LINEBURG


<< Пред. стр.

страница 3
(всего 3)

ОГЛАВЛЕНИЕ

тропосферы происходят когерентно со стратосферным ветром, т.е.
они имеют баротропный характер. Однако, над Атлантикой в

20
верхней тропосфере сильное торможение ветра во время
стратосферных потеплений не наблюдается, а в средней и нижней
тропосфере появляется дипольная по широте структура изменений
зонального ветра с ослаблением западных ветров над Исландией и
усилением - над Гренландией и Азорами. Кроме того, в верхней
тропосфере над Тихим океаном исчезает усиление западного
стратосферного ветра во время сильных стратосферных потеплений.
Вопрос, который рассмотрен в диссертации - какие области
аномалий ТПО Тихого и Атлантического океанов севернее 20° с.ш.
наиболее сильно связаны с вариациями ветра на 30 гПа, т.е. с
возникновением стратосферных потеплений? Проведенный SVD
анализ обнаружил дипольную структуру аномалий ТПО в Тихом
океане (с уменьшением ТПО в районе Куросио и увеличением – в
Алеутском течении во время сильных стратосферных потеплений) и
структуру в виде "сэндвича" в Атлантике (с уменьшением ТПО
вблизи Ньюфаундленда, увеличением - в районе Гольфстрима и
уменьшением - вблизи побережья Африки). Эта структура очень
близка к показанной на рисунке 3, что может свидетельствовать о ее
большой роли в возбуждении стратосферных потеплений.
Результаты, приведенные выше, имеют непосредственное
отношение к Арктической Осцилляции [Thompson, D.W.J., and
Wallace, J.M., Geoph. Res. Lett. 25, 1297-1300, 1998]. Томпсон и
Уоллес показали, что первая ведущая мода (ЭОФ1) межгодовых
вариаций давления и геопотенциала на 1000 гПа в области севернее
20°с.ш. тесно связана с ведущей модой изменчивости
стратосферного вихря Арктики, поэтому эта мода была названа
Арктической Осцилляцией (АО). В атлантическом секторе основные
особенности этой моды на 500 гПа совпадают с чертами Северо -
Атлантического Колебания, а их межгодовые изменчивости
подобны друг другу. Таким образом, Арктическая Осцилляция и
Северо-Атлантическая Колебание очень близки и, вероятно,
являются основными модами, которые контролируют межгодовую и
долгопериодную изменчивость циркуляции внетропической
тропосферы и стратосферы Арктики. Томпсон и соавторы показали
также, что индекс АО, определенный как коэффициент первой ЭОФ
вариаций давления на уровне моря, приземной температуры и
осадков, сильно изменился после конца 1960-х годов. Таких
изменений не наблюдалось с начала 20-го века. Положительная
тенденция индекса АО в последние 4 десятилетия свидетельствует о
значительных изменениях современного климата по сравнению с
прошлым и одновременно большую изолированность
стратосферного вихря Арктики. Была также обнаружена сильная
долготная симметрия пространственных структур первых ЭОФ (так

21
называемых круговых мод) изменчивости геопотенциала на 1000
гПа и на стратосферных уровнях в высоких широтах Северного и
Южного полушарий. Несмотря на большие различия циркуляции
атмосферы в Северном и Южном полушариях, связанных с
различиями волновой активности, поведение стратосферного вихря
Арктики подобно сильно изолированному вихрю Антарктики
(Антарктической Осцилляции) в последние десятилетия. Причина и
физический механизм Арктической и Антарктической Осцилляций
до сих пор неизвестны.
Поскольку Арктическая Осцилляция тесно связана с
межгодовыми вариациями стратосферного вихря Арктики, был
проведен SVD анализ связей SAM севернее 58° с.ш. (SAMPV),
cодержания озона севернее 40° с.ш. и аномалий ТПО Тихого и
Атлантического океанов севернее 20° с.ш. для январей 1979-1992 гг.
[12] Результаты практически совпадают с показанными на рисунке
3с большими вкладами в изменчивость (61%) первой моды
стратосферного момента вихря Арктики. Таким образом, причиной
Арктической Осцилляции может быть внешнее возбуждение АО
аномалиями ТПО Тихого и Атлантического океанов, особенно в
диполе через Скалистые горы, что хорошо согласуется с
механизмом волновой гипотезы. Поскольку первая ЭОФ аномалий
ТПО Атлантики связана с Северо-Атлантическим Колебанием,
становится ясным близость Арктической Осцилляции в
атлантическом секторе и Северо-Атлантического Колебания.
Рисунок 3 показывает также, что АО не является круговой модой
(т.е. зонально-симметричной) даже в стратосфере, межгодовые
изменения стратосферной динамики в Арктике имеют дипольную
структуру в западном и восточном полушариях, с которой связаны
дипольные изменения содержания озона между, например,
Лабрадором и восточным побережьем Тихого океана по крайней
мере в 1979-1992 гг. Эффекты стратосферных потеплений на
термодинамику стратосферы Арктики и озоновый слой имели также
противоположный характер в западном и восточном полушариях.
Главные (ведущие) моды связей межгодовых вариаций аномалий
ТПО Тихого, Атлантического океанов, циркуляции стратосферы и
содержания озона и их вклады в изменчивость показаны на этой
схеме:

