Динамика и фотохимия озоносферы и средней атмосферы экваториальной и тропической области Земли (1097543), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Изменяются спектры колебаний, характеризующие климатическиепериоды (см. главу 6). Первым признаком явилось появление долговременного«вейвлета» в ходе параметра ЭНЮК, обнаруженного в (Даценко и др. 2003).*- Путем визуализации данных ТОМС показана главная роль Эль-Ниньо и ЛаНиньо в возникновении, развитии и исчезновении озоновых аномалий с временныммасштабом несколько месяцев - год в различных районах Земли.Их можнорассматривать как возникающие и исчезающие стоячие волны, причем хорошовидно разделение озоносферы на тропическую и внетропические части.Примасштабах порядка дней хорошо видна динамика движущихся экваториальных ивнетропическихволн,вт.ч.впериодформированиязимне-весеннейантарктической озоновой аномалии в августе 1997 г.
с образованием полярныхстратосферных облаков, наблюдавшихся со спутника аппаратурой CRISTA-2. Впоследнем случае происходило быстрое уменьшение озона, что можно трактоватькак проявление "быстрой" фотохимии (или прямого распада озона на частицах),процесса альтернативного обычно рассматриваемому для весенней антарктическойаномалии.
*Анализ среднемесячных для августа 1997 г полей температуры иОСО в восточной части Тихого океана южнее экватора (-90 з.д.- 160 з.д., 0,5 – 40,5ю.ш.) показал отсутсвии пространственной корреляции аномалий этих двухпараметров. Так, например, максимальная положительная аномалия температурыповерхности океана наблюдалась вблизи экватора (90-120 з.д., 0-5 ю.ш.) – до 5градусов, а максимальная отрицательная аномалия ОСО (до 30 е.Д.) в области 90110 з.д.
и 20-35 ю.ш. В то же время хорошо просматриваются квазистационарные (вт.ч. мезомасштабные - порядка ста км и даже меньше) структуры в обоих полях,связанные особенностями циркуляции в атмосфере и гидросфере в данный период.26В начале главы 4 «Короткорериодные колебания озонового слоя вэкваториальнойобластиозоносферы»показанаихважностьдляисследования динамики озоносферы, оценки их вклада в энергетический спектр,исследования влияния термических и гравитационных приливов и их мод иустановления и подтверждения резонансных свойств озоносферы и геосфер вообще.Рис.
6. а. б.27Ежесуточные (включая ночные по Луне в периоды полнолуний) наблюдения попрямому Солнцу проводились в течение 12 марта – 23 мая 1990 г в рамкахмеждународнойпрограммы DYANA, составленной автором для тропиков, идвусторонней программы Индия-СССР по изучению химии и динамики среднейатмосферы с помощью ракет и баллонов. Прибор Брюера№ 044 впервыеиспользовался в тропической зоне.Пример типичного дневного хода общего содержания озона Х (в е.Д.) 26 апреля1990 г., (местный полдень соответствует 314-й минуте, воздушная масса m в этотмомент была равна 1,003, при 0 минут m = 3,939) представлен на рис.
6. а. слева;справа – временной ход дисперсии Х (е.Д.); видно, что, за исключениемнеблагоприятного (облако) периода наблюдений (от 100 до 200 мин.), минимумзначений дисперсий на правом графике соответствуют максимумам Х на левом (чтоможно интерпретировать как подавление высокочастотных колебаний (флуктуаций)(с периодами порядка 1 – 5 минут) в той части гравитационной волны с периодомоколо 60 минут, которая сопровождаетсяопусканиемвоздухаизболееувеличением Х, и,по-видимому,богатых озоном верхних слоев (известно, чтомаксимум относительной концентрации озона в тропиках располагается на высотах30-35 км. Такое же соответствие видно и для периода около 500 мин (8 – часоваяприливная гармоника): утренний и вечерний максимумы Х коррелируют сминимумами дисперсий, а минимум Х в полдень сопровождается увеличениемдисперсии.На рис.6.б.
- зависимость спектральной мощности колебаний /\ Х/ F над с.Тумба от частоты наблюдаемых колебанийF, с-1.Данные Г.И.Кузнецова(прямоугольники) относятся к умеренным широтам бывшего СССР. Как хорошовидно из рис. 6.бколебаний Х: -существуют три диапазона преобладающих частот (периодов)9 х 10-4 – 3 х 10-3 с-1, что соответствует диапазону периодовколебаний Х 30 – 7 мин; с-1 (650– 2001 х 10-4 – 3 х 10-4 с-1 (180 – 60 мин); -3 х 10-5 – 10-4мин). При этом зависимостьF-5/3 , как видно, удовлетворительноаппроксимирует экспериментальные данные.Это означает, что вариации общегосодержания озона имеют динамическую природу.
