Пространственно-временная динамика атмосферного озона и связанных с ним газовых примесей (1097843), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Процентное уменьшение утренних значенийОС NO2 варьирует с широтой в пределах от 25 до 35%.Глава 4 «Особенности временнóго режима содержания озона и NO2 вполярных областях». Особенности временных режимов озона и NO2 вполярных областях более подробно исследованы в 4-й главе. Изучалисьсуточные, межсуточные и сезонные вариации. Наблюдательным материаломпослужили данные озонозондовых измерений и результаты измеренийсодержания озона и NO2 в Антарктике (с участием автора).В разделе 4.1 анализируются особенности регулярных сезонных вариацийи внутригодовой изменчивости озона в полярных областях по данным озонногозондирования на станциях Алерт (82.5°N) и Резольют (75°N) в канадскойАрктике и Сёва (62°S) и Амундсен-Скотт (Южный полюс) в Антарктиде.Выявлены особенности сезонной и внутрисезонной эволюции озона в полярныхобластях по сравнению со средними широтами.Показано, в частности, что важную роль в динамике и внутригодовойэволюции тропосферного озона в Арктике играет приток озона из стратосферыв зимне-весеннее время.
Однако, в отличие от средних широт СП, влияниестратосферно-тропосферного обмена в Арктике не распространяется напограничный слой атмосферы, для которого характерна особая, обособленнаяот вышележащих слоев, внутригодовая эволюция О3. Это указывает надинамическую изолированность пограничного слоя, при которой затрудненобмен озоном с вышележащими слоями атмосферы.
На содержание иизменчивость озона в арктической стратосфере в отдельные годы оказываютсильное влияние внезапные зимние стратосферные потепления. Показано, чтоони могут вызывать не только увеличение, как считалось прежде, но иуменьшение концентрации озона в области потепления.Доминирующая особенность сезонного хода стратосферного озона вантарктической стратосфере, начиная с 80-х гг.
прошлого столетия, –значительный весенний дефицит озона в нижней стратосфере – т.н. «озоннаядыра». Наряду с этим в диссертации показано, что сильное уменьшение21концентрации озона в стратосфере, сравнимое по величине ипродолжительности с эффектом «озонной дыры», имело место и значительнораньше – в начале 70-х гг.Корреляционный анализ концентрации О3, температуры, зональной имеридиональной составляющих скорости ветра показал, что внутрисезоннаяизменчивость озона в полярных областях выше примерно 25 км в осеннезимний период определяется вихревым переносом. Изменчивость O3 в слое отуровней средней тропосферы до высот нижней стратосферы тесно связана срежимом циркуляции в окрестности тропопаузы; конкретные механизмы этойсвязи требуют изучения.Раздел 4.2 посвящен сезонным и внутрисезонным изменениям двуокисиазота в Антарктике по данным измерений с активным участием автора в1987/88 гг. на станциях Молодежная и Мирный и в 1989 г.
в море Уэдделла, врезультате которых впервые получены результаты о стратосферномсодержании NO2 в восточной Антарктиде и его изменениях. Показано, чтофинальное потепление в стратосфере над Антарктидой в начале декабря 1987 г.сопровождалось сильным увеличением ОСО (на 100 е.Д.) и ОС NO2 (более чемв 3 раза, см. рис. 3). В последующий летне-осенний период происходитпостепенное уменьшение ОСО и ОС NO2, на которое наложены вариации,обусловленные синоптическими процессами.По измерениям в сентябре-октябре 1989 г. с борта корабля в широтномпоясе 62-66ºS обнаружены значительные согласованные вариации ОС NO2 (до100%) и температуры, обусловленные зональной волновой структуройстратосферного циркумполярного вихря и его эволюцией.Таким образом, содержание и изменчивость ОС NO2 в Антарктике ввесенний период ключевым образом зависят от интенсивности и положениястратосферного циркумполярного вихря.
Большие градиенты концентрацииNO2 в области вихря в направлении периферии вихря вызывают значительнуюизменчивость ОС NO2 в неподвижной точке наблюдений при эволюции вихря.Сезонный рост ОС NO2 в Антарктиде отличается большой скоростью и22Рис. 3. Общее содержание NO2 на станциях Молодежная (левая часть) и Мирный(правая часть) с ноября 1987 г. по начало апреля 1988 г.
по данным измерений попрямому и рассеянному из зенита солнечному излучению. Вертикальнымиотрезками показаны случайные ошибки измерений.определяется временем разрушения стратосферного вихря во время весеннейперестройки циркуляции.В разделе 4.3 исследуются механизмы изменчивости приземнойконцентрации озона в Антарктиде. Основная часть данных получена автором.По измерениям приземной концентрации озона на побережье Антарктидыисследованы внутрисуточные и межсуточные вариации озона.
Выявленыразличные режимы изменчивости приземного озона, обусловленныециклонической активностью и циркуляцией в системе стоковых ветров.Показано, что стоковый ветер осуществляет перенос озона в прибрежную зонус континента. Суточные вариации направления приземного ветра воздействуютна суточные вариации приземного озона.Воздействие циркуляции, связанной со стоковыми ветрами, наприземный озон распространяется и на межсуточный масштаб. Обнаруженасильная положительная корреляция концентрации приземного озона с23температурой тропосферы выше пограничного слоя и антикорреляция сотносительной влажностью.
