. В нашем случае, в соответствии с даннымиизмерений на ИСЗ “GOES-8”, каких-либо всплесков рентгеновского излучения,связанных с солнечными вспышками, в августе не было зарегистрировано.
Хотя ночью12 августа наблюдался усиленный метеорный поток Персеиды (до 160 метеоров в час).Так как вторжения метеоров могут привести к изменениям в атмосфере (увеличениеионизации, температурные изменения, генерация акустико-гравитационных волн[Голицын и др., 1977]), то не исключено, что поток метеоров мог привести к вторжениюстратосферных воздушных масс в тропосферу, следствием чего явилось увеличениеПКО, наблюдавшееся 14 августа 1995 г.135Другая интересная особенность, обнаруженная при измерениях ПКО –колебания концентрации озона с периодами от 18 до 22 мин и амплитудой в единицыppb (см. рис.
4.9). Эти колебания наблюдались в течение всего периода наблюдений.Рис. 4.9. Примеры короткопериодных колебаний приземной концентрации озона.На рис.4.10а приведен спектр мощности колебаний ПКО за 11 августа 1995 г.,который является типичным для всего периода наблюдений. Отчетливо выделяютсядва пика с уровнем значимости, превышающим 99% - 20 и 22 мин (рис.4.10а).Интересно отметить, что такие же колебания ПКО были обнаружены норвежскойгруппой во время измерения аналогичным прибором в данной точке [Theodorsen, 1994],что позволяет исключить инструментальные особенности в качестве возможной136причины наблюдаемых вариаций ПКО.
Согласно данным норвежской группы,колебания отсутствовали при измерениях озона в Тромсе [Theodorsen, 1994].Рис. 4.10. а) – спектр мощности изменений приземной концентрации озона в долинеАдвентдален за 11 августа 1995 г.; б) – спектр мощности вариаций величиныскорости ветра в долине Адвентдален (арх. Шпицберген). Тонкими линиямиобозначены доверительные интервалы (снизу-вверх): 90, 95, и 99%. Цифрамиобозначены значения периодов в минутах.137По нашему мнению, обнаруженные периодические колебания концентрацииозона обусловлены колебаниями скорости ветра, которые возникают из-за образованиягорных подветренных волн в долине Адвентдален. Косвенным подтверждением этогопредположения являются результаты [Rottger, 2001], где по данным мезосферностратосферно-тропосферного (МСТ) радара, установленного в 1998 г.
в долинеАдвентдален немецкими учеными, были обнаружены горные подветренные волны спериодом приблизительно 20 мин. Аналогичные колебания общего содержания озона идвуокиси азота были обнаружены в других горных районах [Синяков, Спекторов, 1987;Еланский и др., 1988; 1995; Елохов и др., 1988; Данилин и др., 1990; Зырянова, Сомсиков,2003], где в качестве источника рассматриваются стационарные и нестационарныеВГВ, распространяющиеся до уровня главного максимума озона в стратосфере.Рассматриваются два возможных механизма воздействия горных подветренных волн нараспределение содержания малых газовых примесей в атмосфере: деформация слояпримеси за счет вертикальных движений и фотохимические процессы [Груздев,Еланский, 1984; Груздев, 1989; Еланский и др., 2003; Danilin, Kouznetsov, 1991].К сожалению, в нашем распоряжении не было одноминутных значений скоростиветра за исследуемый период, поэтому были проанализированы соответствующиеданные за июль-август 1999-2000 гг. На рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
