Состояние озоновой дыра над Антарктидой на 2013 год

В сибирском полюсе озона, смещенном далеко к северо-востоку  от центра сибирского антициклона, среднемесячные значения Х повышаются до 570 Д.е. и  более, особенно при адвекции воздуха  с северо-запада в нижней тропосфере.

Более кратковременные и  резкие изменения Х – (повышения  до 660 Д.е.), которые обычно длятся от 2 до 4 суток, как это наблюдалось  в Восточной Сибири (1975г. Якутск, 1974г. Нагаево), связаны в основном с быстроменяющимися формами движения атмосферы, увлекающего почти весь слой озона, сосредоточенный в нижней и средней стратосфере.

Географическое распределение  областей низких значений Х и условия  их появления по данным наземной сети изучать трудно. Лишь развитие спутниковых  методов измерения озона открыло  тут новые возможности. Эти области, несомненно связаны с тропическим поясом. Например, наименьшее Х=191 Д.е. было отмечено на острове Ган близ экватора и лишь немного большим значение наблюдалось в Кулькутте (196 Д.е.) и на Маунт-Эбу 201 Д.е.

 

2. Спутниковые методы измерения озона

 

Решение обратной задачи оптики атмосферы используется и при  определении вертикального распределения  озона со спутников. Наиболее распространен  метод определения вертикального  распределения озона по измерениям рассеянного «назад» ультрафиолетового  излучения Солнца. Первые экспериментальные измерения были проведены в 1965—1966 гг. почти одновременно в СССР и в США.

 

Рисунок 1 – Наблюдение за содержанием озона со спутника

 

В упомянутых выше экспериментальных  спутниковых измерениях использовались данные для одной длины волны. На спутнике США измерения проводились  на длине волны 284,0 нм, что позволило  оценить содержание озона выше 40—50 км. На советских спутниках устанавливались  двойные диффракционные монохроматоры, осуществляющие примерно за 1 мин непрерывные измерения спектра рассеянного излучения в 1965 г. в области 225— 307 нм, а в 1966 г. в области 250—330 нм. Измерения при Х = = 295 нм позволяли оценивать характер широтно-долготных вариаций количества озона выше 30 км.

Большой объем данных о  вертикальном распределении озона  выше максимума (примерно 25 км) был получен  при обработке результатов измерений  интенсивности рассеянного излучения  Солнца в диапазоне 250—295 нм со спутника OGO4, запущенного в сентябре 1967 г. и работавшего до января 1969 г. Одновременно со спутниковыми измерениями осуществлялись пуски ракет с описанными выше оптическими озонозондами, что позволило осуществить калибровку. Обработка измерений производилась методом, близким к «короткому методу обращения», включающим определение матрицы поглощения для 40 уровней стандартного распределения озона, оценку приборных погрешностей и приборного шума. Затем использовались данные наблюдений на 140 длинах волн, что приводило к четырехкратно переопределенной системе.

 

2 Распределение  озона в воздушных массах

 

Озон, несмотря на малое его  содержание в атмосфере, играет существенную роль во многих физических и химических процессах в атмосфере. Его суммарное  количество принято измерять толщиной слоя газообразного озона, приведённого к нормальным условиям (P₀=1013,25 гПа, Т₀=288,15 К).

В качестве единицы общего (суммарное) содержания озона используется 1 атмосферо-см (атм-см) – слой озона толщиной 1 см при нормальных условиях. В некоторых случаях используют в качестве единицы 1 миллиатмосферо-см (матм-см), причем 1 атм-см=10³ матм-см.

Озон является наиболее важной в энергетическом отношении составной частью воздуха стратосферы. Вертикальное и горизонтальное распределение температуры в стратосфере, структура ее полей давления и ветра самым тесным образом связаны с атмосферным озоном. Благодаря своему консервативному свойству, поскольку озон сравнительно медленно разрушается при поступлении в нижнюю стратосферу и тропосферу, данные о его распределении используются в ряде случаев для изучения циркуляции и турбулентности  в стратосфере и тропосфере. Озон путём поглощения ограничивает коротковолновый конец солнечного спектра (короче 290нм), при наличии которого органическая жизнь на Земле в ее современном виде была бы невозможной.

