WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 | 2 || 4 |

Выделены колебания ОСО с периодом около 20,4 месяца, представляющие собой интерференцию годового и квазидвухлетнего цикла (КДГЦ) (15% остаточной изменчивости). КДГЦ колебания ОСО происходят в противофазе в южном и северном полушариях с несколько смещенной в южное полушарие (50 ю.ш.) границей. Максимальные величины амплитуд наблюдаются в субтропиках (порядка 4.5-8 е.Д.).

Порядка 4% остаточной изменчивости ОСО связано с явлениями Эль-Ниньо (Ла-Ниньо). В поле ОСО четко выделяется дипольная структура в регионе Тихого океана. В период Эль-Ниньо наблюдается понижение озона в восточной области Тихого океана вдоль берегов Америки и повышение озона в западной области Тихого океана над Индонезией. Обратная ситуация характерна для фазы Ла-Ниньо.

Амплитуда вариаций ОСО, связанных с явлениями Эль-Ниньо (Ла-Ниньо), может достигать 3-6 е.Д.

1, б 1, а Рисунок 1. Первая ЕОФ мода аномалий ОСО по данным SBUV (описывает 36% остаточной изменчивости ОСО в тропиках). Первая мода отражает связь ОСО с КДЦ. На рисунке а) представлено пространственное (долгота х широта) распределение ЕОФ-1 в величинах аномалий ОСО (е.Д.), а на рисунке б) соответствующий временной коэффициент (сплошная линия) в сравнении с индексом КДЦ (пунктирная линия). Коэффициент корреляции между двумя кривыми равен 0,64. Величина вариаций ОСО, связанная с данной ЕОФ модой, получается путем умножения значений пространственного вектора на соответствующий временной коэффициент.

2, б 2, а Рисунок 2. То же что и на рис.1 только для второй ЕОФ моды аномалий ОСО (25% изменчивости), связанной с 11-ти летним Солнечным циклом. На рисунке а) пространственное (долгота х широта) распределение ЕОФ-2 (е.Д.); на рисунке б) соответствующий временной коэффициент (сплошная линия) в сравнении с солнечным потокам на 10,7 см (пунктирная линия), коэффициент корреляции 0,6.

3, а 3, б Рисунок 3. То же что и на рис.1 только для третьей ЕОФ моды аномалий ОСО (описывает 15% изменчивости). Третья мода отражает связь общего озона с КДГЦ. На рисунке а) пространственное (долгота х широта) распределение ЕОФ-3 (е.Д.); на рисунке б) соответствующий временной коэффициент (сплошная линия) в сравнении с гармонической функцией с периодом 20,4 месяца (пунктирная линия), коэффициент корреляции 0,6.

4, б 4, а Рисунок 4. То же что и на рис.1 только для четвертой ЕОФ моды аномалий ОСО (описывает 4% изменчивости), связанной с явлениями Эль-Ниньо (Ла-Ниньо). На рисунке а) пространственное (долгота х широта) распределение ЕОФ-4 (е.Д.); на рисунке б) соответствующий временной коэффициент (сплошная линия) в сравнении с индексом Южной осцилляции (пунктирная линия), коэффициент корреляции 0,6.

Первые четыре ЕОФ моды аномалий ОСО в тропиках описывают более 75% низкочастотной изменчивости озона в регионе. Этот факт дает возможность разработать регрессионную модель для расчета долготноширотных полей среднемесячных значений ОСО в тропиках, основанную на ЕОФ разложении. Проведено сравнение рассчитанных по модели полей ОСО с результатами измерений TOMS для периода январь 2004 г. – март 2005 г. Относительное отклонение между модельными оценками и данными измерений лежит в пределах 2-6%, и лишь в субтропиках может достигать 10%.

