WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 | 4 |

2. Результаты исследования долготно-широтной структуры межгодовой изменчивости полей ОСО и УФ облученности (1978-2002 гг.) в ноябре (в период «озоновой дыры») в области высоких широт Южного полушария, в том числе обнаруженные пространственные и временные особенности в вариациях ОСО и УФ облученности, тесно связанные с динамическими процессами атмосферы (циркумполярный вихрь и его разрушение, квазидвухлетняя цикличность).

3. Пространственные, временные и фазовые закономерности крупномасштабных вариаций трехмерного распределения озона в тропической области (30 ю.ш. - 30 с.ш.) и их связь с квазидвухлетним циклом, 11-ти летний циклом солнечной активности и явлениями ЭльНиньо (Ла-Ниньо).

4. Разработка и верификация регрессионной модели для оценки долготноширотных полей среднемесячных значений общего содержания озона в тропиках, основанная на векторах ЕОФ метода.

5. Пространственные, временные и фазовые закономерности крупномасштабных вариаций долготно-широтных полей УФ эритемной облученности в тропической области (30 ю.ш. - 30 с.ш.), связанные с воздействием квазидвухлетнего и 11-ти летнего солнечного циклов.

6. Результаты исследования вертикальной структуры квазидвухлетних колебаний озона в сравнении с вертикальной структурой зонального ветра в области озонного максимума (10-50 гПа) на экваторе за 15 летний период. Обнаруженное постоянство фазы квазидвухлетних колебаний озона по высоте в области озонного максимума (10-50 гПа) и сдвиг ее относительно квазидвухлетних вариаций зонального ветра. Оценка влияния квазидвухлетних вариаций озона на величину УФ радиации в экваториальной области.

Личный вклад Все представленные в работе результаты получены при непосредственном участии автора.

Апробация работы Результаты представленные в диссертации докладывались на ряде Международных и Всероссийских конференций: Международном Симпозиуме стран СНГ по Атмосферной Радиации (Санкт-Петербург 2004; Санкт-Петербург 2006); Всероссийской школе - конференции молодых ученых "Состав атмосферы. Атмосферное электричество.

Климатические эффекты" (Москва, 2004; Борок, 2005; Москва, 2006;

Нижний Новгород 2007); Научной конференции «Ломоносовские чтения (секция физики)» (Москва 2005; Москва, 2007); Европейской школеконференции для молодых ученых European Research Course on Atmospheres ERCA (Гренобль, Франция, 2006); Ежегодной Ассамблее Американского геофизического общества AGU (Балтимор, США, 2006);

Второй конференции молодых ученых национальных гидрометслужб государств участников СНГ (Москва, 2006); Четвертой открытой Всероссийской конференции «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса» (Москва, 2006); Международном симпозиуме «Физика атмосферы: наука и образование», (С.Петербург, Петродворец, 2007); Всероссийской конференции “Развитие системы мониторинга состава атмосферы” (Москва, 2007).

По теме диссертации опубликовано: 3 статьи, в том числе 2 статьи в рецензируемых журналах, входящих в список Высшей Аттестационной Комиссии (ВАК); 20 работ в сборниках трудов и тезисов Всероссийских и Международных конференций.

Структура и объем диссертации Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и библиографии. Объем диссертации составляет 125 страниц, включая рисунков и список литературы на 132 наименований.

Во введении обсуждается актуальность исследований, сформулированы цели и задачи, обоснована научная новизна и практическая ценность работы, кратко излагается содержание диссертации по главам, приводятся основные положения, выносимые на защиту.

Первая глава посвящена обзору современных представлений о крупномасштабных вариациях озона и УФ радиации. Приведены современные оценки долговременных трендов озона и УФ радиации.

Кратко изложены общие сведения об особенностях сезонных вариаций озона и его вертикального распределения. Проводится обзор работ по исследованию связи озона с процессами солнечной активности различного временного масштаба. Анализируются работы, посвященные исследованию связи между вариациями озона и динамическими процессами (циклонами, квазидвухлетней цикличностью, Южным колебанием, Североатлантическим колебанием). Дано определение понятия эритемной УФ облученности и приведена методика ее расчета.

Приведены литературные данные о воздействие мощных вулканических извержений на режим озона и УФ радиации. Проводится обзор современных методов статистического анализа полей озона и УФ радиации, позволяющих выделять и исследовать крупномасштабные вариации озона и УФ радиации.