Уже в нижней стратосфере  концентрация озона вредна для здоровья и человека. Повышенная концентрация озона вызывает порчу резины и  др. конструкционных материалов, что необходимо учитывать, допустим высокие полёты. Была установлена связь между температурой воздуха на разных высотах и общим содержанием озона. Оказалось, что для тропосферных уровней коэффициенты корреляции между температурой и общим содержанием озона отрицательны и имеют наибольшие абсолютное значение для средней тропосферы.

В стратосфере, наоборот, связь  между температурой и общим количеством  озона положительна и несколько  менее тесная, чем для тропосферных уровней.

 

Таблица 1 – Коэфициент корреляции между общим содержанием озна и температурой на различных высотах.

Станция	Период наблюдений		Высота, км
		3	6	15
СП-8	VI  1959	-	-0,79	0,62
О. Диксон	VII  1961	-	-0,35	0,41
Воейково	III-X  1958	-0,75	-0,74	0,15
Иркутск	IX  1961	-0,68	-0,60	0,57
Владивосток	XII 1958	-0,56	-0,37	0,56
Абастумани	XII 1957	-	-0,52	0,39

 

Поскольку температура воздуха  является одной из важнейших характеристик  воздушной массы и общим содержанием  озона в ней.

Наибольшие различия содержания озона наблюдаются в весенние месяцы, когда наиболее значителен контраст в общем количестве озона  между высокими и низкими широтами.

 

 

Рисунок 2 – Средние за день значения общего содержания озона (Х) в различных воздушных массах 1975 – 1976гг. (1- ·, 2-X, 3-º )

 

В зоне струйного течения  отмечается специфическое распределение  общего содержания озона: на циклонической периферии количества озона больше среднего для данного места и времени года, а антициклонической – меньше. В результате этого эффекта горизонтальный градиент общего содержания озона в зонально фиентированном струнойм течении в 2-10 раз больше среднего для данного периода времени его меридионального градиента.  В случае широтного направления струйных течений горизонтальный градиент общего содержания озона в пределах струйного течения в среднем равен 9,0 матм-см на 1^о меридиан, что в 4-6 раз больше нормального меридионального градиента общего содержания озона в умеренных широтах.

 

Рисунок 3 – Распределение  отклонений общего содержания озона  от средней месячной нормы относительно оси струйного течения для  зональных (1) и меридианальных (2) струйных течений.

 

 Причиной увеличения общего содержания озона в зоне струйного течения и повышения его горизонтальных градиентов, являются особенности горизонтального макротурбулентного обмена в нижней стратосфере на различных перифериях струйного течения. Струйное течение является своеобразным барьером по отношению к озону, находящемуся в воздушных массах, располагается на его перифериях.

 

 

 

 

 

Таблица 2 – Средние отклонения от нормы общего содержания озона (матм–см) на различных перифериях струйного течения в зависимости от его интенсивности.

Сезон	Циклоническая	периферия		Антициклоническая	периферия
	V>100	150<V<200	100<V<150	V>200	150<V<200	100<V<150
Весна	32,4	26,6	21,0	-26,8	-21,8	-16,1
Лето	26,1	18,2	14,3	-6,9	-8,0	-5,9
Осень	16,3	14,3	13,4	-7,0	-6,3	-5,8
Зима	29,1	26,0	22,4	-23,6	-19,6	-19,4
Год	26,0	21,3	17,8	-16,1	-13,9	-11,8

 

 

2.1 Особенности распределения общего содержания озона в циклонах и антициклонах

 

Анализ озонометрических и синоптических материалов показывает, что общее содержание озона в циклонах больше, чем в антициклонах. В циклонах оно в среднем в умеренных и высоких широтах равно 0,341 атм-см, т.е. в циклонах на 7% больше эти различия, скорее всего, связаны с тем, что в холодном воздухе, поступающем из более высоких широт, содержание озона больше чем в тёплом.

Условием возникновения циклона является адвекция холодного воздуха в его тыловой части, превышающая адвекцию тепла в передней части. С этими процессами, очевидно, связано увеличение содержания озона. Антициклон развивается в случае интенсивной адвекции тепла в его тыловой части, и превышающей адвекцию холода в передней части. Поэтому в целом общее содержание озона в антициклоне становится меньше среднего значения.

Отклонения среднесуточного  общего содержания озона от среднего за декаду, в циклонах чаще положительные, а в антициклонах - отрицательные, причем – в разных частях циклонов и антициклонов отклонения различны.