Анализ полей аномалий УФ эритемной облученности показал, что 12% низкочастотных колебаний УФ облученности в тропиках связано с квазидвухлетним циклом. В экваториальной зоне в течение западной фазы КДЦ УФ эритемная облученность уменьшается, а в субтропиках возрастает. Противоположная ситуация наблюдается в течение восточной фазы. Однако амплитуда этих колебаний УФ облученности на экваторе (порядка 10-15 Дж м-2 сут-1) существенно больше, чем в субтропиках (4-Дж м-2 сут-1). Также была выделена связь УФ эритемной облученности в тропиках с 11-ти летним солнечным циклом (9.5% изменчивости). В годы максимума солнечной активности уровень приземной УФ облученности снижается. Амплитуда может достигать 7-15 Дж м-2 сут-1 в экваториальной зоне и порядка 4 Дж м-2 сут-1 в субтропиках.

Четвертая глава посвящена исследованию крупномасштабных вариаций трехмерных полей парциального давления озона и УФ радиации в тропическом регионе. Средняя стратосфера тропических широт является источником озона на планете [Хргиан, 1973], который из этой области уходит и распространяется в высокие широты, главным образом зимнего полушария, меридиональными движениями воздуха. Вертикальное распределение озона (ВРО) носит отпечаток ряда процессов, образующих и перераспределяющих озон в атмосфере. Равно оно отражает многие, иногда глобальные, иногда очень тонкие особенности строения самой атмосферы [Хргиан, Кузнецов, 1981]. Изучение особенностей ВРО имеет важное значение для понимания всего баланса озона в земной атмосфере.

Для поставленной задачи была создана адаптированная трехмерная база среднемесячных значений концентрации озона (в нбар) на регулярной сетке с разрешением 20 по широте и 400 по долготе для 15 высотных уровней в тропической области (30 ю.ш. – 30 с.ш.) за 25-ти летний период на основе спутниковых наблюдений SBUV. Сезонный ход и линейный тренд за исследуемый период были удалены. В рассматриваемый период с 1979- 2003 гг в тропической области произошло два крупных извержений Эль-Чичон и Пинатубо, оказавших влияние на содержание озона.

Поскольку целью исследования является изучение крупномасштабных вариаций озона, то в широтных областях, где проявлялись аномалии озона, связанные с извержениями, было проведено сглаживание рядов озона в течение 12 месяцев после извержения вулканов, полагая, что за год происходит основная часть процесса восстановления озона после извержения.

В первом разделе главы 4 проведен как ЕОФ анализ долготноширотных полей парциального давления озона на заданном высотном уровне, так и ЕОФ анализ высотно-широтных полей зональных значений парциального давления озона. ЕОФ анализ показал, что порядка 75-80% остаточной изменчивости озона в тропической области объясняется естественными факторами, такими как 11-ти летний Солнечный цикл, КДЦ и КДГЦ. Наблюдается высотная зависимость вкладов различных факторов в изменчивость озона. На рис. 5-7 представлены три первых моды ЕОФ анализа высотно-широтных полей среднемесячных зональных значений парциального давления озона в высотной области озонного максимума (10-50 гПа), где проявляется вклад всех вышеуказанных процессов.

Первая ЕОФ мода остаточной изменчивости парциального давления озона связана с 11-ти летним солнечным циклом. Вклад 11-ти летнего цикла в изменчивость озона уменьшается с уменьшением высоты. На высотных уровнях 0,5 и 1 гПа с солнечным циклом связано 75% остаточной изменчивости парциального давления озона, а на высоте гПа - лишь 37%. Однако максимум вариаций озона в абсолютных величинах (до 12 нбар), обусловленных 11-ти летним солнечным циклом, располагается на уровне 26 км (30 гПа) – в слое максимума ВРО (рис. 5, а).

В целом, увеличение солнечной активности приводит к повышению фотохимической генерации озона и росту его концентрации по всей высотной области 50 гПа - 0,5 гПа.

