Пространственно-временная динамика атмосферного озона и связанных с ним газовых примесей (1097843), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Разработанная авторомпараметризация фотохимических процессов в уравнении переноса озона будетиспользована в климатической модели ИФА РАН.5.Разработанная при активном участии автора методика измеренийсодержания NO2 и результаты измерений содержания NO2 на Звенигородскойнаучной станции ИФА успешно используются для валидации спутниковыхизмерений содержания NO2. Звенигородская научная станция включена всостав Международной сети по обнаружению стратосферных изменений(Network for the Detection of Stratospheric Change – NDSC), а результатырегулярных измерений содержания NO2 в столбе стратосферы наЗвенигородской станции представлены в базе данных NDSC и доступны дляиспользования.6.Полученные автором результаты о пространственной и временнóйизменчивости атмосферного озона и других атмосферных примесейиспользуются для тестирования атмосферных моделей.7.Научная и практическая значимость выполненных авторомисследований подтверждается также тем, что они проводились по программамГНТП № 18, Президиума РАН № 16 и 30, международным программам MAP8(Middle Atmosphere Program), ARM (Atmospheric Radiation Measurements),международной программе Европейского космического агентства “Calibrationand Validation of the Ozone Monitoring Instrument Data”, в рамках хоздоговорныхработ, в составе 33-й и 34-й Советских антарктических экспедиций.Основные положения, выносимые на защиту.1.Амплитудные и фазовые характеристики сезонных измененийширотно-высотных полей содержания озона, метана, закиси азота, азотнойкислоты, широтно-долготного поля общего содержания озона.
Широтнаяструктура характеристик годового и суточного хода стратосферногосодержания двуокиси азота.2.Исследование механизмов изменчивости содержания озона идвуокиси азота в полярных областях. Выявлен новый механизмвнутрисуточной и межсуточной изменчивости приземного озона в Антарктидепод действием стоковых ветров. Выявлена связь вариаций стратосферногосодержания NO2 в Антарктике с эволюцией зимнего стратосферногоциркумполярного вихря.3.Результаты исследования квазидвухлетних вариаций общегосодержания озона, концентрации озона, температуры, давления, скорости ветрав стратосфере и тропосфере.
Выявлены два режима квазидвухлетних вариацийуказанных параметров с периодами около 2 и 2.5 лет, а также колебания спериодами около 20 и 8.5 мес, соответствующими комбинационным частотамквазидвухлетних вариаций и годового цикла.4.Результаты исследования вариаций состава, температуры идинамики средней и верхней атмосферы под воздействием вариаций уровнясолнечной активности. Обнаружено влияние 11-летних вариаций солнечнойактивности на характеристики годового хода содержания стратосферногоозона.
Всесторонне исследован отклик средней и верхней атмосферы навариации уровня солнечной активности с периодом 27 суток.5.Оценки линейных трендов содержания двуокиси азота встратосфере; оценки линейных трендов амплитудных и фазовых характеристик9годового хода общего содержания озона; оценки долговременных измененийтермического режима средней атмосферы в результате возрастанияконцентраций парниковых газов и возможных долговременных измененийактивности внутренних гравитационных волн.Личный вклад.
Все результаты, представленные в диссертации,получены автором самостоятельно или при его непосредственном участии.Постановка всех научных задач и планирование экспериментов и экспедицийсделаны автором. Анализ результатов измерений и модельных расчетов,главным образом, выполнены автором. Автором разработаны использованные вдиссертации аналитические модели, выполнено усовершенствованиедвумерной численной модели фотохимии, радиации и динамики атмосферыSOCRATES и проведены все использованные в диссертации расчеты на ней.Автор является инициатором, руководителем и непосредственным участникомизмерений содержания двуокиси азота в Антарктиде, Атлантике и наЗвенигородской научной станции. Методика определения содержания NO2 порезультатам дистанционных спектрометрических измерений разработана приактивном участии автора.