Северное полушарие

ЭОФ 3 (12%) ТПО>>>ЭОФ 1 (61%) SAMPV>>>ЭОФ 2(29%) О3




22
Для Южного полушария результаты аналогичного анализа
показаны на рисунке 4 [20,21]. Первая SVD мода озона связей
аномалий ТПО Южных океанов и содержания озона совпадает с
первой ЭОФ (65,8%) и описывает эволюцию озоновой дыры в
Антарктике. Соответствующая SVD мода аномалий ТПО (14,3%)
имеет сложную пространственную структуру, наиболее заметными
чертами которой являются дипольные изменения ТПО Тихого и
Атлантического океанов в диполе через Анды, Атлантики и
Индийского океанов в диполе через Африку. Расчеты ЭОФ
аномалий ТПО показали, что эта мода близка ко второй ЭОФ
(16,4%). Главные моды связей межгодовых вариаций аномалий ТПО
Тихого, Атлантического и Индийского океанов, циркуляции
стратосферы и содержания озона в Южном полушарии и их вклады
в изменчивость показаны на этой схеме:

Южное полушарие

ЭОФ 2 (16%) ТПО>>>ЭОФ 1 (36%) SAM>>>ЭОФ 1 (63%) О3

Рисунок 4 иллюстрирует также связи разности аномалий ТПО в
диполе через Анды, стратосферного момента в окружении
полярного вихря Антарктики и содержания озона на станции Халли
Бей (76° ю.ш.,27° з.д.), где была открыта озоновая дыра. Таким
образом, и в Южном полушарии вероятным механизмом
возбуждения Антарктической Осцилляции может быть механизм
волновой гипотезы и это объясняет подобие Арктической и
Антарктической Осцилляций.




Рис.4 Первые SVD моды связей аномалий содержания озона (a) и
ТПО Южных океанов (b), выраженные в виде корреляций (в%)

23
аномалий соответствующего поля с межгодовыми изменениями
коэффициента первой SVD моды cвязей аномалий ТПО и
содержания озона (сплошная кривая,c). Пунктиром показан
коэффициент SVD моды аномалий содержания озона.
В главе 8 представлены результаты эмпирических оценок
относительной роли динамических и химических факторов в
истощении озонового слоя. [8,18]. Эти оценки основаны на
обнаруженных сильных корреляциях изменчивости озонового слоя с
межгодовыми вариациями динамики стратосферы. Было проведено
разделение наблюдаемых изменений содержания озона на
"динамические" и "химические" вариации при помощи линейного
регрессионного анализа. Реальные аномалии содержания озона
проектировались на сумму нескольких SVD мод аномалий
стратосферного момента, остаточный член регрессии
интерпретировался как влияние "химических" факторов. Анализ
показал, что для реконструкции "динамических" аномалий озона
достаточно использовать 5-10 SVD мод стратосферного момента,
поскольку вклад высших мод пренебрежимо мал. После
реконструкции были рассчитаны линейные тренды "динамических"
и "химических" вариаций содержания озона для января Северного и
октября Южного полушарий в 1979-1992 гг
Безусловно, этот простой метод оценок относительной роли
антропогенных и естественных факторов в истощении озонового
слоя имеет большие недостатки, связанные с неучетом обратных
положительных и отрицательных связей изменений химического
состава, радиационного режима и динамики стратосферы. Поэтому
эмпирические оценки, полученные в данной работе нужно
рассматривать как предварительные и имеющие не количественный,
а качественный характер. Для среднезональных изменений
эмпирические оценки показали, что относительный вклад
"химических" факторов не превышает 40% в наблюдаемых трендах
содержания озона, остальная часть вызвана динамическими
изменениями атмосферы. Эти оценки по порядку величины близки к
оценкам, полученным совершенно другими методами, например,
cвязей изменений содержания озона с индексом Арктической
Осцилляции в марте 1979-1993 гг. [Thompson, D.W.J., Wallace,J.M.,
and G.C.Hegerl, J.Climate, 13, 1018-1035, 2000]. Также было
обнаружено близкое соответствие долготно-широтной структуры
"динамических" трендов озона и проекции на индекс АО. В январе
Северного полушария наибольшее влияние "химических" факторов
(˜50%) было обнаружено над Европой и восточным побережьем
США, а большое уменьшение озона над Тихим океаном имеет
динамическую природу. В Южном полушарии (октябрь) влияние

