Пространственно-временная изменчивость озона в тропосфере (1097845), страница 7
Текст из файла (страница 7)
15).Рис. 15. Временной ход среднегодовых значений приземного отношения смеси озона настанциях Барроу (1; 71 oN, 157 oW, 11 м над у.м.), Мауна-Лоа (2; 19 oN, 156 oW, 3397 м наду.м.), Самоа (3; 14 oS, 171 oW, 82 м над у.м.) и Южный Полюс (4; 90 oS, 2835 м над у.м.).Сглаженные линии – линейные (для 1 и 4) и квадратические (для 2 и 3) аппроксимации.Анализ долговременных рядов данных концентрации приземного озона ивертикального распределения озона в тропосфере показал, что тенденции измененийконцентрации озона в настоящее время не являются однонаправленными и, вероятно,различны для территорий, отстоящих друг от друга на несколько тысяч километров.Количественные показатели изменений концентрации тропосферного озона сильнозависят от периода времени, за который проводится их расчет, что, возможно,свидетельствуетонелинейностипроцессов.Вчастности,послесчитавшихсямонотонными 20-летних изменений концентрации приземного озона прекратились ееуменьшение в районе Южного полюса и увеличение в высоких широтах Северногополушария в районе Аляски (Барроу).
В свободной тропосфере над канадскимисреднеширотными станциями изменения концентрации озона в 1980-х и 1990-х гг. имеютразличную направленность (различные знаки линейного тренда). По данным наблюденийтропосферного озона для ряда станций показано, что для интерпретации изменений егоконцентрации целесообразно привлекать данные об изменениях не только уровня30атмосферногозагрязнения(какэтообычноделается),нотакжеидругихметеорологических параметров, являющихся индикаторами изменений климата, - впервую очередь, температуры на различных высотах, изменения которой регистрируютсязначительно надежнее ввиду значительно большего числа пунктов наблюдений и высокойчастоты радиозондовых измерений.
Изменения концентрации озона и температурыявляются взаимосвязанными (рис. 16) и их совместный анализ способен прояснитьпричины долговременных изменений, по крайней мере, одного из этих параметров. Поданным подавляющего большинства исследованных станций озонного зондирования,начиная с 1970-х гг. и кончая началом 2000 гг., показано, что температуры иконцентрации озона в свободной тропосфере на них статистически значимо возрастали.Для ряда станций озонного зондирования впервые установлены статистически значимыесвязи долговременных изменений концентрации тропосферного озона с изменениямивысоты тропопаузы, которая росла в умеренных и высоких широтах Северного полушарияв последние несколько десятилетий со средней скоростью около 100 м за 10 лет.Рис.
16. Вертикальное распределение коэффициента корреляции между среднемесячнымианомалиями отношения смеси озона и высоты тропопаузы (1), температуры и высотытропопаузы (2), а также отношения смеси озона и температуры (3) на озонометрическихстанциях Резолют (а), Хоенпайсенберг (б) и Южный Полюс (в).При анализе данных по приземному озону среди 95 европейских станций у 58наблюдается статистически значимый положительный тренд, у 16 – отрицательный, уостальных – незначимый; «пестрота» географического распределения трендов вызываетсомнения в качестве измерений концентраций озона на ряде станций. На станцииДолгопрудный в период 1991-2009 гг.
статистически значимого тренда не наблюдалось(рис. 17), что, по-видимому, обусловлено большой изменчивостью погодных условий вэтот период.Связь долговременных изменений концентрации приземного озона с изменениямиметеоусловий детально изучена по результатам наблюдений на станциях Германии. Навсех 8 станциях Германии, которые в течение 11-16 лет представляли данные в Мировой31центр данных по парниковым газам (Япония), наблюдаются положительные трендыконцентрации приземного озона (среднесуточной и максимальной за сутки).45ДнемНочьюмлрд-1301501.1.911.1.951.1.991.1.031.1.07Рис. 17.
Ход среднемесячных приземных концентраций озона на станции Долгопрудный вдневное и ночное время, начиная с марта 1991 г.Тренды концентрации озона вычисляли по временным рядам их Отклонений отНорм:Отклонения O3 = Наблюдения O3 – Нормы O3 .(4)Для вычисления трендов концентраций озона использована простая модель,связывающую Отклонения O3 со временем (обычно в месяцах или днях):Отклонения O3 = Тренд + Остаток ,(5)где полный Тренд озона считался линейно зависящим от времени k0*t.Поскольку концентрация озона в сильной степени зависит от множества факторов(метеопараметров, газового состава атмосферы, солнечной облученности), поэтому ихтренды могут существенным образом повлиять на тренд озона. В связи с этим предложенановая методика учета влияния метеорологических факторов на тренд озона, в которойвместо (5) используется следующее соотношение:Отклонения O3 =∑Aij*Отклонения метеопараметров + kj*t + Остатокj , (6)iгде Aij – коэффициенты для различных метеопараметров, индекс j относится копределенному набору метеопараметров, а kj назван собственным трендом озона.