Измерения концентрации озона в Антарктиде,представленные в диссертации, выполнены, главным образом, автором.Апробация работы. По теме диссертации было сделано несколькодесятков докладов на отечественных и международных симпозиумах,конференциях и совещаниях. Результаты работы докладывались на трехЧетырехгодичных озонных симпозиумах (ФРГ, 1988 г.; США, 1992 г.; Греция,2004 г.), на XVI (ФРГ, 1991 г.), XVII (Англия, 1992 г.), XVIII (ФРГ, 1993 г.),XIX (Франция, 1994 г.), XX (ФРГ, 1995 г.), XXI (Нидерланды, 1996 г.), XXVI(Франция, 2001 г.) и XXVII (Франция, 2002 г.) Генеральных ассамблеяхЕвропейского геофизического общества, на 2-м (Норвегия, 1992 г.), 3-м (США,1994 г.) и 4-м (Нидерланды, 1996 г.) Циркумполярных симпозиумах подистанционному зондированию окружающей среды Арктики, на 31-й (Англия,1996 г.), 32-й (Япония, 1998 г.) и 36-й (Китай, 2006 г.) Научных ассамблеяхCOSPAR, на 1-й (Австралия, 1996 г.) и 2-й (Аргентина, 2000 г.) Генеральных10ассамблеях SPARC, на V, X и XIV международных симпозиумах «Оптикаатмосферы и океана.
Физика атмосферы» (Россия, 1998, 2003 и 2007 гг.), на VIВсесоюзном симпозиуме по атмосферному озону (1985 г.), Всесоюзнойконференции по атмосферному озону (1988 г.), Всесоюзной конференции«Взаимосвязь региональных и глобальных процессов в атмосфере игидросфере» (1988 г.), Международном симпозиуме по исследованиям среднейатмосферы (СССР, 1989 г.), Международной конференции «Климат северныхширот» (Норвегия, 1990 г.), Симпозиуме по тропосферной химииантарктического региона (США, 1991 г.), V Совещании по атмосферной оптике(СССР, 1991 г.), Симпозиуме по наукам о средней атмосфере (Япония, 1992 г.),Международном рабочем совещании по электродинамике и составу мезосферы(Россия, 1992 г.), Международном симпозиуме по экологическим эффектамзагрязнения окружающей среды Арктики (Исландия, 1993 г.), Международнойконференции по прошлому, настоящему и будущему климату (Финляндия,1995 г.), Международной конференции по озону в нижней стратосфере (Греция,1995 г.), Шестой научной конференции Проекта по глобальной атмосфернойхимии (IGAC) (Италия, 1999 г.), Второй международной конференции“Состояние и охрана воздушного бассейна и водно-минеральных ресурсовкурортно-рекреационных регионов” (Россия, 2000 г.); Международномрадиационном симпозиуме (Россия, 2000 г.); Генеральной ассамблее IAMAS(Австрия, 2001 г.); Международном рабочем совещании “Развитие наземнойсети наблюдений двуокиси азота в стратосфере” (Россия, 2001 г.),Международном симпозиуме стран СНГ “Атмосферная радиация” (Россия,2002 г.), Объединенной ассамблее EGS-AGU-EGU (Франция, 2003 г.),Всемирной конференции по изменению климата (Россия, 2003 г.),Международной конференции по оптическим технологиям для изученияатмосферы, океана и окружающей среды (Китай, 2004 г.), Генеральнойассамблее EGU (Австрия, 2005 г.), Ассамблее IAMAS «Увлекательнаяатмосфера: изменяемая и изменчивая» (Китай, 2005 г.).
Кроме того, результаты,вошедшие в диссертацию, докладывались и обсуждались на заседаниях11Ученого совета ИФА РАН, Президиума РАН, на Секции метеорологии иатмосферных наук Национального геофизического комитета России, наМежведомственных семинарах по атмосферному озону (ИФА РАН), насеминарах в ИФА РАН, Главной геофизической обсерватории им. А.И.Воейкова (Санкт-Петербург), в Лаборатории аэрономии Национальнойадминистрации по исследованиям океана и атмосферы (NOAA, Боулдер,США), в Институте исследований окружающей среды Кёльнскогоуниверситета (Кёльн, Германия), на обсерватории Хоэнпайсенберг (Германия).По теме диссертации опубликовано более 100 научных работ, в том числе44 в ведущих рецензируемых отечественных и иностранных журналах иизданиях.