24
динамики, как не удивительно, наиболее сильно проявляется в
области станции Халли Бей, а "химических" факторов (˜60-90%) -
над тихоокеанским побережьем Антарктики.
Большая роль естественных динамических факторов в истощении
озонового слоя подтверждается неожиданным увеличением озона
над Антарктикой и сильным уменьшением площади озоновой дыры
осенью 2002 года [13]. На рисунке 5 показаны изменения
среднемесячных зонально-средних содержаний озона для сентябрей
1979-2002 гг. на 75° ю.ш. и аномалий зонального ветра на 10 гПа,
55° ю.ш. в окрестности стратосферного вихря Антарктики.
Непрерывное уменьшение озона над Антарктикой происходило в
эти годы, за исключением 1988 года, когда озоновая дыра была
намного меньше, чем в 1987 году. В сентябре 2002 года произошло
сильное увеличение озона (особенно в индийском и тихоокеанском
секторах Антарктики), которое даже превысило в некоторых
регионах уровень 1979 года. Такое аномально большое увеличение
озона над Антарктикой не может быть следствием ограничения
промышленного производства фреонов и галонов,
предусмотренного Монреальским Протоколом, поскольку время
жизни фреонов достаточно большое, чтобы ограничение их
промышленного производства могло бы привести к восстановлению
озонового слоя над Антарктикой уже в 2002 году [WMO/UNEP
International Report 'Scientific Assessment of Ozone Depletion:1998'-
Report NO.44, 1999]. Согласно теоретическим оценкам,
проведенным в лучших трехмерным моделях циркуляции и химии
стратосферы и моделях общей циркуляции атмосферы с учетом
стратосферной химии, ограничение антропогенных воздействий
должно привести к восстановлению озонового слоя лишь в 2030-
2050 годах! Неопределенности теоретических предсказаний
восстановления озонового слоя связаны с неучетом в моделях роли
естественных долгопериодных динамических изменений атмосферы
в истощении озонового слоя.
Причиной аномально большого увеличения озона над
Антарктикой в 2002 году является сильное ослабление
изолированности стратосферного вихря Антарктики, повышение
температуры внутри вихря, исчезновение полярных стратосферных
облаков и намного меньшей эффективности химических механизмов
разрушения озонового слоя над Антарктикой, чем в годы с большой
озоновой дырой. Четкое соответствие межгодовых вариаций
динамики стратосферы вне полярного вихря Антарктики и озоновой
дыры (рисунки 1,5) cвидетельствует о большой роли естественных
факторов в истощении озонового слоя.


25
Рис.5. Среднемесячные (зонально-средние) изменения содержания
озона в сентябре 1979-2002 гг. в области озоновой дыры, их
аномалии (сплошные кривые) и аномалии зонального ветра
(пунктир) на высоте 30 гПа и широте 55° ю. ш. в окрестности
полярного вихря Антарктики [24].

Будущие исследования долгопериодных изменений во
взаимодействующей системе океан – атмосфера – озоновый слой
смогут более точно оценить влияние естественных и антропогенных
факторов на озоновый слой Земли.

В Заключении изложены основные выводы и перспективы
дальнейших исследований.


Основные публикации по теме диссертации

1.Жадин Е.А. Планетарные волны и межгодовые аномалии озона в
полярных районах, Известия АН СССР, Физика атмосферы и океана,
26, 1156-1160, 1990.
2.Жадин E.А. Межгодовые вариации озона над Европой и аномалии
температуры океана в Атлантике, Метеорология и Гидрология, 7,
22-26, 1992.
Долгопериодная цикличность температуры
3.Жадин E.А.
поверхности океана, температуры нижней стратосферы и озона в
умеренных широтах, Метеорология и Гидрология, 5, 52-59, 1993.

