Пространственно-временная динамика атмосферного озона и связанных с ним газовых примесей (1097843), страница 6
Текст из файла (страница 6)
Оказалось, что тренд фазы годовой гармоники ОСО, если онстатистически значим, везде положительный. Но механизмы этого тренда вАнтарктике и остальных областях разные. Величина тренда фазы на некоторыхстанциях достигает 8 сут, а на станции Сёва в Антарктиде – 18 сут за 10 лет.Амплитуда годовой гармоники ОСО со временем увеличивается в Антарктикеи в тропической зоне, а в остальных местах она уменьшается.
Вовнетропических широтах тренд амплитуды годовой гармоники ОСО составляетпо величине большую часть тренда среднегодового значения ОСО, что являетсярезультатом сезонной зависимости трендов ОСО. К выявленным трендамхарактеристик годового хода ОСО может приводить долговременноеуменьшение ОСО в зимний период, предшествующий моменту годовогомаксимума ОСО, а в Антарктиде – многолетнее уменьшение значений ОСО в32период весенней «озонной дыры» с одновременным смещением сроков «дыры»на более поздние даты.В разделе 7.2 выполнен анализ линейных трендов ОС NO2 по даннымизмерений на сети NDSC.
Годовые и сезонные оценки трендов получены спомощью модели множественной линейной регрессии, учитывающей эффектысолнечной активности, Эль-Ниньо – Южного колебания, Североатлантическогоколебания и воздействие вулканического аэрозоля после извержений вулкановПинатубо и Эль-Чичон. Впервые получена широтная структура трендов NO2(рис. 7). В средних и низких широтах ЮП тренды преимущественноположительные, в то время как в средних и низких широтах СП –преимущественно отрицательные. Максимальные значения положительных иотрицательных трендов составляют по модулю около 10% за 10 лет. Годовыеоценки трендов в высоких и полярных широтах, как правило, статистическинезначимые.
В целом можно отметить антисимметричное распределениегодовых оценок трендов относительно экватора. Сезонные оценки трендовмогут отличаться от годовых. Так, зимой не только в ЮП, но и в СП в целомпреобладают положительные значения трендов ОС NO2. Летом статистическизначимый тренд ОС NO2 отмечен в Арктике.По расчетам на 2-мерной модели SOCRATES получены небольшиеотрицательные значения трендов ОС NO2 в средних широтах обоих полушарий(рис. 7), что сильно расходится с результатами анализа данных наблюдений.Вероятная причина расхождений кроется во влиянии на фотохимическиеизменения стратосферного содержания NO2 изменений температуры и составастратосферы с различной степенью компенсации их эффектов в NO2 взависимости от конкретных, в том числе, региональных условий.Раздел 7.3 посвящен моделированию долговременных измененийтермического режима мезосферы. По ракетным данным и по измерениямгидроксильной эмиссии учеными из ИФА, Центральной аэрологическойобсерватории и Абастуманской обсерватории обнаружено значительноеохлаждение мезосферы и слоя мезопаузы (Golitsyn G.S., Semenov A.I., Shefov33Рис.
7. Годовые оценки линейного тренда содержания NO2 в вертикальномстолбе атмосферы (точки) и их 95%-е доверительные интервалы (вертикальныеотрезки) в зависимости от широты по данным утренних и вечерних измерений ипо расчетам с помощью модели SOCRATES (кривые).N.N., Fishkova L.M., Lysenko E.V., Perov S.P.
Long-term temperature trends in themiddle and upper atmosphere. Geophys. Res. Lett. V. 23. P. 1741-1744. 1996). Длявыявления механизмов охлаждения нами были выполнены расчеты с помощью2-мерной модели фотохимии, радиации и динамики атмосферы SOCRATES.Исследованы эффекты увеличения приземных концентраций парниковых газов(CO2, CH4, N2O и хлор-фтор-углеродов) за последние 50 лет в соответствии снаблюдаемыми трендами, увеличение концентрации водяного пара в среднейатмосфере, а также эффекты вероятных изменений активности внутреннихгравитационных волн (ВГВ).Модельные расчеты показали, что наблюдаемое увеличениеконцентраций парниковых газов по отдельности вызывает охлаждениемезосферы.
Охлаждение, порождаемое ростом концентраций хлор-фторуглеродов, связано в основном с уменьшением содержания озона.34Одновременное увеличение концентраций парниковых газов ведет к большемуохлаждению, хотя отклик атмосферы в этом случае не есть арифметическаясумма индивидуальных эффектов. Общий эффект охлаждения в среднеймезосфере составляет около 4-6 К. Ниже модельной мезопаузы (~90 км) оноколо 3-4 К, за исключением внетропических широт СП зимой, где этот слойохлаждается на 5-7 К. Однако величина охлаждения по модельным расчетамзначительно меньше, чем по наблюдениям.Эффект охлаждения значительно возрастает при усилении форсинга засчет ВГВ.