В тыловой части циклона  средние значения отклонения положительны, а в передней – отрицательны, причем положительные отклонения чаще больше по значению, чем отрицательные  и занимают большую площадь циклона. В антициклонах, наоборот, в тыловой части средние значения отклонений от средних декадных величин общего содержания озона положительных, а в передней части – отрицательны.

 

Таблица 3 – Средние отклонения общего содержания озона в разных частях циклонов и антициклонов в пределах 35-70^о с.ш. по данным 13 станций (атм-см).

Часть барического образования	Циклон	Антициклон
Передняя	-0,009	-0,01
Тыловая	0,013	0,02
В целом	0,007	-0,04

Отклонения содержания атмосферного озона в циклонах и антициклонах имеют годовой ход. Максимум отклонений в циклонах приходится на весну (точнее, по средним месячным данным на февраль-март), а антициклонах – на зиму (январь-февраль).

 

Таблица 4 – Средние отклонения от средних сезонных значений общего содержания озона в циклонах и  антициклонах (атм-см).

Барическое образование	Весна	Лето	Осень	Зима
Циклон	0,010	0,001	0,006	0,009
Антициклон	-0,002	-0,006	-0,003	-0,012

Поскольку межсуточная изменчивость ОСО тесно связана с аналогичной  характеристикой давления на уровне моря, то можно предположить наличие связи между образованием циклонов и антициклонов и изменением общего содержания озона.

 

2.2 Результаты исследований ОСО и тропических циклонов.

 

В тропической зоне наблюдаются  значительные межсуточные вариации среднедневных значений ОСО. На медленные  изменения (сезонный ход) накладываются  довольно большие по амплитуде возмущения.  Кроме отдельных максимумов могут продолжительное время (до 10 суток) отмечаться повышенные содержания озона. Превышение среднемесячных значений ОСО в течение продолжительного периода связано с преобладанием меридиональной циркуляции , с влиянием на пункты наблюдения холодных фронтов, с проникновением в тропики воздушных масс умеренных широт с большим содержанием озона умеренных широт с большим содержанием озона, чем в тропических воздушных массах.

Наиболее существенные возмущения наблюдаются при смене типа крупномасштабной циркуляции. Это подтверждают измерения ОСО, проведённые на Кубе в разных пунктах, удалённых друг от друга на 300-500км. Измерения показывают последние явления отдельных максимумов ОСО в этих пунктах. Появление максимума ОСО обычно на сутки – несколько суток предшествовало прохождению холодного фронта, когда похолодание на больших высотах,  а значит и увеличение содержания озона, началось раньше, чем у поверхности земли.

Как было замечено при исследованиях  на Кубе, при образовании из тропической  депрессии урагана за несколько  дней до этого наблюдается увеличение ОСО в среднем 5-8 % по сравнению  с фоновым содержанием. При затухании ТД такого увеличения содержания не наблюдалось. Анализ синоптических ситуаций показал, что увеличение ОСО было связано, в большей степени, с вторжением холодного, более богатого озоном воздуха умеренных широт. Такое вторжение способствует развитию облачного скопления и превращению его в тропический циклон.

 

Таблица 5 – Расстояние от пункта наблюдения до центра образующегося  тропического циклона

ТЦ	Пункт измерения	Дата образования ТЦ	Расстояние до ТЦ, км
Абе	НИСП “Океан”	25 VIII 1990г.	2300
Абе	НИС“Академик Ширшов”	Тот же.	2500
Бекки	НИСП “ОКЕАН”	<<	-
Бекки	НИС“Академик Ширшов”	<<	1100
Янси Янси   Жене Жене	НИСП “Океан” НИС “Акажемик Ширшов” НИСП “Океан” НИС “Академик Ширшов”	13 VIII 1990 г. Тот же.   24 IX 1990 г.	1700 700   750 1000
Винона	НИСП “Океан”	8 VIII 1990 г.	950
Эд Фло Киле Лола Джерри Флойд Клаус	НИСП “Океан” НИСП “Океан” НИСП “Океан” НИСП “Океан” Камагуэй Гавана Сантьяго-де-Куба	11 IX 1990 г. 13 IX 1990 г. 16 X 1990 г. 17 X 1990 г. 12 X 1989 г. 10 X 1987 г. 6 XI 1984 г.	1100 1600 1800 2100 1700 750 1100