Пространственно-временная изменчивость озона в тропосфере (1097845), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Восстановление работоспособностиустройства производится путем замены озоночувствительного раствора; при измеренияхчерез каждые 6 ч оно производится 1 раз в неделю. Кроме озона, электрохимическийдатчик реагирует на содержание в воздухе диоксида серы (SO2) и диоксида азота (NO2). Вусловиях станции ЦАО в г. Долгопрудном во время измерений с 1991 г. практическиобнаружимых содержаний SO2 не наблюдалось, а NO2 дает сигнал, примерно в 10 разменьший, чем озон при одинаковом отношении смеси. При максимальных возможныхуровнях NO2 в г.
Долгопрудном, которые наблюдаются крайне редко (в редкие годы; поданным МосЦГМС и Мосэкомониторинга), погрешность измерений концентрации озоназа счет неучета NO2 не более 3 млрд-1, что входит в общую погрешность измерений.80млрд-1ДолгопрудныйМосква, МГУ60402001.7.0911.7.0921.7.0931.7.09Рис. 2. Ход максимальных за 1 ч суточных концентраций озона на станции МГУ (ИФАРАН и геофак МГУ) и измеренных в 14 ч местного времени концентраций озона настанции Долгопрудный в июле 2009 г. (расстояние между станциями наблюдений - 24 км).Описанное устройство было применено для измерений концентрации приземногоозона в полевых условиях на различных территориях г. Москвы и Подмосковья,Пензенской обл., а также в кабине и салоне ряда новых пассажирских самолетов.
Качествонаблюдений на станции Долгопрудный в сравнении со станцией ИФА РАН и геофакаМГУ, измеряющей современным стандартным оптическим газоанализатором озонафирмы «Dasibi», проиллюстрировано на рис. 2 (сравнение выполнено в ГидрометцентреРоссии); рисунок дополнительно иилюстрирует близость данных, полученных вразличных пунктах наблюдений Московского мегаполиса. Коэффициент корреляциимежду данными станций составил 0.85; средняя разность – 6.8 млрд-1, ее стандартноеотклонение - 6.2 млрд-1.14Во второй главе изложены сведения о периодических составляющих временногохода приземной концентрации озона и других связанных с озоном малых газовыхсоставляющих атмосферы, а также метеопараметров, позволяющих оценить их «нормы»(средние многолетние значения) для каждого дня и часа суток.
Использована линейнаямодель, которая для любой геофизической цепи (процесса с дискретным временем) вобщем случае может быть записана в виде:g(t) = p(t) +∑αij ri(t – j) +i, j∑βi g(t-i) + T(t) + R(t) ,(1)iгде t - время; g(t) - анализируемая цепь; p(t) - ее периодическая часть, ri(t) – различныерегрессоры(другиегеофизическиепроцессы,оказывающиевоздействиенаанализируемые), T(t) - нестационарная часть анализируемой цепи, описывающая, вчастности, тренды, линейные и более высоких порядков: T(t) =∑bk tk; R(t) - остаток;kαij, βi , bk -соответствующие коэффициенты.
Член∑βi g(t-i) учитывает авторегрессиюi(автовоздействие) процесса, что применительно к приземной концентрации озонаявляется самым важным фактором.На рис. 3 и 4 представлены средние многолетние сезонно-суточные ходыконцентрации озона и других малых газовых составляющих атмосферы (МГСА) всравнительно чистых районах мегаполисов: Москвы (55.7о с.ш., 37.6о в.д.) и Лондона (52ос.ш., 0о в.д.). Такое представление, использованное впервые [10, 16], наглядно показываетосновные особенности сезонного и суточного хода МГСА и для ряда исследуемыхтерриторий позволяет судить о степени их загрязненности [35].
Сезонно-суточные ходыконцентрации озона на сельских станциях умеренных широт Северного полушарияблизки к представленным на рис. 3-4 (рис. 5 для станции Данки, 54.9о с.ш., 37.8о в.д.).Внутрисуточный максимум концентрации приземного озона на всех равнинных(расположенных не выше 1 км над у.м.) станциях наблюдается через 2-3 ч после полудня.В сезонном ходе концентрации озона в умеренных и высоких широтах в дневное времянаблюдаются 2 максимума: весенний и летний. Весенний максимум озона являетсяметеорологически обусловленным и наблюдается на всех тропосферных высотах.
Летниймаксимум озона возникает лишь в пограничном слое и гораздо сильнее изменчив вовремени; именно его изменения во времени [28] и анализ пространственной структуры егопроявления [34] позволили установить его связи с фотохимическим образованием озона,обусловленным в значительной степени антропогенными выбросами. Отношениевесеннего и летнего максимумов характеризует отношение долей «естественного» и15«фотохимически генерированного» озона.