26
4.Жадин Е.А. Аномалии озонового слоя и стратосферный угловой
момент, Метеорология и гидрология, 7, 48-55, 1995.
5.Жадин Е.А. Распространение долгопериодных аномалий
зональной циркуляции стратосферы, Метеорология и гидрология, 7,
36-48, 1996.
6.Жадин Е.А. Диагноз долгопериодных изменений динамики
стратосферы, Известия РАН, Физика атмосферы и океана, 33, 6,
787-794, 1997.
7.Жадин Е.А. Долгопериодные вариации озона и циркуляции
стратосферы, Метеорология и гидрология, 2, 68-80, 1999.
8.Жадин Е.А. Эмпирический метод оценок воздействия
естественных и антропогенных факторов на общее содержание
озона, Метеорология и гидрология, 3, 16-28, 2000.
9.Жадин Е.А. Разрушение озонового слоя - что дальше? Экология и
промышленность России, 4-7, август 2000.
10.Жадин Е.А. Являются ли фреоны единственной причиной
изменений озонового слоя Земли? Экология и промышленность
России, 30-31, ноябрь 2000.
11.Жадин Е.А. Возможные причины увеличения содержания озона в
отдельных областях Северного и Южного полушарий в 1979-1992
гг., Метеорология и гидрология, 4, 50-59, 2001.
12.Жадин Е.А. Арктическое колебание и межгодовые вариации
температуры поверхности Атлантического и Тихого океанов,
Метеорология и гидрология, 8, 28-40, 2001.
13.Жадин Е.А. Озоновая дыра в Антарктике начинает исчезать?
Экология и промышленность России, 27-29, Декабрь, 2002.
14.Жадин Е.А., Н.А.Дианский, Анализ связей межгодовых вариаций
общего содержания озона и циркуляции стратосферы, Метеорология
и гидрология, 9, 25-33, 1997.
15.Жадин Е.А., Н.Д.Петушков, Диагностика аномалий озона в
Северном полушарии, Метеорология и гидрология, 6, 57-61, 1993.
16.Жадин Е.А., В.Н.Терлецкий, Вариации озона над Антарктикой в
1987-1988 гг., Метеорология и гидрология, 10, 23-28, 1990.
17.Кадыгров В.Е., Е.А.Жадин, Аномалии и тренды содержания
озона в 1979-1992 гг., Оптика атмосферы, 12, 1, 46-53, 1999.
18.Jadin,E.A., An empirical method for predictions of ozone layer
anomalies, Proceedings of International Symposium on Atmospheric
Chemistry and Future Environment, pp. 334-337, Nagoya, 11-13
November, 1997, Japan.
19.Jadin, Е.А. Interannual variability of total ozone and stratospheric
angular momentum, Int. Journ. Geomagnetism and Aeronomy, 1, No.2,
169-180, 1999.



27
20.Jadin, Е.А. Interannual natural variations of the ozone layer,
stratospheric circulation and sea surface nemperature, Proceedings of the
8-th Scientific Assembly of IAMAS, Abstracts, 126-127, Innsbruck,
Austria, 10-18 July 2001.
21.Jadin, E.A. Arctic and Antarctic Oscillations, Ozone Changes and SST
anomalies, International Symposium on Stratospheric Variations and
Climate, Abstracts, 16-19,12-15 November,2002, Kyushi University,
Fukuoka, Japan.
22.Jadin,E.A., and N.A.Diansky, Interannual variations of total ozone and
stratospheric dynamics, Proceedings of the First SPARC General
Assembly, Melbourn, December, 2-6, 1996.
23.Jadin E.A., and K.Yamazaki, Changes in the Earth’s rotation and the
atmospheric angular momentum on intra-annual and decadal time scales,
Papers in Geophysics and Meteorology, 45, 3, 113-120, 1995.
24.Жадин Е.А., Варгин П.Н., Антарктическая озоновая дыра 2002
года. Известия РАН, Физика атмосферы и океана, 2004, в печати.

Во всех работах, подготовленных в соавторстве, диссертант
осуществлял постановку задачи, проводил расчеты и писал
полностью текст каждой статьи.




28

<< Пред. стр.

страница 3
(всего 3)

ОГЛАВЛЕНИЕ

Copyright © Design by: Sunlight webdesign