Во второй главе представлено описание баз данных и методов исследования. В первом разделе главы 2 приводится описание используемых в работе баз данных TOMS и SBUV по озону и УФ эритемной облученности. Проведена большая работа по сбору и предварительной обработке данных спутниковых наблюдений TOMS, SBUV. В соответствии с поставленной целью диссертационной работы – исследование крупномасштабных пространственно-временных вариаций полей озона и УФ радиации в различных регионах земли - созданы адаптированные к целям работы базы данных общего содержания озона и УФ облученности различного временного и пространственного разрешения для регионов средних широт Северного полушария (30 с.ш. 60 с.ш.), района высоких широт Южного полушария (50 ю.ш. -80 ю.ш.) и тропической зоны (30 ю.ш. -30 с.ш.). Впервые для исследования пространственного распределения озона создана адаптированная трехмерная база данных среднемесячных значений парциального давления озона на 15 высотных уровнях в тропической области за 25 летний период (1979-2003 гг.) на равномерной долготно-широтной сетке (20 ш. х 400 д.) на основе данных наблюдений SBUV.

Во втором разделе главы 2 приведено математическое описание метода разложения по Естественным Ортогональным Функциям (ЕОФ) [Дианский, ФАО, 1998]. Метод основан на разложении исходных пространственно-временных полей по ортогональным базисным векторам, которые не задаются заранее, а определяются из самих исходных полей.

Этот подход является важным преимуществом, отличающим метод ЕОФ разложения от других методик, в которых используется некая априорная информация об исследуемых полях. В результате ЕОФ разложения мы получаем вектора, описывающие пространственное распределение особенностей, присущих изучаемым полям, и соответствующие коэффициенты разложения, характеризующие временную эволюцию в целом по всему исследуемому полю. Моды ЕОФ анализа располагаются в порядке уменьшения их вклада в дисперсию исходного поля. Таким образом, первые ЕОФ моды описывают максимальную изменчивость исходного пространственно-временного поля. В работе использовался программный комплекс ДИОГИН (Доступ И Обработка Геофизической ИНформации), разработанный в Институте Вычислительной Математики РАН Дианским Н.А., включающий в себя ЕОФ метод.

Третий раздел главы 2 посвящен описанию модифицированного радиационного комплекса для расчета потоковых и яркостных характеристик атмосферы. В состав комплекса вошли следующие модели:

яркостная радиационная модель, основанная на численном методе последовательных порядков рассеяния; потоковая модель, основанная на приближении Эддингтона; модифицированная потоковая модель, основанная на сочетании дельта аппроксимации и приближения Эддингтона; модель расчета радиационных характеристик атмосферного аэрозоля и облачности, основанная на теории Ми. Комплекс рассчитывает потоковые и яркостные характеристики УФ радиации в атмосфере несколькими независимыми методами, что дает возможность взаимной верификации и оценки одних характеристик поля радиации по измеренным значениям других. Приводятся результаты верификации радиационного комплекса для случая однородной среды по стандартной методике [Ленобль, 1990]. Также представлены результаты сравнения рассчитанных с помощью численного комплекса спектральных потоков УФ радиации (290-325 нм) с измеренными величинами на КВНС.

В четвертом разделе главы 2 приведены оценки радиационного нагрева верхней стратосферы за счет поглощения озоном солнечной радиации. Распределение поступающей солнечной энергии, как высотное, так и широтное, играет основополагающую роль в формировании климатических условий на земле и зависит от ряда факторов, в котором одну из важнейших ролей играет высотно-широтное распределение поглощающих газов, в том числе и озона. В настоящем разделе проводится оценка радиационной энергетики озона в солнечном диапазоне спектра 180-780 нм, изучается широтно-сезонная изменчивость радиационных потоков и притоков тепла, обусловленных влиянием озона на различных высотах. Для этих целей была сформирована база данных средне климатических профилей парциального давления озона (в нбар) для высотного уровня (от 1013 мбар до 0.10 мбар) для 35 широтных зон (ю.ш.-850 с.ш. с шагом 50) для 12 месяцев на основе климатических профилей озона, используемых в системе спутникового мониторинга SBUV.

Расчеты показали, что области максимального нагрева атмосферы за счет поглощения озоном солнечного излучения располагаются вблизи верхней границы модели среднесрочного прогноза погоды Гидрометцентра России. Радиационное нагревание стратосферы неоднородно по широте и зависит от сезона. Широтно-сезонное распределение скорости нагревания озоносферы определяется тремя факторами: высотой солнца, продолжительностью светового дня и вертикальным профилем озона. Максимальные значения скорости нагревания за сутки (до 16 К/сут), согласно расчетам без учета эффектов охлаждения другими газами, наблюдаются в полярных широтах летнего полушария на уровне 47 км: в январе – в Антарктической области, в июле – в Арктической. По результатам этих работ даны рекомендации для уточнения входных данных по озону для спектральной модели среднесрочного прогноза погоды Гидрометцентра России.

Третья глава посвящена исследованию сезонной, межгодовой и крупномасштабной изменчивости долготно-широтных полей ОСО и УФ эритемной облученности.