Это обусловлено вовлечением в сток влажногоморского воздуха. Усиление режима стоковых ветров приводит к увеличениюконцентрации О3 в приземном слое. Это подтверждается выполненнымиавтором измерениями широтного распределения О3 в приземном слоеАнтарктиды с самолета, которые показали, что приземная концентрация О3увеличивается при удалении вглубь континента.Глава 5 «Квазидвухлетние вариации содержания озона иметеопараметров». Эта глава посвящена анализу квазидвухлетних вариацийскорости экваториального стратосферного ветра, концентрации озона,температуры, давления, скорости ветра в тропосфере и стратосфере северногополушария по данным многолетних сетевых радиозондовых и озонозондовыхизмерений и данным сетевых наземных измерений общего содержания озона.В разделе 5.1 выполнен подробный и всесторонний анализ вариацийзональной скорости экваториального стратосферного ветра в слое 70-10 гПа.Обнаружены два режима квазидвухлетней цикличности (КДЦ) скорости ветра спериодами 2 и 2.5 года.
Важно, что этот результат получен тремянезависимыми методами: методом вейвлет-преобразования, путемспектрального анализа высокого разрешения и путем анализа отображенияокружности. Наличие этих двух периодов подтверждается и существованиемспектральных максимумов с периодами 12 и 6 мес, а также 15, 10 и даже 7.5мес, соответствующими гармоникам основных периодичностей. Режимыколебаний со средними периодами 2 и 2.5 года периодически сменяют другдруга, примерно с периодом цикла солнечной активности.
Наряду с этим вспектрах скорости экваториального стратосферного ветра обнаруженыспектральные пики на периодах 20, 8 и 8.7 мес, соответствующихкомбинационным частотам двух режимов КДЦ и годового цикла, которыеможно объяснить взаимодействием КДЦ с годовым циклом в силунелинейности уравнений гидротермодинамики.24Частоты двух основных режимов КДЦ находятся в дробно-рациональномотношении к частоте годового колебания (1/2 и 2/5), указывая насинхронизацию КДЦ с годовым ходом. В качестве механизма синхронизациивысказана возможность затягивания частоты и запирания фазыквазидвухлетних колебаний.
Как известно, такие эффекты могут наблюдаться внелинейных системах с периодической вынуждающей силой.В разделе 5.2 рассмотрены квазидвухлетние вариации (КДВ)концентрации озона и метеопараметров (температуры, давления, зональной имеридиональной составляющих скорости ветра) по данным озонногозондирования в североамериканском (Канада) и западноевропейском регионах.С помощью спектрального анализа высокого разрешения показано, чтоквазидвухлетние вариации этих величин в тропосфере и стратосфере имеютпериоды, которые группируются в окрестности определенных значений, чащевсего вблизи значений 2 и 2.5 года. В большинстве случаев значительнывариации с периодом около 20 мес, соответствующим одной изкомбинационных частот (см.
выше). Обнаружены важные, в ряде случаевпринципиальные различия КДВ различных параметров на одной и той жестанции, а также различия КДВ одного и того же параметра не только междурегионами, но и в пределах одного и того же региона. Примеры спектровконцентрации озона, температуры и зональной составляющей скорости ветрана двух канадских станциях Черчилль и Эдмонтон показаны на рис. 4.Кросс-спектральный анализ высокого разрешения показал, что сложнуюкартину и разнообразие квазидвухлетних эффектов можно объяснитькомбинированным влиянием на внетропическую атмосферу КДЦ вэкваториальной стратосфере, Эль-Ниньо–Южного колебания (ЭНЮК) иСеверо-Атлантического колебания (САК). Физические механизмы воздействийэтих факторов на различные параметры могут быть разными.
Это объясняетразличия КДВ разных параметров даже для одной и той же станции.Вариации стратосферного озона с периодом около 2.5 лет в обоихрегионах статистически связаны с аналогичными вариациями скорости ветра в25экваториальной стратосфере ис вариациями индекса ЭНЮК.Двухлетние вариации озона встратосфере над ЗападнойЕвропой связаны с ЭНЮК, а 2летние вариации озона втропосфере – с САК. Выявленаболее четкая связь 2.5-летнихвариаций температуры сЭНЮК, чем с экваториальнойКДЦ.
2-летние вариациитемпературы в стратосфере итропосфере объясняютсявариациями ЭНЮК или САК.КДВ зональной имеридиональнойРис. 4. Логарифм спектральной плотностисоставляющих скорости ветрамощности флуктуаций концентрации озона ив тропосфере и стратосферетемпературы на станции Черчилль (59°N,над Канадой в большей мере,94°W) и зональной скорости ветра ичем другие параметры, связанытемпературы на станции Эдмонтон (54°N,с САК, которое влияет не114°W). Единицы спектральной плотности:только на 2-летние, но и на 2.5-3 2(мол/см ) ·мес для концентрации озона,2летние вариации ветра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
