Состояние озоновой дыра над Антарктидой на 2013 год

 

 

 

 

 

 

 

2.3 Физический  механизм климатических изменений

 

Многие Специалисты считают  причиной изменения концентрации углекислого  газа CO₂ , но отмеченное запаздывание её изменений как будто свидетельствует о первичности изменений температуры за которыми следуют изменения СО₂ , в свою очередь усиливающие температурные колебания

Рассмотрим следующую  модель климата, состоящую из уравнений  теплового и водного баланса  и динамики речного стока и  диоксида углерода:

c=

=P(T)-E(W, T) – q(W) – Q;

=G(W)-Q;

+ (C-C ) = n (T-T );   (1)

 

Четвёртое уравнение системы (1) устанавливает динамическое равновесие между парциальным давлением  диоксида углерода в атмосфере и  его содержание в гидросфере. С  ростом температуры растворимость  газа в океане уменьшается и он накапливается в атмосфере, что  приводит к её разогреву.

 

 

3 Особенности поля ОСО и циркуляции в нижней стратосфере

 

Для изучения особенностей ОСО использовались климатические  нормы – средние многолетние  за период 1978-1988 гг.

Также проводились сопоставления  с данными 2010 г. Который стал особенно известным из-за блокирования западного переноса в средних широтах Северного полушария летней жары и обширных природных пожаров на Европейской территории России.

В середине зимы – в январе – климатическое поле ОСО в  Северном полушарии выше 30^о с.ш. имеется хорошо выраженная область максимума (450-475 е.Д.) над акваторией Охотского моря, севером Сахалина и Хабаровского края.

Область пониженных значений (атлантическая ложбина) простирается от Азорских островов до Баренцева  моря (вблизи оси ОСО 340-350 е.Д.).

В 2011 г. На северной периферии  более глубокой, чем обычно, атлантической  ложбины ОСО до Таймыра с величинами ОСО 275-300 е.Д., что примерно на 50-70  е.Д., эта ложбина была выражена слабее, на уровень ОСО был сравним  с 2011 г. : над Баренцевым морем ОСО 250-275 е.Д. над севером Гренландии -   250-300 е.Д.

В январе 2011 г. Существенные отклонения ОСО (ниже нормы на 20-25%) наблюдались  в Сибири и на Дальнем востоке; в 2010 г. Такие величины аномалии ОСО отмечены лишь на Крайнем Севере ЕТР и Сибири, а также над севером Гренландии.

В феврале в климатическом  поле ОСО конфигурация атлантической  ложбины совпадает с январской, её ось направлена от Азовских о-вов  к Баренцеву моря (350-375 е.Д.).

В 2010 г. Атлантическая ложбина  ОСО была ослаблена, кроме того, сформировался  локальный максимум над Скандинавией (450-475 е.Д, что выше нормы на 30-35%) и над севером Канады (с превышением нормы на 30%).

В феврале 2011 г. Произошло  углубление атлантической ложбины  ОСО к полюсу, над большой частью Северного полушария сформировалась обширная область дефицита ОСО (за исключением  Средней Азии, где было на 15-20% больше нормы).

В стратосфере в феврале  климатическое положение центра стратосферного циклона над Гренландией; располагался между Гренландией  и Таймыром и, имея компактную конфигурацию, был на 30 дам глубже.

Март – месяц годового максимума ОСО в северном полушарии. В поле ОСО имеется два очага максимума (475-500е.Д.) обширный на Дальнем Востоке, немного меньше по площади – над Канадским архипелагом. Практически вся территория севернее 45% с.ш., за исключением Канады, оказалось в зоне отрицательных аномалий ОСО, самые значительные по величине (ниже нормы на 25-40%) и охвату территории аномалии наблюдалось над российском сектором Арктики и севером Сибири. Например, на Северном полюсе средняя за март величина ОСО составила около 300 е.Д. вместо климатической 425 е.Д.

В 2010 г. в марте, как и в апреле, по интенсивности и расположению стратосферный циклон и уровень ОСО были близкими к норме.

В апреле 2011 г. образовавшаяся в марте зона дефицита ОСО сократилась  в размере за счет адвекции озона  в полярные районы Западного полушария; но в районе Таймыра сохранялась зона низких величин ОСО. Зона существенного дефицит ОСО (до 25-30%) заняла территорию от Архангельска до Якутска и от Екатеринбурга до Диксона.

Стратосферный циклон над  Таймыром прослеживался до высот  верхней тропосферы, именно здесь  дефицит ОСО был и составил около 35% от нормы.