Вторая ЕОФ мода остаточной изменчивости среднемесячных значений парциального давления озона связана с КДЦ и четко проявляется в слое 50- 7 гПа. Ее вклад в остаточную изменчивость озона составляет порядка 19-24%. В широтно-высотном распределении второго ЕОФ вектора (рис 6, а) четко разделяются экваториальная и субтропическая зоны КДЦ вариаций озона, колебания в которых происходят в противофазах. Граница раздела проходит в области 10-150 в обоих полушариях и зависит от высоты. Следует отметить несимметричность КДЦ колебаний озона в северных и южных субтропиках: в северных субтропиках по сравнению с южными КДЦ вариации озона простираются существенно выше, вплоть до 7-5 гПа и имеют большую амплитуду.

Высотный максимум КДЦ вариаций располагается на уровне 30 гПа с амплитудой 6-7 нбар. Следует отметить опережение КДЦ сигнала в озоне по сравнению с индексом КДЦ. Корреляционный анализ показал, что опережение в среднем составляет 3 месяца (рис 6, б).

5, а 5, б.

Рисунок 5. Первая ЕОФ мода аномалий среднемесячных зональных значений парциального давления озона по данным SBUV (35% долгопериодной изменчивости озона в тропиках). Первая мода отражает связь озона с 11-ти летним Солнечным циклом. На рисунке а) представлено пространственное (широта х высота) распределение ЕОФ-1 в величинах аномалий парциального давления озона (нбар.), а на рисунке б) временной коэффициент (сплошная линия) в сравнении с индексом 11-ти летнего солнечного цикла (пунктирная линия). Коэффициент корреляции между ними равен 0,5. Отрицательные значения широты соответствуют Южному полушарию, а положительные – Северному.

6, а 6, б.

Рисунок 6. То же что и на рис.5 только для второй ЕОФ моды аномалий среднемесячных зональных значений парциального давления озона (описывает 24% изменчивости), связанной с квазидвухлетним циклом. а) пространственное (широта х высота) распределение ЕОФ-2 (нбар), б) соответствующий временной коэффициент (сплошная линия) в сравнении с индексом КДЦ (пунктирная линия), коэффициент корреляции 0,8.

7, а 7, б.

Рисунок 7. То же что и на рис.5 только для третьей ЕОФ моды аномалий среднемесячных зональных значений парциального давления озона (описывает 16% изменчивости), связанной с КДГЦ. а) пространственное (широта х высота) распределение ЕОФ-3 (нбар), б) соответствующий временной коэффициент (сплошная линия) в сравнении с гармонической функцией с периодом 20,4 месяца (пунктирная линия), коэффициент корреляции 0,6.

Влияние КДГЦ проявляется так же, как и КДЦ на высотах 7-50 гПа и описывает 10-17% изменчивости парциального давления озона. На рисунке 7 представлена третья ЕОФ мода изменчивости среднемесячных зональных значений парциального давления озона в слое 50-10 гПа, связанная с КДГЦ. Колебания озона в Южном и Северном полушариях происходят в противофазе (рис. 7, а). Широтная граница смены фазы зависит от высоты. Высотный максимум КДГЦ вариаций расположен на уровне 10-15 гПа в Южном полушарии с амплитудой порядка 4-5 нбар. В Северном полушарии область максимальных аномалий расположена значительно ниже, на уровне порядка 40 гПа с амплитудой 3-4 нбар.

Второй раздел главы 4 посвящен исследованию механизмов КДЦ колебаний озона на экваторе. Проведен анализ вертикальных профилей среднемесячных значений парциального давления озона и зонального ветра на экваторе за 15 лет (январь 1987-декабрь 2001) в высотном интервале 50 гПа - 10 гПа. Среднемесячные значения зонального ветра в Сингапуре были взяты по данным Метеорологического института Открытого Университета Берлина (http://strat27.met.fuberlin.de/products/cdrom/data/qbo/). Сезонный ход и линейный тренд из обоих рядов данных были удалены.