Некоторые результаты диссертации опубликованы в отчетеВсемирной метеорологической организации “Scientific Assessment ofStratospheric Ozone: 1989”. Автор диссертации был одним из ведущих авторов(Lead authors) первой главы отчета Межправительственной группы экспертовпо изменению климата (IPCC) “Safeguarding the Ozone Layer and the GlobalClimate System: Issues Related to Hydrofluorocarbons and Perfluorocarbons”(2005 г.).Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения,восьми глав, заключения и приложения. Она содержит 328 страниц, включая 6страниц приложений, 127 рисунков, 5 таблиц и список литературы из 545наименований.ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВведение.
Во введении обосновывается актуальность темы диссертации,сформулированы цель и задачи исследования, отмечена новизна полученныхрезультатов и выводов, их достоверность, личный вклад автора,обосновывается научная и практическая значимость работы. Выделеныосновные положения, выносимые на защиту.12Глава 1 «Основные процессы и механизмы, определяющиепространственное распределение и баланс малых газовых примесей ватмосфере». В первой главе приводятся основные сведения о фотохимическихи динамических процессах, оказывающих влияние на распределение ивременнýю эволюцию атмосферных примесей.
Конкретизируется понятиехарактерного времени фотохимической релаксации (ХВФР) примеси ксостоянию фотохимического равновесия. Рассмотрены основные временныециклы примесей и дан краткий обзор современного состояния проблемы ихизучения.В разделе 1.1 на основе уравнения переноса примеси обсуждается рольдинамических и фотохимических процессов в изменении содержанийпримесей.В разделе 1.2 получено аналитическое решение упрощенногодифференциального уравнения фотохимической эволюции озона сквадратичной нелинейностью. Параметрами решения являются фотохимическиравновесная концентрация озона и ХВФР, которые выражаются аналитическичерез концентрации ОН, НО2, Н2О2, NO, NO2, HNO3, СН3О2, плотность воздухаи коэффициенты скоростей реакций.
Рассчитаны широтно-высотныераспределения этих параметров в зависимости от сезона с привлечениемданных о других атмосферных примесях, полученных по расчетам на 2-мернойфотохимической модели SOCRATES (описана в главе 2).В разделе 1.3 рассмотрены основные процессы динамического переносапримесей, действующие на глобальном и региональном масштабах. Дан обзорсовременного состояния научных знаний о процессах крупномасштабногопереноса в стратосфере, влиянии на примеси тропосферной циркуляции иизменений высоты тропопаузы, тропосферно-стратосферном обмене,крупномасштабных модах циркуляции, обратных связях озона и атмосфернойдинамики.В разделе 1.4 рассматриваются основные временные циклы содержанияпримесей.
Обсуждается состояние знаний и современные проблемы сезонных13изменений, суточных вариаций, квазидвухлетних вариаций примесей,воздействие на атмосферу 11-летнего цикла солнечной активности и 27суточного цикла коротковолновой солнечной радиации.В разделе 1.5 приводится современная информация о многолетнихизменениях и трендах стратосферного содержания озона и NO2, подробноосвещена проблема многолетних изменений и трендов термических ициркуляционных характеристик мезосферы.Глава 2 «Данные и методы исследования». Глава 2 содержитинформацию о данных наблюдений, привлекавшихся для решения задачдиссертационной работы, использованных численных и аналитических моделяхатмосферы, методах анализа данных измерений и моделирования.Раздел 2.1 приводит информацию об использованных данныхнаблюдений с указанием источника и, при необходимости, краткойхарактеристикой особенностей данных.
Использованы опубликованныесреднезональные эмпирические модели широтно-высотных распределений исезонных вариаций температуры и состава атмосферы (О3, СН4, N2O, HNO3),данные многолетних наземных измерений общего содержания озона (ОСО) настанциях мировой озонометрической сети и со спутников (прибор TOMS),данные одновременных измерений вертикальных профилей озона иметеопараметров с помощью озонозондов, данные о вертикальных профиляхозона по измерениям со спутника (прибор SBUV), результаты измеренийприземной концентрации озона в Антарктиде (в основном, измерения автора),данные измерений стратосферного содержания NO2 на Сети по обнаружениюстратосферных изменений (NDSC) и с участием автора – в Антарктике,Атлантическом океане и на Звенигородской научной станции ИФА (ЗНС).Результаты измерений на ЗНС включают также данные о содержании NO2 вприземном слое атмосферы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
