ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИИ 2
ВВЕДЕНИЕ 3
ГЛАВА 1. ОЗОН И СТРАТОСФЕРНЫЙ ПОЛЯРНЫЙ ВИХРЬ 6
1.1 Озон в атмосфере и его роль 6
1.2 Стратосферный полярный вихрь 9
ГЛАВА 2. СВЯЗЬ ОЗОНА И ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ СОСТОЯНИЙ ПОЛЯРНОГО
ВИХРЯ В СТРАТОСФЕРЕ 12
2.1 Сильный и слабый стратосферный полярный вихрь 13
2.2 Влияние интерактивной химии озона на слабые и сильные состояния
полярного вихря в стратосфере 24
ГЛАВА 3. МЕТОДОЛОГИЯ И ДАННЫЕ 30
3.1 Данные MERRA 30
3.2 Индекс определения состояния полярного вихря 31
ГЛАВА 4. РЕЗУЛЬТАТЫ 35
4.1 Состояние озона во время слабого стратосферного полярного вихря с
проникновением 35
4.2 Взаимосвязь озона, температуры и волновой активности 53
4.3 Состояние озона во время сильного стратосферного полярного вихря с
проникновением 67
ЛИТЕРАТУРА 83
Все большее значение приобретает взаимосвязь продолжающегося изменения климата и изменений в озоновом слое. Сохраняется обусловленная динамическими процессами высокая межгодовая изменчивость циркуляции стратосферы, определяющая характер разрушения озонового слоя в зимне-весенний период в Антарктике и Арктике.
Влияние полярных стратосферных облаков на озон в основном наблюдается весной, когда солнечный свет возвращается в регион, изменчивость полярного вихря может привести к аномалиям озона в зимнее время, которые могут оказывать воздействие на поверхность. Очень низкая температура и высокая скорость ветра в стратосфере являются признаками экстремально сильного состояния стратосферного полярного вихря. Обратная ситуация - рост температуры и ослабление или обращение среднезональной компоненты ветра - типичное состояние стратосферы во время внезапного стратосферного потепления серьезно ослабляет полярный вихрь.
Более слабое разрушение озонового слоя в Северном полушарии частично обусловлено большей межгодовой изменчивостью, которая является результатом больших амплитуд планетарных волн, распространяющихся вверх, которые возмущают стратосферную циркуляцию. Годы с низкой волновой активностью, как правило, соответствуют более сильному вихрю и более слабой циркуляции Брюера-Добсона, что приводит к более слабому переносу озона из тропиков на полюса, а также к усиленному образованию полярных стратосферных облаков, которые способствуют увеличению весеннего разрушения озона. Годы с высокой волновой активностью соответствуют более слабому вихрю и более сильной циркуляция Брюера-Добсона, с более сильным переносом озона из тропиков и температурами, слишком высокими для формирования полярных стратосферных облаков.
Не менее важная причина разрушения стратосферного озона - химическая, возникшая в результате человеческой деятельности. Выбросы в атмосферу хлорсодержащих веществ, такими являются хлорфторуглероды. Эти вещества накапливаются в нижней части атмосферы (тропосфере) и со временем переносятся в стратосферу. Они превращаются в активные вещества под воздействием солнечного ультрафиолетового излучения, затем через химические реакции разрушают озон в стратосфере. В полярных регионах присутствие полярных стратосферных облаков значительно увеличивает содержание самых активных озоноразрушающих веществ.
В последние годы благодаря реализации Монреальского протокола, данные наблюдений свидетельствуют о снижении концентраций озоноразрушающих веществ в атмосфере.
Несмотря на тенденцию уменьшения содержания озоноразрушающих веществ, высокая межгодовая изменчивость динамических процессов стратосферы Арктики может создать условия для значительного разрушения озона. Нельзя исключить возникновение подобных аномалий озонового слоя и в ближайшие десятилетия...
Для исследования зависимости между концентрацией озона и экстремальными состояниями полярного вихря в стратосфере высоких широт были выбраны зимние периоды с 2007 - 2017 года. Используя данные реанализа MERRA2 для этих зимних периодов построены и проанализированы с акцентом на нижнюю границу стратосферы высотно-временные профили отношения смеси озона, аномалии отношения смеси озона, амплитуды первой, второй и третьей гармоник озона, а также отклонения зонально осреднённых значений среднезональной составляющей ветра и температуры от климатического среднего (1979 - 2017 год).
В результате проделанной работы были сделаны следующие выводы:
1) Во время слабого состояния стратосферного полярного вихря с проникновением даты которого определены по индексу происходит увеличение отношения смеси озона (7 цкг/кг) на высоте 18-22 км, а также наблюдаются положительные аномалии отношения смеси озона в нижних слоях стратосферы от 15 км и выше.
2) Если увеличение значения отношения смеси озона и положительные аномалии отношения смеси в нижних слоях стратосферы вызваны внезапным стратосферным потеплением, то амплитуды первой, второй и третьей гармоники озона показывают рост в слое стратосферы от 20-50 км. Однако, если увеличение отношения смеси озона в нижних слоях вызвано другими причинами, то амплитуда первой гармоники не реагирует, а вторая и третья гармоники демонстрируют усиление амплитуды, но на разных диапазонах высоты 10-20 км и 30-50 км.
3) Во время проникновения сильного полярного вихря в тропосферу определенного по индексу отмечаются положительные аномалии отношения смеси озона, хотя должно происходить разрушение озона. В первой, второй и третьей гармониках не отмечается никаких изменений, при этом аномалия отношения смеси озона в слое стратосферы 20 - 50 км отрицательная, а в верхних и в нижних слоях стратосферы (10-20 км и 30-50 км) аномалия положительная.
4) При определении ВСП через отклонение от климатических средних наблюдается связь с аномалией отношения смеси озона в дни, когда событие ВСП уже закончилось, если определять это событие через среднезональные значения температуры и среднезональной компоненты ветра.
Методика определения проникновения стратосферного полярного вихря с помощью индекса аномалий геопотенциальной высоты в полярной шапке не может быть рекомендована для определения дат проникновения озона в нижние слои стратосферы.
