Крупномасштабные пространственно-временные вариации озона и УФ радиации (1103337), страница 4
Текст из файла (страница 4)
То же что и на рис.1 только для второй ЕОФ моды аномалий ОСО (25%изменчивости), связанной с 11-ти летним Солнечным циклом. На рисунке а)пространственное (долгота х широта) распределение ЕОФ-2 (е.Д.); на рисунке б)соответствующий временной коэффициент (сплошная линия) в сравнении ссолнечным потокам на 10,7 см (пунктирная линия), коэффициент корреляции 0,6.143, а3, бРисунок 3.
То же что и на рис.1 только для третьей ЕОФ моды аномалий ОСО(описывает 15% изменчивости). Третья мода отражает связь общего озона с КДГЦ. Нарисунке а) пространственное (долгота х широта) распределение ЕОФ-3 (е.Д.); нарисунке б) соответствующий временной коэффициент (сплошная линия) в сравнении сгармонической функцией с периодом 20,4 месяца (пунктирная линия), коэффициенткорреляции 0,6.4, б4, аРисунок 4.
То же что и на рис.1 только для четвертой ЕОФ моды аномалий ОСО(описывает 4% изменчивости), связанной с явлениями Эль-Ниньо (Ла-Ниньо). Нарисунке а) пространственное (долгота х широта) распределение ЕОФ-4 (е.Д.); на рисункеб) соответствующий временной коэффициент (сплошная линия) в сравнении с индексомЮжной осцилляции (пунктирная линия), коэффициент корреляции 0,6.15Первые четыре ЕОФ моды аномалий ОСО в тропиках описываютболее 75% низкочастотной изменчивости озона в регионе. Этот факт даетвозможность разработать регрессионную модель для расчета долготноширотных полей среднемесячных значений ОСО в тропиках, основаннуюна ЕОФ разложении. Проведено сравнение рассчитанных по модели полейОСО с результатами измерений TOMS для периода январь 2004 г.
– март2005 г. Относительное отклонение между модельными оценками иданными измерений лежит в пределах 2-6%, и лишь в субтропиках можетдостигать 10%.Анализ полей аномалий УФ эритемной облученности показал, что12% низкочастотных колебаний УФ облученности в тропиках связано сквазидвухлетним циклом. В экваториальной зоне в течение западной фазыКДЦ УФ эритемная облученность уменьшается, а в субтропикахвозрастает.
Противоположная ситуация наблюдается в течение восточнойфазы. Однако амплитуда этих колебаний УФ облученности на экваторе(порядка 10-15 Дж м-2 сут-1) существенно больше, чем в субтропиках (4-8Дж м-2 сут-1). Также была выделена связь УФ эритемной облученности втропиках с 11-ти летним солнечным циклом (9.5% изменчивости).
В годымаксимума солнечной активности уровень приземной УФ облученностиснижается. Амплитуда может достигать 7-15 Дж м-2 сут-1 в экваториальнойзоне и порядка 4 Дж м-2 сут-1 в субтропиках.Четвертая глава посвящена исследованию крупномасштабныхвариаций трехмерных полей парциального давления озона и УФ радиациив тропическом регионе. Средняя стратосфера тропических широт являетсяисточником озона на планете [Хргиан, 1973], который из этой областиуходит и распространяется в высокие широты, главным образом зимнегополушария, меридиональными движениями воздуха. Вертикальноераспределение озона (ВРО) носит отпечаток ряда процессов, образующихи перераспределяющих озон в атмосфере.
Равно оно отражает многие,иногда глобальные, иногда очень тонкие особенности строения самойатмосферы [Хргиан, Кузнецов, 1981]. Изучение особенностей ВРО имеетважное значение для понимания всего баланса озона в земной атмосфере.Для поставленной задачи была создана адаптированная трехмернаябаза среднемесячных значений концентрации озона (в нбар) на регулярнойсетке с разрешением 20 по широте и 400 по долготе для 15 высотныхуровней в тропической области (30 ю.ш.
– 30 с.ш.) за 25-ти летний периодна основе спутниковых наблюдений SBUV. Сезонный ход и линейныйтренд за исследуемый период были удалены. В рассматриваемый период с1979- 2003 гг в тропической области произошло два крупных изверженийЭль-Чичон и Пинатубо, оказавших влияние на содержание озона.Поскольку целью исследования является изучение крупномасштабныхвариаций озона, то в широтных областях, где проявлялись аномалии озона,связанные с извержениями, было проведено сглаживание рядов озона в16течение 12 месяцев после извержения вулканов, полагая, что за годпроисходит основная часть процесса восстановления озона послеизвержения.В первом разделе главы 4 проведен как ЕОФ анализ долготноширотных полей парциального давления озона на заданном высотномуровне, так и ЕОФ анализ высотно-широтных полей зональных значенийпарциального давления озона.
ЕОФ анализ показал, что порядка 75-80%остаточной изменчивости озона в тропической области объясняетсяестественными факторами, такими как 11-ти летний Солнечный цикл,КДЦ и КДГЦ. Наблюдается высотная зависимость вкладов различныхфакторов в изменчивость озона. На рис. 5-7 представлены три первыхмоды ЕОФ анализа высотно-широтных полей среднемесячных зональныхзначений парциального давления озона в высотной области озонногомаксимума (10-50 гПа), где проявляется вклад всех вышеуказанныхпроцессов.Первая ЕОФ мода остаточной изменчивости парциального давленияозона связана с 11-ти летним солнечным циклом.