В верхней тропосфере под  стратосферным антициклоном на севере Канады и в Гренландии наблюдалось  мощное циклоническое возмущение и  соответствующий его максимум ОСО (450-475 е.Д.).

В апреле 2010 г. центр стратосферного циклона располагался над акваторией Норвежского моря; в этом же районе наблюдалась наибольшая по полушарию, но незначительная отрицательная аномалия ОСО (до 15%).

В верхней тропосфере центр  циклона был около полюса, вертикальная ось стратосферного циклона имела  небольшой наклон на Юг.

Ложбиной стратосферного циклона, направленным на северо-восток Канады, в Сибирь и Дальний Восток, соответствовали повышенные уровни ОСО (на 10-15% выше нормы).

Важнейшей поглощающей субстанцией  в стратосфере являются озон. Несмотря на малое его содержание в атмосфере (толщина слоя озона при нормальном давлении составляет около 5,5 мм), он определяет почти всю положительную часть  радиационного баланса в слое 20-60 км. Озон полностью поглощает  энергию излучения в интервале  длин волн 0,20-0,32 мкм, которая и создаёт основные тепло запасы стратосферы.

 Средний годовой min концентрации озона наблюдается у экватора, причем годового хода здесь практически нет.

В высоких и умеренных  широтах в среднем за год концентрация озона выше, но с большими сезонными  колебаниями: max содержания озона весной, а min во второй половине года. В приполюсных районах зимой, где до больших высот атмосфера не освещается Солнцем наблюдается min содержания озона.

 

4 Состояние озоновой дыра над Антарктидой на 2013 год

 

Концентрация озона в  верхних слоях атмосферы над  Антарктидой постепенно увеличивается. Об этом свидетельствуют результаты наблюдения со спутников Aura и Suomi NPP. Летом 2013 года, в период, когда масштаб дыры обычно достигает максимума, её размер оказался меньше обычного. Учёные отмечают, что величина бреши медленно уменьшалась за последние десять лет, передаёт  сайт NASA.

Концентрация озона меняется в  зависимости от времени года и  других факторов, поэтому учёные предупреждают  о некорректности прямого сопоставления  текущих размеров озоновой дыры с  данными прошлых лет. Участок над Антарктидой с меньшей концентрацией озона достиг максимальной площади 16 сентября, а затем начал уменьшаться.

 

Рисунок 4 – Озоновая дыра над Антарктида 2013 г.

 

Ведущий сотрудник NASA по исследованиям атмосферы Пол Ньюман выявил уменьшение озоновой дыры, причиной тому стал тёплый воздух в стратосфере над Антарктикой.

Площадь озоновой дыры над Антарктикой, которая в сентябре достигает максимального размера, в этом году составила 24 миллиона квадратных километров, что меньше среднего значения, рассчитанного с 1990 года, на 6%, говорится на официальном сайте NASA.

Его температура в этом году в среднем была почти на 2 градуса выше нормальной для этого региона. Из-за теплого воздуха над Антарктикой образовывалось меньше облаков, содержащих хлор. Он попадает в облака из хлорсодержащих продуктов и разрушает озоновый слой. Ученые затрудняются определить причину повышения температуры воздуха и не связывают его с глобальным потеплением.

С 1990-го года площадь озоновой дыры стабилизировалась и колеблется примерно от 21 до 30 миллионов квадратных километров. Так, в прошлом году размер дыры был еще меньше — 21,2 миллиона квадратных километров. Максимальное значение этого года, зафиксированное 16 сентября, не позволяет говорить о том, что дыра уменьшается, но и об ее увеличении речи не идет.

Резкое падение концентрации стратосферного озона во время зимнего сезона было впервые обнаружено над Антарктидой в 1980-х годах. Каждую зиму озоновая дыра над Антарктидой разрастается, достигая максимальной площади в сентябре, а летом сокращается.

 

4.1 Что было сделано в области защиты озонового слоя

 

Многие страны начали принимать меры направленные на сокращение производства и использования ХФУ. С 1978 г. в США было запрещено использование ХФУ в аэрозолях. К сожалению, использование ХФУ в других областях ограничено не было. Повторю, что в сентябре 1987 г. 23 ведущих страны мира подписали в Монреале конвенцию, обязывающую их снизить потребление ХФУ. Согласно достигнутой договоренности развитые страны должны к 1999 г. снизить потребление ХФУ до половины уровня 1986 г. Для использования в качестве пропеллента в аэрозолях уже найден неплохой заменитель ХФУ - пропан-бутановая смесь. По физическим параметрам она практически не уступает фреонам, но, в отличие от них, огнеопасна. Тем не менее, такие аэрозоли уже производятся во многих странах, в том числе и в России. Сложнее обстоит дело с холодильными установками - вторым по величине потребителем фреонов. Дело в том, что из-за полярности молекулы ХФУ имеют высокую теплоту испарения, что очень важно для рабочего тела в холодильниках и кондиционерах. Лучшим известным на сегодня заменителем фреонов является аммиак, но он токсичен и все же уступает ХФУ по физическим параметрам. Неплохие результаты получены для полностью фторированных углеводородов. Во многих странах ведутся разработки  новых заменителей и уже достигнуты неплохие практические результаты, но полностью эта проблема еще не решена.