Следует отметить, что форсинг за счет ВГВ в моделипараметризуется. Расчеты показывают, что предписанное уменьшениеускорения зонального потока и диффузии за счет ВГВ обычно приводит кпотеплению верхней мезосферы. Предписанное усиление ускорения идиффузии за счет ВГВ в большинстве случаев ведет к охлаждению этойобласти. На рис. 8 показан температурный отклик мезосферы в январе на 50летнее увеличение приземных концентраций парниковых газов иодновременное усиление на 50% форсинга за счет ВГВ.
В этом случае зимнееохлаждение верхней мезосферы во внетропических широтах СП достигает 715 К. Охлаждение летней мезопауза менее 2 К, в хорошем согласии срезультатами наблюдений.Повышенный диффузионный перенос, вызванный обрушением ВГВ,ведет к увеличению содержаний примесей, чье отношение смеси уменьшается свысотой. Концентрации метана и водяного пара претерпевают значительноеувеличение, на десятки процентов, в слое мезопаузы. В отличие от этого,обусловленная ВГВ диффузия не оказывает значительного влияния наконцентрацию СО2, чье отношение смеси в средней атмосфере характеризуетсямалым вертикальным градиентом.
Увеличение СО2 почти полностьюобусловлено увеличением приземной концентрации СО2, а не усилениемдиффузии за счет ВГВ.Увеличение концентраций парниковых газов смещает радиационныйбаланс слоя верхней мезосферы и мезопаузы к более низким температурам.35Рис. 8. Изменение температуры (К) в январе, вызванное увеличениемконцентраций парниковых газов за последние 50 лет и усилением ускорения идиффузии за счет ВГВ в 1.5 раза.Другой эффект усиления связанной с ВГВ диффузии (которая обычно имеетместо в слое мезопаузы) – это увеличение дивергенции направленного вниздиффузионного потока тепла, что также вызывает охлаждение. Этот механизмохлаждения мезопаузы более эффективен, если концентрации парниковыхгазов увеличиваются. Полученные модельные результаты предполагают, чтоизменения, вызванные ВГВ, могут быть так же важны при объясненииохлаждения верхней мезосферы и мезопаузы, как и наблюдаемые измененияконцентраций парниковых газов.
Следует также отметить, что модель непредсказывает каких-либо значительных изменений температуры в слое 92-95км, в хорошем соответствии с наблюдениями.Глава 8 «Спектральные и структурные закономерностипространственно-временнóй изменчивости примесей». Восьмая главапосвящена анализу спектральных и структурных закономерностейпространственно-временной изменчивости озона и NO2 по данным сетевых испутниковых измерений концентрации и общего содержания О3 и измеренийприземного содержания NO2 на Звенигородской станции.36В разделе 8.1 рассмотрены спектральные закономерности временнóйизменчивости озона и NO2. На примере приземной концентрации озона настанции Хоэнпайсенберг показано, что спектры приземного озона в диапазонепериодов от часа до нескольких суток в различные сезоны подчиняютсястепенному закону с показателем, близким к -5/3.Спектр содержания NO2 в приземном слое атмосферы, рассчитанный порезультатам измерений на ЗНС, подчиняется степенному закону -0.4 вдиапазоне периодов от нескольких суток до нескольких месяцев.
Такое низкоезначение показателя степени обусловлено сильной межсуточнойизменчивостью NO2 в загрязненном приземном слое атмосферы.Спектр самого длинного ряда наблюдений ОСО на станции Ароза (более70 лет измерений) показывает, что на межгодовом и многолетнем масштабахОСО испытывает квазирегулярные вариации, которые группируются вопределенных диапазонах периодов. Как амплитуды, так и периоды этихвариаций непостоянны, а некоторые из вариаций могут со временем исчезать ипоявляться вновь. Выделяются две наиболее регулярные компоненты вариацийс периодами 1 и 1/2 года. На межгодовом и многолетнем масштабах в спектреОСО проявляются вариации с квазидвухлетним (в среднем ~28 мес), квазитрехлетним (~3.5 лет), квази-пятилетним (~5.5 лет) и квазидесятилетним (~9.5лет) периодами.
Особо отметим сильную и очень четкую комбинационнуюкомпоненту с периодом около 20 мес. При этом важно, что на внутригодовоммасштабе имеются вариации с другой комбинационной частотой ~8 мес.В разделе 8.2 рассмотрены меридиональные структурные функцииконцентрации стратосферного озона для выявления статистическихзакономерностей горизонтального распределения озона. Для анализаиспользованы данные измерений отношения смеси озона с помощьюаппаратуры SBUV со спутника Nimbus 7. На рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