Вклад 11-ти летнегоцикла в изменчивость озона уменьшается с уменьшением высоты. Навысотных уровнях 0,5 и 1 гПа с солнечным циклом связано 75%остаточной изменчивости парциального давления озона, а на высоте 50гПа - лишь 37%. Однако максимум вариаций озона в абсолютныхвеличинах (до 12 нбар), обусловленных 11-ти летним солнечным циклом,располагается на уровне 26 км (30 гПа) – в слое максимума ВРО (рис. 5, а).В целом, увеличение солнечной активности приводит к повышениюфотохимической генерации озона и росту его концентрации по всейвысотной области 50 гПа - 0,5 гПа.Вторая ЕОФ мода остаточной изменчивости среднемесячныхзначений парциального давления озона связана с КДЦ и четко проявляетсяв слое 50- 7 гПа.
Ее вклад в остаточную изменчивость озона составляетпорядка 19-24%. В широтно-высотном распределении второго ЕОФвектора (рис 6, а) четко разделяются экваториальная и субтропическаязоны КДЦ вариаций озона, колебания в которых происходят впротивофазах. Граница раздела проходит в области 10-150 в обоихполушариях и зависит от высоты. Следует отметить несимметричностьКДЦ колебаний озона в северных и южных субтропиках: в северныхсубтропиках по сравнению с южными КДЦ вариации озона простираютсясущественно выше, вплоть до 7-5 гПа и имеют большую амплитуду.Высотный максимум КДЦ вариаций располагается на уровне 30 гПа самплитудой 6-7 нбар.
Следует отметить опережение КДЦ сигнала в озонепо сравнению с индексом КДЦ. Корреляционный анализ показал, чтоопережение в среднем составляет 3 месяца (рис 6, б).175, а5, б.Рисунок 5. Первая ЕОФ мода аномалий среднемесячных зональных значенийпарциального давления озона по данным SBUV (35% долгопериодной изменчивостиозона в тропиках). Первая мода отражает связь озона с 11-ти летним Солнечнымциклом. На рисунке а) представлено пространственное (широта х высота)распределение ЕОФ-1 в величинах аномалий парциального давления озона (нбар.), а нарисунке б) временной коэффициент (сплошная линия) в сравнении с индексом 11-тилетнего солнечного цикла (пунктирная линия).
Коэффициент корреляции между нимиравен 0,5. Отрицательные значения широты соответствуют Южному полушарию, аположительные – Северному.6, а6, б.Рисунок 6. То же что и на рис.5 только для второй ЕОФ моды аномалийсреднемесячных зональных значений парциального давления озона (описывает 24%изменчивости), связанной с квазидвухлетним циклом. а) пространственное (широта хвысота) распределение ЕОФ-2 (нбар), б) соответствующий временной коэффициент(сплошная линия) в сравнении с индексом КДЦ (пунктирная линия), коэффициенткорреляции 0,8.187, а7, б.Рисунок 7.
То же что и на рис.5 только для третьей ЕОФ моды аномалийсреднемесячных зональных значений парциального давления озона (описывает 16%изменчивости), связанной с КДГЦ. а) пространственное (широта х высота)распределение ЕОФ-3 (нбар), б) соответствующий временной коэффициент (сплошнаялиния) в сравнении с гармонической функцией с периодом 20,4 месяца (пунктирнаялиния), коэффициент корреляции 0,6.Влияние КДГЦ проявляется так же, как и КДЦ на высотах 7-50 гПа иописывает 10-17% изменчивости парциального давления озона.
На рисунке7 представлена третья ЕОФ мода изменчивости среднемесячныхзональных значений парциального давления озона в слое 50-10 гПа,связанная с КДГЦ. Колебания озона в Южном и Северном полушарияхпроисходят в противофазе (рис. 7, а). Широтная граница смены фазызависит от высоты. Высотный максимум КДГЦ вариаций расположен науровне 10-15 гПа в Южном полушарии с амплитудой порядка 4-5 нбар.
ВСеверном полушарии область максимальных аномалий расположеназначительно ниже, на уровне порядка 40 гПа с амплитудой 3-4 нбар.Второй раздел главы 4 посвящен исследованию механизмов КДЦколебаний озона на экваторе. Проведен анализ вертикальных профилейсреднемесячных значений парциального давления озона и зональноговетра на экваторе за 15 лет (январь 1987-декабрь 2001) в высотноминтервале 50 гПа - 10 гПа.
Среднемесячные значения зонального ветра вСингапуре были взяты по данным Метеорологического институтаОткрытогоУниверситетаБерлина(http://strat27.met.fuberlin.de/products/cdrom/data/qbo/). Сезонный ход и линейный тренд изобоих рядов данных были удалены.198, а8, бРисунок 8. На верхнем рисунке а) представлена высотно-временная зависимостьаномалий среднемесячных значений зонального ветра на экваторе в слое между 50-10гПа. На нижнем б) - высотно-временная зависимость аномалий среднемесячныхзначений парциального давления озона на экваторе в слое между 50-10 гПа. Началовременной шкалы соответствует январю 1987 г.На рисунке 8 представлены высотно-временные зависимостисреднемесячных значений аномалий зонального ветра (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
