Пространственно-временная динамика атмосферного озона и связанных с ним газовых примесей (1097843), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Однако2К ·мес для температуры, (м/с) ·мес длянад Западной Европой онискорости ветра.определяются в первуюочередь влиянием ЭНЮК.КДВ озона характеризуются значительным фазовым сдвигом повертикали (а в европейском регионе – и по горизонтали), что приводит ктрудностям изучения КДВ в общем содержании озона.26В разделе 5.3 выполнен анализ квазидвухлетних вариаций ОСО поданным измерений на мировой озонометрической сети. Несмотря наотмеченные выше трудности, он представляет немалый интерес ввидузначительно большего количества станций наблюдения ОСО и возможностиболее подробного изучения горизонтальной неоднородности характеристикКДВ озона.
Показано, что значения ОСО в периоды западной и восточной фазэкваториального стратосферного ветра различаются, и соответствующаяразность ОСО сезонно зависима. Горизонтальное распределение КДВ ОСОможно описать в терминах сезонной эволюции этой разности ∆Х = Xw – Хе, гдеиндексы "w'' и "е" соответствуют западной и восточной фазам экваториальноговетра на уровне 50 гПа. Отметим, например, уменьшение амплитуды идробление крупномасштабной зональной структуры разности с изменениемзонального волнового числа от 1 до 4 от зимы к лету. Для тропического пояса вцелом характерны положительные, а для средних и высоких широт –отрицательные значения разности.По результатам спектрального анализа высокого разрешения выявленыКДВ ОСО и вариации с комбинационной частотой.
КДВ ОСО определяются восновном колебаниями с периодами 28–30 мес. Период вариаций скомбинационной частотой находится в окрестности 20 мес, а их амплитуданаиболее значительна в регионах, где существенна межсезонная эволюцияграницы раздела между тропическим поясом положительных значений ∆Х ивнетропическими областями с ∆Х < 0, и незначительна в регионах сквазистационарными аномалиями ∆Х.Глава 6 «Воздействие вариаций уровня солнечной активности насостав, температуру и динамику средней атмосферы».
В этой главеисследуется воздействие вариаций уровня солнечной активности на состав,температуру и динамику средней атмосферы по данным наблюдений и спомощью численных моделей. Рассмотрен 11-летний цикл солнечнойактивности и 27-суточный цикл, обусловленный вращением Солнца вокругсвоей оси.27Раздел 6.1 посвящен эффектам 11-летнего цикла солнечной активности(СА) в озоне и NO2.
Обнаружены и проанализированы эффекты воздействия 11летнего цикла СА на годовой ход стратосферного озона и получены оценкивклада динамического переноса в вариации концентрации стратосферногоозона во внетропических широтах. Для анализа данных измерений ОСО намировой озонометрической сети и ОС NO2 на сети NDSC применялисьстатистические модели множественной линейной регрессии, учитывающиелинейный тренд, эффекты СА, КДЦ, ЭНЮК, САК, воздействие вулканическогоаэрозоля после извержений вулканов Пинатубо и Эль-Чичон (только для NO2).Для интерпретации результатов анализа использована 2-мерная модельфотохимических, радиационных и динамических процессов SOCRATES.В результате показано, что изменение коротковолновой солнечнойрадиации в 11-летнем цикле СА воздействует на интенсивностьмеридионального переноса стратосферного озона в течение осенне-зимнегоРис.
5. Увеличение концентрации озона ∆О3 и величины динамическиобусловленного прироста концентрации озона ∆О3, dyn на высоте 22 км в периодмаксимума солнечной активности по сравнению с периодом минимумасолнечной активности в начале и конце зимы по расчетам на моделиSOCRATES.28Рис. 6. Сглаженные скользящие 5-летние средние значения ОСО, амплитуды ифазы годовой гармоники ОСО на высокоширотной станции Леруик,тропической станции Хуанкайо, среднеширотной станции Киев исубтропической станции Брисбен.
В верхних частях рисунков приведенсглаженный ход среднемесячных значений индекса солнечной активности F10.7.периода. Приток озона в средние широты возрастает при высоком уровне САпо сравнению с притоком в период минимума СА. По данным моделированияэтот механизм обеспечивает до 30% зимнего увеличения содержания озона вслое озонного максимума (около 22 км) в средних широтах ЮП в условияхвысокой СА (рис.
5). В средних широтах СП этот механизм вносит основнойвклад в изменения содержания озона в этом слое во второй половине зимы привариациях СА. Изменение величины притока стратосферного озона поддействием вариаций СА отражается на годовом ходе озона.Эффект СА в ОСО и характеристиках годового хода ОСО сильно зависитот региона. Выделены два характерных типа квазидесятилетних вариаций фазыгодовой гармоники ОСО: в фазе и в противофазе с вариациями СА (рис. 6).Противофазные с солнечной активностью изменения фазы годовой гармоники29ОСО отмечены в высоких широтах Североатлантического региона и втропическом поясе, а со-фазные изменения – в средних и субтропическихширотах обоих полушарий.
