Динамика и фотохимия озоносферы и средней атмосферы экваториальной и тропической области Земли (1097543), страница 4
Текст из файла (страница 4)
В средних и субполярных широтах зимой количество Н2О в 3-6раз меньше, чем летом (на 60О ш ~6, на 30О ш. ~3); в зкваториальных широтах (10Ос.ш.-10Ою.ш.)четкопрослеживаетсяполугодоваяигодоваягармоники,*максимальные концентрации Н2О в слое 70—80 км наблюдаются в южном полушарии вянваре, летом в верхней мезосфере значения максимальных концентраций Н2О в двараза больше в южном полушарии.
чем в северном;* в средней мезосфере (60-70км) в су6полнрных и средних широтах сезонный ход Н2Осохраняется, хотяизменчивостъ Н2О от лета к зиме несколъко уменъшается по сравнению с верхнеймезосферой;* в нижней мезосфере сохраняется сезонный ход в высоких и среднихширотах: фактор изменчивости от лета кt зиме составляет 22,5; максимальныезначения Н2О наблюдаются летом на 60О ш. в обоих полушариях; * периоды сповышенными значениями Н2Ов течение гoдa (>4 ppm) в северном полушарии взоне 0-60 6oльше на ~2 месяца, чем в южном полушарии на высотах от 56 до 66 км..На 68 км ситуация меняется: для 0-20 ю.ш. период с повышенным 'содержанием Н2Она 3-4 месяца, больше, чем в зоне 0 - 20 с.ш.; * как показывает сравнение амплитуди фаз полугодовых коле6аний Н2О в тропической зоне (10О с.ш - 000 - 10о ю.ш.) самплитудами и фазами полугодовых колебаний ветра в мезосфере в этой же зоне,западные составляющие полугодовых холе6аний в верхней верхвей мезосфересвязаны с пониженными содержаниями Н2О(январъ-февралъ имай-август), авосточные составляющие пoлyrодовых колебаний, соответственно с повышеннымиконцентрациями Н2О; максимальные вариации Н2О наблюдаются в среднеймезосфере - удвоенная амплитуда вариаций составляет около 50-70%; высотныераспределения фаз несколько отличаются для 00, 100 ю.ш.
и 100 с.ш. (в пределах 1 –1,5 месяца), но имеет тенденцию к сдвигу на более поздние месяцы с понижениемвысоты: от марта-апреля и сентября на 78 км к маю-июню и ноябрю-декабрю на 50км; по наблюдениям ветра над о. Вознесения (80 ю.ш.) в средней мезосфере ветеропережает приблизительно на 0,5-1 месяц фазу полугодовых колебаний Н2О (в товремя как в верхней мезосфере эта разница достигает 3 месяца);* на основе20анализа результатов ракетных экспериментов и космических экспериментов CRISTAдано физическое объяснение необычайно редкому явлению в климатологиисеребристых (мезосферных) облаков в тропической зоне, наблюдавшихся нашимикосмонавтами с орбитальной станции "Салют" в 1981г.; вероятностьпоявленияоблаков максимальна при повышенных концентрациях Н2О и пониженныхтемпературах в мезопаузе; учитывая долговременные отрицательные трендытемпературы и долговременные положительные тренды Н2О в верхней мезосфере инижней термосфере, следует ожидать более частое появление таких облаков надтропической и экваториальной зоной.Применение развитого в работе метода решения обратной задачи для высот 3045 км,где основными каталитическими циклами являются азотный и хлорный,позволилопостроитьтеоретическиемоделиконцентрации суммы атомарного хлора и(разрезы)среднезональнойокислов азота, рассчитанные дляразличных сезонов со следующими результатами:- на высотах ниже 35 кмобласть максимальных концентраций суммы атомарного хлора и окислов азотанесимметричнаотносительноэкватора,смещенавсеверноеполушариеинаблюдается в весенне-зимний период, что, соответствует большим промышленнымвыбросам нечетного азота и хлора в северном полушарии; - ниже 36 км на всехширотах, за исключением области широт около экватора, в северном полушариипрослеживаетсяполугодоваягармоника указанной выше суммы компонентов,причем в обоих полушариях максимальная концентрация достигаетсялетом, минимальная - зимой.В главе 3 «Связь колебаний озонового слоя Земли с параметрамиМирового океана» изложены впервые опубликованные в мировой литературе(март 1998 г) результаты анализа самого мощного в ХХ веке явления Эль-Ниньо.Выявлено его влияние на глобальную озоносферу, включая экваториальную итропическую зону.
Удачным обстоятельством было проведение в первой половинеавгуста 1997 г. (максимальная фаза развития Эль-Ниньо 1997-98 гг) уникальныхорбитальных наблюдений озоносферы с помощью аппаратуры СRISTA/MAHRSI-2.21Это позволило установить факт беспрецедентного возмущения озонового слоя встратосфереинижнейфотохимическогомезосфере,равновесиявприведшегокфотохимическиполномуактивномнарушениюслоеитермодинамического равновесия – в динамическом. На рис.3.
представленсреднезональный коэффициент взаимной корреляции КК температуры и отношениясмесиозон\воздухкак функция широты и высоты по результатамРис. 3.анализаданных космического эксперимента CRISTA-1 (ноябрь 1994 г. – слева) иCRISTA-2 (август 1997 г., период развития мощного Эль-Ниньо – справа).