8, а 8, б Рисунок 8. На верхнем рисунке а) представлена высотно-временная зависимость аномалий среднемесячных значений зонального ветра на экваторе в слое между 50-гПа. На нижнем б) - высотно-временная зависимость аномалий среднемесячных значений парциального давления озона на экваторе в слое между 50-10 гПа. Начало временной шкалы соответствует январю 1987 г.

На рисунке 8 представлены высотно-временные зависимости среднемесячных значений аномалий зонального ветра (рис. 8, а) и парциального давления озона (рис. 8, б) на экваторе в высотной области 50-10 гПа за 15 лет. Видно, что во время западной фазы КДЦ, когда происходят нисходящие движения воздушных масс в экваториальной стратосфере, наблюдается увеличение концентрации озона. Значения аномалий концентрации озона могут достигать 8-12 нбар с максимумом в высотном слое 24-26 км. Во время восточной фазы КДЦ происходит уменьшение концентрации озона. Кроме того, из рисунков видно, что изолинии зонального ветра имеют наклон относительно шкалы времени, т.е. определенная фаза зонального ветра постепенно опускается вниз со средней скоростью 1 км/месяц [Baldwin et all, 2003]. Изолинии аномалий озона располагаются вдоль вертикали. Таким образом, в фиксированный момент времени наблюдаются одинаковые значения аномалий концентрации озона во всем высотном слое 20-30 км. Отметим, что этот слой характеризуется максимумом ВРО над экватором (25-26 км) со слабыми, противоположного знака градиентами концентрации озона выше и ниже максимума.

На рисунке 9 представлена высотная зависимость временных сдвигов максимальных значений коэффициента корреляции между временными рядами среднемесячных значений парциального давления озона и зонального ветра на фиксированном высотном уровне.

Корреляционный анализ показал, что на уровне 32 км колебания озона отстают от колебаний зонального ветра на той же высоте на 6-7 месяцев, на высоте 26 км временного сдвига не наблюдается, а на 20 км вариации озона опережают ветер на месяца.

Проведенный взаимно корреляционный анализ между временными рядами озона на различных уровнях в слое озонного максимума (1050 гПа) показал, что наблюдается значимая положительная корреляция между вариациями озона на -4 -2 0 2 4 6 Месяцы всех высотных уровнях.

Исключение составляет лишь Рисунок 9. Временной сдвиг максимальных уровень 10 мбар, вариации значений коэффициента корреляции между озона на котором аномалиями среднемесячных значений коррелируют лишь с парциального давления озона и зонального близлежащим высотным ветра на заданном высотном уровне.

уровнем 15 мбар. Из полученных результатов можно сделать вывод, что фаза квазидвухлетних вариаций парциального давления озона по высоте в слое 10-50 гПа не меняется.

В третьем разделе главы 4 проведена оценка откликов вертикального распределения УФ радиации над экватором на квазидвухлетние вариации озона. Были рассчитаны значения потоков на длине волны 310 нм в период с июля 1994 по декабрь 1996 (один КДЦ Высота, км цикл) для условий экваториальной области. Длина волны 310 нм выбрана, поскольку именно на эту длину волны приходится максимум в спектре УФ эритемной облученности. Расчеты проводились с помощью радиационного комплекса, представленного в главе 2, для полуденных значений солнечного зенитного угла (облачность и аэрозольное ослабление не учитывались). Необходимые для расчетов вертикальные профили давления и температуры экваториальной атмосферы в исследуемый период, были взяты по данным реанализа NCEP/NCAR.

Расчеты показали, что увеличение концентрации озона в западной фазе квазидвухлетних колебаний приводит к уменьшению УФ радиации в слое максимальных концентраций озона (10-50 гПа) с амплитудой для эффективного потока до 5 мВт/(м2нм), а уменьшение озона в восточной фазе ведет к росту УФ радиации.

В заключении представлены основные выводы диссертационной работы:

Pages:     | 1 | 2 || 4 |






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