В отличие от сельской местности (рис. 5), вРис. 3. Средний сезонно-суточный ход концентрации озона (вверху слева; млрд-1), NO(вверху справа; млрд-1), NO2 (внизу слева; млрд-1) и CO (внизу справа; млн-1) в Москве,район МГУ, в 2002-2008 гг.Рис. 4. Средний сезонно-суточный ход концентрации озона (вверху слева; млрд-1), NO(вверху справа; млрд-1), NO2 (внизу слева; млрд-1) и CO (внизу справа; млн-1) в Лондоне,район Челси, в 2002-2008 гг.16мегаполисах наблюдается ночной максимум концентрации озона, его выраженностьопределяется уровнем антропогенных выбросов (так, например, в Москве этот максимумвыражен сильнее, чем в Киеве). Хорошо видимая антикорреляция сезонных ивнутрисуточных ходов концентраций приземного озона и первичных загрязнителейатмосферы (рис.
3 и 4) указывает на значительную роль вертикального перемешивания вустановлении концентрации озона.«Норма» для сезонного хода концентрации (или отношения смеси) озона C0(d)образуется сглаживанием и в зависимости от юлианского дня d (для упрощениявычислений сутки 29 февраля в високосные годы можно не учитывать) представляется ввиде:101077441061218241061218241074106121824Рис. 5. Средние сезонно-суточные ходы озона (млрд-1) на станциях МГУ (вверху слева;2002-2005 гг.), Данки (вверху справа; 1999-2003 гг.) и их разность ходов (внизу). Погоризонтальной оси отложено время суток (ч), по вертикальной – месяцы.3C 0 (d ) = C 00 + ∑ [ Ai × sin(2π × i × d / 365) + Bi × cos(2π × i × d / 365)] ,i =1где(2)C00 – постоянная (оценка средней годовой концентрации);Ai и Bi – коэффициенты при i-х гармониках годового хода.Амплитуды второй и третьей гармоник годового хода концентрации озона наравнинных (с высотой до 500 м над у.м.) станциях в умеренных и высоких широтахобычно в несколько (3 и более) раз меньше амплитуды основной 12-месячной гармоники.В суточном ходе концентрации озона амплитуда 24-часовой гармоники больше амплитуд12- и 6-часовой гармоники еще больше (обычно в 5 раз и более).17Аналогично вычисляются «нормы» для других малых газовых составляющихатмосферы и метеопараметров.Кроме сезонной и суточной, практически на всех средне- и высокоширотных (3090o обоих полушарий) станциях, измеряющих приземный озон, часто наблюдается егонедельная периодичность (в т.ч., в Московском регионе).
Как свидетельствует статистика,в воскресные дни концентрации озона несколько выше будничных. Хотя амплитуданедельной периодичности статистически значима, она составляет несколько процентов(лишь на нескольких станциях от 5 до 10%) от сезонной и в «нормах» сезонного ходаконцентрации озона нами она не учитывалась.Количественные характеристики периодичности в сильной степени определяютсягеографическим положением станции и ее высотой над уровнем моря [28, 34].
Сезонныйминимум приземного озона на практически всех станциях наблюдается в конце осени начале зимы в период повышенных значений влажности и раньше, чем наблюдаетсяминимум температуры. Временной ход приземного озона вблизи сезонного максимумаимеет сложную форму; на многих станциях наблюдаются два максимума различнойприроды. Первый максимум хорошо заметен на всех станциях, наблюдается весной,связан со стратосферным источником озона и связан, по-видимому, с усилением в этотпериод стратосферно-тропосферного обмена, а также интенсивным вертикальнымперемешиванием между приземным слоем и свободной тропосферой. Второй максимумнаблюдается летом, и обусловлен, по-видимому, фотохимическим образованием озона,происходящим с участием антропогенных загрязнений атмосферы.
Соотношениевесеннего и летнего максимума зависит от географического положения станции, еевысоты над у.м., а также, по-видимому, уровня антропогенных загрязнений в регионе.Форма сезонного хода приземного озона существенно различается в различное времясуток, в частности, сроки наступления годовых максимумов днем и ночью могутразличаться на 2 мес и более. Суточный ход приземного озона зависит от географическогоположения станции, в частности, в Европе в летний период отношение максимума иминимума тем больше, чем южнее и восточнее располагается станция. Вблизи большихводных поверхностей (морей, крупных озер и рек) это отношение суточного ходаприземного озона уменьшается.
Суточные ходы приземного озона на равнинных ивысокогорных станциях сильно различаются. Максимум суточного хода приземного озонана равнинных станциях (менее 1000 м над у.м.) обычно наблюдается примерно через 2 чпосле полудня. На высокогорных станциях отношения смеси приземного озонапрактически всегда больше, чем на ближлежащих равнинных станциях, и при высотестанции более 1500 м в летний период наблюдается «обратный» суточный ход приземного18озона - со слабыми максимумом ночью и минимумом днем.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