Какизвестно в нормальных условиях в средней и верхней стратосфере КК достигает -80100%, однако на рис.3. (справа) корреляция практически отсутствует во всем слое20-50 км; лишь в отдельных широтно-высотных зонах КК лежит в пределах -25…50% (выше 40 км) и 25…50 (ниже 35 км). Это указывает на преобладающую рольдинамики в области фотохимического равновесия озона (с характерными временамиот часа (50 км) до суток (30 км)). Ниже 30 км в динамической области озоносферы,гдеобычнонаблюдаетсяобратная(положительная)корреляцияозонаитемпературы, также отмечены КК существенно ниже обычных и другого знака.Таким образом впервые обнаружено нарушение фотохимического равновесияв фотохимически активном и обычно равновесном слое тропической озоносферы(35-50 км), что свидетельствует о необычайно сильной волновой активности втропической, субполярной и среднеширотной (Южное полушарие) зонах средней22атмосферев этот период.
Для динамической (обычно ниже 30-35 км) областиглобальной озоносферы отмечено практически полное отсутствие обычнойположительнойкорреляциисвидетельствуетомеждунеобычайноозономсильнойитемпературой,волновойчтотакжеактивностиимакротурбулентности. Представленные количественные величины такой активности(зональные)характеризуютсячерезглобальныевысотныеразрезысреднеквадратических отклонений температуры и отношения смеси озона иавтокорреляционные функции.В работе даны численные характеристики особенностей развития Эль-Ниньо1997-08 г, приведены многочисленные аномалии ОСО в различных районах Земли(особенно в экваториальной зоне над восточной частью Тихого океана и Африкой)различной длительности. Приведенообъяснение влияния явления Эль-Ниньо-Южное колебание (ЭНЮК) на ОСО через усиление восходящих потоков,обусловленное разрушением пассатной инверсии из-за повышения температурыповерхности океана и уменьшение ОСО в области существования этих потоков всоответствии с принципомНорманда-Добсона в ходе четырех рассмотренныхЭНЮК.На рис.4.
представлены когерентные структуры в озоносфере, существовавшиепо данным CRISTA-2 в течение 8 дней в районе австралийского сектора южной частиИндийского океана (вверху); минимальные высоты максимального отношенияr324…26 км наблюдаются в южном полушарии, плавно переходя к значениям 38…40км, характерным для нескольких мелкомасштабных структур в районе 25…55 ю.ш.
и80…130 в.д. Тропическая область северного полушария характеризуется фоном(максимальноеr3на32км),накоторомнаблюдаетсямелкомасштабныенеоднородности с размерами около сотен км. В Антарктике отмечены геометрическиеструктуры типа треугольников, квадратов, ромбов, пятиугольников (вероятно фигурПлатона) размером до нескольких сот км. В центре рис.4. по первичным даннымаппаратуры CRISTA-2 дана глобальная карта распределения высот максимальногоотношения смеси озон\воздух (шкала вкм над уровнем океана – справа) на 30 кмв млн -1 ; по оси Х долгота, шкала для озона: левая градация 4 < , в центре (желтая)23.Рис. 4.6,9, правая > 9,910 августа 1997 г. Внизу этого рисунка: поле потенциальнойзавихренности в тот же день на 12 часов Гринвича, шкала для потенциальнойзавихренности (К m 2 / kg . c) x 105 на 30.0 gpkm для дня 222 (12 августа) при 12Z.Характеристики стоячих волн в динамическом (ниже 30 км) и в фотоактивномслое (до 50 км!) определены по автокорреляционным функциям, два примеракоторых даны на рис.5.24Результаты и выводы.
* Для Эль-Ниньо 1997-98 гг определены районынаблюдений отрицательных аномалий ОСО: в экваториальной области -вцентральной и восточной частях Тихого океана, а также вблизи ГринвичскогоРис.5. Автокорреляционные функции отношения смеси озона на 45 км для периодамиссии CRISTA-1 (ноябрь 1994 г) и для периода миссии CRISTA-2 (август 1997 г.).Хорошо видны в экваториальной области стоячие волны с длиной волны ~ 80 (880км)меридиана. * Впервые зарегистрированы короткопериодные (до нескольких дней)аномалии ОСО с характерным размером от нескольких сот до нескольких тысячкилометров и минимальными значениями ОСО 200-225 е.Д.
Основной район ихнаблюдений соответствовал району основного действия Эль-Ниньо. МинимумыОСО пришлись на середину января 1998 г., запаздывая на 2-3 недели в сравнении смаксимумом температуры воды в районе Эль-Ниньо. *- Необычайно сильноевоздействие Эль-Ниньо 1997-1998 гг.
на озоносферу, по-видимому, отражает фактглобальных климатических изменений в системе геосфер (уменьшение ОСО,нагрев Мирового океана, нагревание тропо- и охлаждениестратосферы). Этот25вывод, сделанный более 13 лет назад, подтверждается последующей эволюциейклиматической системы. Глобальная температура достигла максимума в периодрассматриваемого Эль-Ниньо 1997-98 гг и в настоящее время имеет слабыйотрицательный или нулевой тренд в южном, северном и глобально в обоихполушариях.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