В первом разделе главы 3 исследуются долготно-широтные особенности сезонной изменчивости ОСО и УФ эритемной облученности в средних широтах Северного полушария на примере ЕОФ анализа ежедневных полей за 2000 год. Предварительно исходные ряды данных были нормированы на среднегодовые значения. Показано, что режимом сезонных вариаций ОСО управляют преимущественно динамические факторы (порядка 50% сезонной изменчивости озона), вклад солнечной инсоляции составляет порядка 11-15%. Обнаружены долготные структуры в пространственном распределении сезонных вариаций озона, тесно связанные с барическими гребнями и ложбинами на уровне 100 мбар.

Главным фактором, определяющим режим сезонных вариаций УФ радиации (ЕОФ-1, описывает порядка 80% изменчивости) является сезонная изменчивость величины солнечной инсоляции в Северном полушарии. В пространственном распределении четко выделяются области орографических аномалий над Северной Америкой и Евразией.

Во втором разделе главы 3 изучается межгодовая изменчивость полей среднемесячных значений ОСО и УФ облученности в ноябре в Антарктической области. Ноябрь – последний весенний месяц, в течение которого все еще наблюдаются аномально низкие значения ОСО над Антарктикой. Предварительно из исходных данных были удалены средние за 25 лет значения для ноября. Анализ полей среднемесячных значений ОСО и УФ эритемной облученности в Антарктике для ноября за 25-ти летний период (1978 – 2002 г.г.) обнаружил тесную связь вариаций исследуемых величин с характерными для этого периода динамическими процессами: циркумполярный вихрь и его разрушение, а также с экваториальным КДЦ ветра. Кроме того, наблюдается тесная связь между вариациями ОСО и изменениями УФ облученности, что видно при анализе как пространственных ЕОФ векторов, так и соответствующих временных коэффициентов. Этот факт показывает, что основным фактором, влияющим на формирование потоков УФ радиации над Антарктикой в этот период, является ОСО.

Третий раздел главы 3 посвящен исследованию крупномасштабных вариаций полей ОСО и УФ облученности в тропиках с помощью ЕОФ метода. В качестве исходных данных использовались долготно-широтные поля среднемесячных значений общего содержания озона за 25 летний период (январь 1979 - декабрь 2003 г.г.) по данным TOMS и SBUV и УФ эритемной облученности за период ноябрь 1978 - июль 2003 гг. по данным TOMS в тропической области (30 ю.ш. – 30 с.ш.) с пространственным разрешением 40 по широте и 400 по долготе. В исходных базах данных с помощью стандартных методик были удалены сезонный ход и тренд за исследуемый период. Отметим, что величина тренда на экваторе оказалась статистически незначима, однако к субтропикам его величина возрастает до значений -3 е.Д./за десятилетие, что согласуется с данными работ [Randel et all., Sci. Rev. 1999; Bojkov, Fioletov, J. Geophys. Res., 1995; Wang et all.,, J. Geophys. Res., 2002].

Выделены характерные пространственные, временные и фазовые структуры в полях аномалий ОСО, тесно связанные с солнечной активностью и с элементами общей циркуляции атмосферы, такими как 11-ти летний солнечный цикл (ЕОФ 1), квазидвухлетние колебания (ЕОФ 2), колебаниями с периодом 20 месяцев (ЕОФ 3), представляющих собой интерференционное взаимодействие годового и квазидвухлетнего циклов (КДГЦ), и явлениями Эль-Ниньо (Ла-Ниньо) (ЕОФ 4). На рис. 1-представлены первые четыре ЕОФ моды.

Показано, что примерно 31-36% вариаций аномалий ОСО в тропической области (300 ю.ш -300 с.ш.) связаны с квазидвухлетней цикличностью в стратосфере. В западной фазе КДЦ нисходящие движения воздушных масс в экваториальной стратосфере приводят к нарастанию концентрации ОСО над экватором, а происходящие в то же время восходящие движения в субтропиках - к уменьшению ОСО. Обратная ситуация характерна для восточной фазы КДЦ. За индекс КДЦ принято считать зональный ветер на уровне 30 мбар в Сингапуре, положительные значения которого соответствуют западной фазе КДЦ, а отрицательные – восточной. Амплитуда вариаций ОСО, связанных с КДЦ, составляет порядка 6.5-8 е.Д. на экваторе и 8-11 е.Д. в субтропиках. Смена фазы КДЦ колебаний ОСО происходит ~ на 100 широты в обоих полушариях. Следует отметить обнаруженное опережение КДЦ сигнала в ОСО на 3 месяца по сравнению с индексом КДЦ (рис. 1, б).

Повышение солнечной активности в 11-ти летнем цикле приводит к увеличению генерации озона и повышению ОСО. 25% низкочастотных вариаций аномалий ОСО в тропиках связано с 11-ти летним солнечным циклом с максимальными амплитудами на экваторе (порядка 9-12 е.Д.) и существенно меньшими в субтропиках (порядка 1.5-3 е.Д.).

Pages:     | 1 || 3 | 4 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»