Использование фреонов продолжается и пока далеко даже до стабилизации уровня ХФУ в атмосфере. Так, по данным сети Глобального мониторинга изменений климата, в фоновых условиях - на берегах Тихого и Атлантического океанов и на островах, вдали от промышленных и густонаселенных районов – концентрация фреонов -11 и -12 в настоящее время растет со скоростью 5-9% в год. Содержание в стратосфере фотохимически активных соединений хлора в настоящее время в 2-3 раза выше по сравнению с уровнем 50-х годов, до начала быстрого производства фреонов.

 

4.2 Факты говорят сами за себя

 

Вместе с тем, ранние прогнозы, предсказывающие, например, что при  сохранении современного уровня выброса ХФУ, к середине XXI в. содержание озона в стратосфере может упасть вдвое, возможно были слишком пессимистичны. Во-первых, дыра над Антарктидой во многом является следствием метеорологических процессов. Образование озона возможно только при наличии ультрафиолета и во время полярной ночи не идет. Зимой над Антарктикой образуется устойчивый вихрь, препятствующий притоку богатого озоном воздуха со средних широта. Поэтому к весне даже небольшое количество активного хлора способно нанести серьезный ущерб озонному слою. Такой вихрь практически отсутствует над Арктикой, поэтому в северном полушарии падение концентрации озона значительно меньше.

Многие исследователи  считают, что на процесс разрушения озона оказывают влияние полярные стратосферные облака. Эти высотные облака, которые гораздо чаще наблюдаются над Антарктикой, чем над Арктикой, образуются зимой, когда при отсутствии солнечного света и в условиях метеорологической изоляции Антарктиды температура в стратосфере падает ниже -80°. Можно предположить, что соединения азота конденсируются, замерзают и остаются связанными с облачными частицами и поэтому лишаются возможности вступить в реакцию с хлором. Возможно также, что облачные частицы способны катализировать распад озона и резервуаров хлора.

Все это говорит о том, что ХФУ способны вызвать заметное понижение концентрации озона только в специфических атмосферных условиях Антарктиды, а для заметного эффекта в средних широтах, концентрация активного хлора должна быть намного выше. Во-вторых, при разрушении озонного слоя жесткий ультрафиолет начнет проникать глубже в атмосферу. Но это означает, что образование озона будет происходить по-прежнему, но только немного ниже, в области с большим содержанием кислорода. Правда, в этом случае озонный слой будет в большей степени подвержен действию атмосферной циркуляции.

Хотя первые мрачные оценки были пересмотрены, это ни в коем случае не означает, что проблемы нет. Скорее стало ясно, что нет серьезной немедленной опасности. Даже наиболее оптимистичные оценки предсказывают при современном уровне выброса ХФУ в атмосферу серьезные биосферные нарушения во второй половине XXI в., поэтому сокращать использование ХФУ по-прежнему необходимо.

 

 
 
  
 

 

 

 

Заключение

В результате выполнения данной курсовой работы была рассмотрена литература по изучению озона, которая включает в себя все полезные характеристики этого газа. Изучение озона является главным приоритетом  науки всей нашей планеты. Особое внимание нужно  уделить таким факторам, как загрязнение  атмосферы газами, разрушающими наш  “ щит” – озоновый слой планеты. Изучение озонового слоя планеты-озона в атмосфере является актуальным по нескольким причинам. Во-первых, наблюдая в ходе выполнения работы за трендами (основными тенденциями изменения временного ряда) выяснил, что важно изучить и понять саму проблему длительных изменений озона, особенно для оценки его климатических эффектов. Мониторинг озона нужен для проверки моделей циркуляции климата, полезных при организации климатических исследований. Во-вторых, нужно дать оценку ущерба, который нанёс человек за время своего пребывания на нашей планете – ведь некоторые озоновые дыры, не возникают просто так, а по особо веским причинам особенно из-за деятельности человека (промышленности). В-третьих, проблема возникновения “озоновых дыр”, ведь с их возникновением уменьшается численность насекомых и животных, а также оказывает губительное влияние на здоровье человека.