Именно такая зависимость «-5/3» в28спектрах мощности характерна при наблюдении различными радиометодамиизменчивости горизонтального и вертикального ветра при анализе наблюденийвнутреннихгравитационныхволнвстратосфереимезосфере.Благодаряотносительно длительному периоду наблюдений (почти 3 полных оборота Солнца)удалось выявить солнечно-резонансные эффекты в озоносфере тропиков (глава 6).Вероятная причина типичного для наблюдений в период экспедиции полуденногоминимума Х (как на рис.6.а., где приведен типичный дневной ход Х (слева) идисперсии, рассчитываемой прибором по 5 автоматическим измерениям Х (справа),является динамика вертикальных движений (гравитационные и приливные волны).Во второй части главы изложеноэкспериментальное и теоретическоеисследование атмосферных приливов в экваториальной области озоносферы,включая историю вопроса.
Исходя из целей и задач Программы DYANA (DynamicsAdapted Network for the Atmosphere), январь-май 1990г. исследования динамикисредней атмосферы в глобальном масштабе на сети уже существовавших станций ипунктов (а также в рамках советско-индийских совместных кампаний поисследованиюэкваториальнойэкваториальной зоныпрограммаиозоносферы)специальноавтором в порядке инициативыпроведенспециальныйрейсНИСдлятропическойибыла составлена научная«АкадемикШиршов»вэкваториальную часть Индийского океана.
Пуски ракет М-100 в трех суточныхсериях дали практически стопроцентный результат и были использованы длямодельных расчетов по классической теории приливов с учетом географическихкоординат местоположения судна в каждой серии и времени ее проведения. Примервысотных профилей в одной серии на экваторе (00,000, 840 Е) в Индийском океане,полученные в результате запусков ракет М-100 с борта НИС «Академик Ширшов»11/12 марта 1990 г. амплитуд (a, c, e) и фаз (b, d, f) суточных и полусуточныхкомпонент температуры Т, зонального U и меридионального V ветра, приведенысоответственно на рис.7. и 8. На рис 7.- высотные профили амплитуд (a, c, e) ифаз (b, d, f) суточных компонент температуры Т, зонального U и меридионального Vветра; данные нашей работы отмечены кружками (о) и жирной линией (измерения), а29точками (.) и тонкой кривой результаты теоретических расчетов для данного места ивремени.
По оси х – часы местного времени.Выводы.1) Наблюдаемые фазы и амплитуды зимних пусков 31.01. и 21.02. 1990г (включая их «комбинацию») в экваториальной области Индийского океана этойсерии находятся в удовлетворительном согласии с теоретическими величинами внижней и средней стратосфере. Между 40 и 50 км наблюдаются большиеРис.7. Амплитуды и фазы температуры и компонентов ветра для суточных гармоник.Рис.8.
То же, что и на рис.7., но для полусуточных компонент. Обозначения (х) порасчетам американских авторов (Forbes and Gillet) относится к обоим рисункам.30отклонения экспериментальных величин от теоретических. 2) Полусуточныеприливные колебания в зимних сериях показывают распространение фазы вниз для Uот 44 до 22 км с вертикальной длиной волны около 13 км. За этим следует областьпостоянной фазы в интервале 45-50 км, выше которого имеет место распространениефазы вниз; постоянство фазы T показывает распространение фазы вниз выше 50 км сочень короткой вертикальной длиной волны около 5 км.
На более низких высотахнаблюдается распространение фазы вверх. Амплитуды всех трех параметроввесьма существенно больше теоретических. 3). Профили амплитуд температурысуточного прилива от 18 до 80 для экваториальной зоны по данным спутниковых(UARS) показали несколько максимумов и минимумов высоте, согласующихся снашими результатами, т.е.. по спутниковым и ракетным данным фиксируетсяслоистая структура высотного хода амплитуды.4)Профили ветра итемпературы (как по ракетным, так и по спутниковым данным) проявляют волновуюструктуру в стратосфере и мезосфере. Однако в ракетных данных, полученных надокеаном вдали от берега, а также в спутниковых данных отсутствуют короткиевертикальные длины волн порядка 5 км и менее, характерные для береговыхстанций и возникающих вероятно из-за немигрирующих источников суточногоприлива в пограничном слое.В главе 5«Индийский юго-западный муссон и глобальныеизменения» показано, что cуммарное количество осадков в муссоне распределенопо территории Индии крайне неравномерно, кроме этого суммарное количествоосадков по всей Индии год от года может отличаться на десятки процентов (от – 30%до +20% относительно среднего).
Главные целевые исследования, следовательно, наближайшие годы – это прогноз муссона и технология его регулирования. На рис. 9.представлены спектры мощности ряда месячных осадков по всей Индии (включая31Рис.9.зимний и летний муссоны) с января 1813 г по декабрь 2006 г. (слева);(ftp:www.tropmet.res.in/pub/data/rain-series/8-all_ind.txt). Основной максимум –годовой, 12 месяцев. Далее справа видны по порядку 6, 4, 3, 2,5 и 2 месяца. Периоды2 месяца (60 дней) и 2,5 месяца (75 дней) согласуются с данными, приведенными вработе индийских ученых для муссонных месяцев (июнь-сентябрь) - широких«квазипериодов» 30-60 дней и 30-80 дней (колебания Джулиана-Марсдена (КДМ)).Нами отмечены четкие дискретные периоды 60, 75, 90 и 120 дней.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
