Введение 3
Глава 1. Озон: прошлое, настоящее и будущее 5
1.1 Антропогенные возмущения газов в атмосфере 8
1.2 Современное состояние озона в атмосфере 15
1.2.1. Озон и озонразрушающие вещества 15
1.2.2. Озон и гидрофторуглероды 24
1.2.3. Озон и аэрозоль 26
1.2.4. Стратосферный озон и изменение климата 27
1.3 Будущее озона и его контроль 30
1. Комбинированная химико-климатическая модель общей циркуляции
атмосферы ЗОСОЬуЗ 35
1.1 Динамический модуль MA-ECHAM5 43
1.2 Химический модуль MEZON 45
1.3 Настройка модели и граничные условия 47
2. Численное моделирование влияния изменения климата на газовый
состав атмосферы 50
Заключение 68
Список литературы 70
Озон является одним из важнейших газов в атмосфере, который влияет на климат нашей планеты. Об актуальности работы говорит и большое количество проектов Всемирной метеорологической организации, посвященных всесторонним исследованиям состояния озона в атмосфере.
Исследование вариаций параметров озонового слоя и поиски основных причин этих изменений до настоящего времени остаются проблемой, актуальность которой определяется существенной ролью озона в сложной системе «Солнце - атмосфера - поверхность Земли - космос». Поглощая ИК- излучение Земли в полосе 9,57 мкм, озон вносит вклад в изменение температуры нижней атмосферы, а поглощая УФ-излучение Солнца в диапазоне 200-320 нм, влияет на температурную стратификацию стратосферы.
Целью данной работы является оценка относительного вклада основных химических и физических процессов в наблюдаемую изменчивость климата и газового состава атмосферы в полярных регионах с использованием химико-климатической модели (ХКМ) SOCOLv3 в 19802020 годах.
Для выполнения цели были поставлены следующие задачи:
1) Составь сценарии для исследования относительного вклада основных химических и физических процессов в наблюдаемую изменчивость климата и газового состава атмосферы в полярных регионах с использованием химико-климатической модели (ХКМ) SOCOLv3 в 19802020 годах;
2) Провести численные эксперименты и верификацию полученных данных по данным наблюдений спутника SBUV;
3) Проанализировать изменчивость температуры тропосферы и нижней стратосферы, а также содержания озона за период с 1980 по 2020 годы по данным каждого сценария ХКМ SOCOLv3.
4) Проанализировать изменчивость зонального ветра в нижней стратосфере полярных регионов, а также содержания озона за период с 1980 по 2020 годы по данным каждого сценария ХКМ SOCOLv3.
Для анализа вариаций озона использовались данные моделирования химико-климатической модели SOCOLv3 для общего содержания озона, озона, зонального ветра и температуры воздуха с 1980 по 2020 год. Для верификации модели использовались данные наблюдений по общему содержанию озона в столбе воздуха, полученные с помощью набора данных спутника SBUV с 1980 по 2020 год.
Исследовательская работа состоит из трех глав, которые включают в себя 17 рисунков.
В первой главе описывается состояние озона в прошлом, настоящем и будущем. Приведены факторы, влияющие на концентрацию озона в атмосфере и их концентрации. Рассмотрены основные процессы, которые влияют на состав атмосферы.
Во второй главе представлено описание химико-климатической модели SOCOLv3, особенности и структура модели. Подробна описана работа химического и динамического модулей.
В третьей главе приведены результаты моделирования и описана постановка задачи. Исследовано изменение содержания озона по широтам и на разных высотах. Также проанализированы полученные данные по температуре и зональному ветру.
Исследование вариаций параметров озонового слоя и поиски основных причин этих изменений до настоящего времени остаются проблемой, актуальность которой определяется существенной ролью озона в сложной системе «Солнце - атмосфера - поверхность Земли - космос». Поглощая ИК-излучение Земли в полосе 9,57 мкм, озон вносит вклад в изменение температуры нижней атмосферы, а поглощая УФ-излучение Солнца в диапазоне 200-320 нм, влияет на температурную стратификацию стратосферы.
В результате работы произведена оценка относительного вклада основных химических и физических процессов в наблюдаемую изменчивость климата и газового состава атмосферы в полярных регионах с использованием химикоклиматической модели (ХКМ) SOCOLv3 в 1980-2020 годах.
В результате работы были получены следующие выводы:
1. Изменения климата помимо потепления в тропосфере приводят к охлаждению стратосферы, что влияет на скорости химических реакций, горизонтальный и вертикальный перенос атмосферных газов, волновые процессы, устойчивость полярного вихря и формирование полярных стратосферных облаков;
2. Изменения горизонтального переноса приводит к усилению циркуляции Брюера-Добсона, что вызывает уменьшение содержания озона в тропических широтах, несмотря на уменьшение содержания озоноразрушающих веществ, а также к увеличению содержания озона в средних и полярных районах;
3. Климатические факторы увеличивают температуру в стратосфере и приводят к увеличению общего содержания озона.
4. Озонразрушающие вещества приводят к уменьшению содержания озона в атмосфере и уменьшению температуры в стратосфере.
5. Стратосферный аэрозоль вносит наибольший вклад в тропических и средних широтах, в то время как в полярных широтах его влияние не прослеживается.
6. В Антарктике более устойчивый полярный вихрь и большую роль играют озонразрушающие вещества.
7. В стратосфере Арктики более значительные межгодовые колебания по сравнению с Антарктикой по причине менее устойчивого полярного вихря, поэтому в отдельные годы температура понижается ниже порога температуры формирования полярных стратосферных облаков, гетерогенные реакции на поверхности которых приводят к разрушению озона.