Эти широтные различия могут быть объясненыобщим усилением динамического притока стратосферного озона вовнетропические широты в период максимума СА по сравнению с периодомминимума СА, наряду со смещением в СП положения широтного максимумаэтого избыточного притока озона в течение зимы из высоких широт в средниешироты (рис. 5).Согласно данным наблюдений, в средних широтах обоих полушарий ОСNO2 в период максимума СА в целом ниже, чем в период минимума СА.Разность достигает 12% на Звенигородской станции.
Величина эффекта СА всредних широтах СП и ЮП уменьшается с уменьшением широты. В целом изанализа эффекта СА в NO2 следует вывод о его региональной зависимости.Сопоставление с эффектом в ОСО показывает, что значительныйотрицательный эффект СА в ОС NO2 отмечен на станциях, которыерасположены в регионах со значительным положительным эффектом СА вОСО. Эффект СА в NO2 по расчетам с помощью модели SOCRATES в целомсоответствует по знаку результатам анализа данных наблюдений. Однакомодельный эффект в несколько раз меньше, чем наблюдаемый на некоторыхстанциях.
Вероятная причина расхождений – региональный характерпроявления эффекта СА в содержании примесей, что невозможно учесть вдвумерной модели.В разделе 6.2 исследуется воздействие 27-суточных вариацийкоротковолнового солнечного излучения на состав и термический режимсредней и верхней атмосферы по результатам численного моделирования спомощью 3-мерной глобальной химико-климатической модели HAMMONIA.Анализ модельных результатов показал, что в то время как вариациитемпературы и примесей, вызванные воздействием 27-суточного солнечногоцикла, очень отчетливы и постоянны в верхней атмосфере, в стратосфере имезосфере они имеют сильно перемежающийся характер и, вероятно, зависят30от динамической обстановки. Получены широтно-высотные распределениячувствительности и фазовой задержки откликов температуры и химическогосостава атмосферы на 27-суточный солнечный цикл.
Отклики вовнетропических широтах, как правило, сезонно зависимы и во многих случаяхсильнее зимой, чем летом. Чувствительности откликов нелинейно зависят отамплитуды солнечного воздействия, уменьшаясь с его усилением.Чувствительность отклика озона максимальна в верхней атмосфере, гдеона может превышать 10% на 1% изменений потока солнечной радиации надлине волны 205 нм.
В верхней стратосфере она может достигать 1%/%.Чувствительность термического отклика выше 110 км превышает 2 К на 1%изменений потока солнечной радиации на длине волны 205 нм, а ее значение вокрестности локального высотного максимума чувствительности в слоетропической стратопаузы над порядок меньше.Значения фаз откликов температуры и атмосферных примесей на 27суточный солнечный цикл тоже зависят от высоты и широты. Например,температурный отклик в окрестности стратопаузы и в термосфере происходитпримерно в фазе с солнечным циклом, запаздывая по отношению к нему на 1-2суток.
Запаздывание увеличивается до 5 суток в верхней мезосфере.Концентрация озона над тропиками ниже 60 км изменяется примерно в фазе ссолнечным циклом, опережая его в верхней части слоя на 1-2 суток, а выше 70км – примерно в противофазе с солнечным циклом. Опережение обусловлено, вчастности, температурной зависимостью скоростей реакций.Чувствительность и фаза озонного отклика в стратосфере и нижнеймезосфере в тропиках находятся в удовлетворительном согласии симеющимися результатами наблюдений, в то время как выше 70-75 км имеютсяпринципиальные различия между модельными и наблюдавшимися (только двесерии данных) значениями фазы озонного отклика.Что касается температурного отклика, то может быть несоответствиемежду характеристиками наблюдаемого отклика по данным разных авторов, нов то же время характеристики модельного отклика температуры в верхней31стратосфере и нижней мезосфере соответствуют некоторым наблюдениям.Однако нет никакого соответствия между расчетным и наблюдавшимся (толькоодна серия данных) температурными откликами выше 75 км.
В настоящеевремя недостаточно экспериментальных данных для всестороннегосопоставления модельных и наблюдаемых эффектов 27-суточного солнечногоцикла.Модельные расчеты показали, что атмосферная циркуляция можетоказывать важное воздействие на отклик атмосферы на 27-суточный солнечныйцикл в средне- и высокоширотной стратосфере и мезосфере в зимний период.Глава 7 «Эффекты долговременной изменчивости».
В 7-й главеисследуются эффекты долговременной изменчивости содержания озона и NO2и термического режима мезосферы по данным наблюдений и с помощьючисленного моделирования.В разделе 7.1 оцениваются линейные тренды характеристик годовогохода (амплитуд и фаз гармоник) общего содержания озона по данныммноголетних наземных измерений на мировой озонометрической сети. Оценкиполучены с помощью модели множественной линейной регрессии (описана вглаве 6).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