При32учете связей концентрации озона с влияющими факторами качество модели, как правило,существенно повышается – коэффициент детерминации возрастает от примерно 0.1 до 0.6.Величины трендов концентрации приземного озона составляют 0-6 млрд-1 за 10лет. Тренды концентрации приземного озона имеют хорошо выраженную сезоннуюзависимость. Наибольшие тренды имеют место для зимне-весенних выборок, наименьшие– для летних выборок.
Тренды концентрации приземного озона наблюдаются совместно сположительными трендами максимальной суточной температуры и/или отрицательнымитрендами относительной влажности. Заметная часть трендов концентрации приземногоозона(донесколькодесятковпроцентов)можетбытьобъясненатрендамиметеопараметров. Показано, что для корректного выявления причин измененийконцентраций приземного озона необходимо учитывать изменения метеорологическихфакторов, влияющих на его формирование.ВЗаключенииизложеныосновныеполученныерезультаты,выводыиперспективы дальнейших исследований.1.Разработаныэлектрохимическогосредстватипа,сизмеренийпомощьюконцентрациикоторыхвпервыеприземноговстранеозонапроведеныдолговременные регулярные измерения концентрации приземного озона на станцииДолгопрудный (с 1991 г., в т.ч., в автоматическом режиме – с 1997 г.).
Созданы базыданных по приземному озону и влияющим на него факторам, а также по вертикальномураспределению озона.2. Проведены исследования временного хода концентрации приземного озона вразличных регионах мира, в т.ч. Московском регионе, Новосибирске, Киеве, на различныхстанциях наблюдений программы EMEP в Западной Европе и глобальной сетиамериканских станций фонового мониторинга загрязнения атмосферы - от Аляски доЮжного Полюса.
Впервые указано на существенное различие сезонного хода приземнойконцентрации озона в различное время суток. В сезонном ходе концентрации озона набольшинстве европейских станций проведено отчетливое разделение двух максимумов –весеннего и летнего. Получены новые убедительные свидетельства того, что весенниймаксимум связан с динамикой атмосферы, а летний – с фотохимической генерацией озона.Соотношение между величиной максимумов в значительной степени определяетсяуровнем солнечной облученности и географическим расположением региона. В суточномходе в течение всего года на равнинных станциях (с высотой до 500 м н.у.м.)доминирующей является 24-часовая гармоника.3.
Разработана принципиально новая количественная модель временного ходаприземной концентрации озона, зависящая от метеопараметров и концентраций33предикторов озона; коэффициент детерминации модели на различных станциях обычносоставляет 0.4-0.7. Наиболее сильно приземная концентрация озона зависит оттемпературы и относительной влажности; в эпизодах с высокими концентрациями озоназначительное влияние оказывают направление и скорость переноса. На основеразработанной модели впервые в России создана оригинальная методика прогнозированиямаксимальных суточных приземной концентрации озона, утвержденная Центральнойметодической комиссией по прогнозам Росгидромета.4.
Проведены исследования характеристик пространственного распределенияконцентрации приземного озона в сельской местности Европы. Впервые показано, чтохарактерный масштаб полей отклонений концентраций озона от норм близок ксиноптическому–около500км;статистическизначимаякорреляциямеждуконцентрациями озона в Европе проявляется на расстоянии более 1000 км.
Максимумкоэффициента кросс-корреляции между рядами концентраций озона в пунктахнаблюдений, лежащих примерно на одной широте и на расстоянии около 1000 км,наблюдается при лаге 1-2 суток, соответствующем западному переносу. Установленосреднее многолетнее распределение приземного озона в Европе (с восточной границейоколо 40о в.д.) для различных дней года и различных часов суток.5. Проведены на большом статистическом материале (более 15000 профилей)исследования характеристик вертикального распределения озона.
Установлено, что вышепограничного слоя в свободной тропосфере умеренных и высоких широт Северногополушария (выше ~1.5 км над у.м.) отношение смеси озона практически всегда монотоннорастет от 35-60 млрд-1 до 80-150 млрд-1 в окрестности тропопаузы. По данным станцийозонного зондирования от поверхности Земли до верхней границы пограничного слояатмосферы (до высот 1-1.5 км) в течение всего времени суток отношение смеси озона вподавляющем большинстве случаев растет.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
