Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Исследование внутригодовой и квазидвухлетней изменчивости вертикального распределения озона по данным озонного зондирования

ВАК РФ 04.00.22, Геофизика

Автореферат диссертации по теме "Исследование внутригодовой и квазидвухлетней изменчивости вертикального распределения озона по данным озонного зондирования"

рть 0&

российская академия наук

институт физики атмосферы

На правах рукописи УДК 551.510.534

СИТНОВ Сергей Африканович

исследование внутригодовои и квазидвухлетнеи изменчивости вертикального распределения озона по данным озонного зондирования

04.00.22 - геофизика

автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Москва 1394

Работа выполнена в Институте физики атмосферы РАН

Научный руководитель - кандидат физико-математических наук

A.Н.Груздев

Официальные оппоненты - доктор физико-математических -наук

B.И.Бекорюкоз

- кандидат физико-математических наук Г.И.Кузнецов

Ведущая организация - НПО "Тайфун"

Защита диссертации состоится "22" 199А г. в ЧР

на заседании Специализированного ученого созета К 003.18.1 Института физики атмосферы РАН (109017), Москва, Пыжевский пер. 3)

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке Института физию атмосферы РАН.

Автореферат разослан

Ученый секретарь

Специализированного совета ИФА РАН

кандидат географических наук

Л.Д.Краснокутская

• ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.

Атмосферный озон является интерактивным компонентом единой емной климатической системы. Вследствие своей радиационной и этохимической активности озон существенно влияет на ее состояние, яализ изменчивости, связей и долговременных тенденций системы - одна з важнейших фундаментальных научных задач. Актуальность исследования зменчивости атмосферного озона объясняется тем, что состояние зоносферы в значительной степени определяет условия существования ■1зни на Земле. В настоящее время продукты' человеческой 13недеятельности стали оказывать реальное влияние на озоносферу. Это зж9т привести к негативным последствиям для биосферы. Анализ $менений, происходящих в озоносфере Земли , а также исследование ¿ли антропогенного фактора в их происхождении невозможны без знания явственной изменчивости озона, которая часто определяется шестными и повторяющимися в течении длительного времени факторами, иболее важным среди этих факторов является периодическое изменение [соляции, вызванное обращением Земли вокруг Солнца. Оно вызывает ¡менчивость годового периода в циркуляции атмосферы и в содержании ;она. Вторым важным фактором является квазиднухлетняя цикличность ДЦ) экваториального стратосферного ветра, которая является причиной азидвухлетней изменчивости в озоне.

, Исследование изменчивости атмосферного озона проводились на зных базах данных наблюдений за озоном, различающихся как методами мерений, так полнотой и качеством данных. ' Наибольшее количество бот сделано на базе измерений содержания озона в столбе атмосферы общего содержания озона (ООО). Эти работа дали основу для всех

современных представлений о временной и пространственной изменчивое1: озона. Однако ООО является интегральной характеристикой атмосферно] озона, и его изменчивость отражает суммарный вклад изменений озона ] разных Еысотах. Амплитудные и фазовые соотношения изменений озо; на разных высотах могут быть таковы, что анализ с использован® данных ООО будет затруднен. Поэтому анализ тенденций и изменчивое' атмосферного озона а такке исследование атмосферных процессоз использованием озона как трассера должно опираться, по-возможност; на данные о вертикальном распределении озона (ВРО) в атмосфер

Диссертация поезящена исследованию двух важнейших . компоне изменчивости ВРО - годовой и квазидвухлетней на базе созданного бан данных балонного зондирования озона.

Цель работы.

1. Построение эмпирических моделей ВРО в тропосфере стратосфере, которые отражали бы внутригодовую и межгодо* изменчивость озона.

2. Анализ шротно-высотной структуры характеристик годово1 хода в вертикальном распределении озона, выделение в н£ особенностей внутригодовой изменчивости, _ присущих определен® регионам, широтным зонам и отдельным слоям атмосферы ] до-возможности, более подробный анализ этих особенностей и стоящ за ними механизмов.

3. Анализ вертикальной структуры характеристик внутригодоэ изменчивости в полярных областях.

4. Получение оценок потока озона через тропопаузу.

5. Выделение, оценка амплитуд, исследование высотной, широт: и сезонной зависимостей, а также региональных особенное

кзазидвухлетней изменчивости БРО.

Научная новизна.

1. Эмпирические модели ВРО построены на основании обработки данных примерно 13000 подъемов озонозондов.■ Продолжительность измерений ВРО на ряде станций достигает 25 лет. Используются данные озонного зондирования до 1992 года включительно. Объем измерительного материала значительно превышает -ранее используемые для аналогичных задач объемы озонного зондирования, что существенно увеличивает достоверность результатов исследования внутригодовой и особенно квазидвухлетней изменчивости ВРО.

2. Анализ изменчивости ВРО проведен совместно с анализом вертикальных распределений температуры и ветра, а также высоты тропопаузы. Это позволило исследовать эволюцию озона в более общей картине атмосферной изменчивости, выявить атмосферные процессы влияющие на озон и конкретизировать механизмы озонной изменчивости -вертикальные движения в атмосфере, горизонтальную адвекцию воздуха.

3. Впервые по данным озонного зондирования проведен сравнительный анализ внутригодовой изменчивости озона в северной и южной полярных областях. Выявлены эффекты и проанализирована Еысотно-временная динамика внезапных зимних стратосферных потеплений в Арктике и озонной "дыры" в Антарктике, Выявлена обособленная внутригодсБая эволюция озона в приземном слое в Арктике, определены вертикальный и горизонтальный масштабы весенней аномалии.

4. Выявлена КДЦ в содержании озона и в температуре в атмосферных слоях на разных высотах. Впервые зо вне тропических широтах' северного полушария выявлена, КДЦ в вертикальных распределениях зональной и меридиональной компонент ветра. Получены

оцзу_-;й средах амплитуд КДЦ содержания озспа. Эмпирически установлен; фззозкэ соотнсшевия мезду кваэидзухлетяими вариациями озона I температуры во внетропических широтах северного полушария.

5. Вп-зрБые выявлена сезонная зависимость эффектов КДЦ I вертикальных распределениях озона, температуры, зональной I меридиональной компонент ветра, показаны существенные региональные различия сезонно-зависимых эффектов КДЦ в ЕРО.

6. Вперзыо выявлена высотная зависимость КДЦ в ВРО в< внетропических широтах обоих полушарий.

7. Предложен новый метод оценки тропосферно-стратосферногс обмена озоном в зимне-весенний период с использованием данных ос изменчивости БРО. Получены оценки потоков озона через тропопаузу да внетропических широт северного полушария в целом, а такав для Арктига

. и Антарктики. Получены оценки разрушения озона в тропосфере над южно полюсом в связи со стратосферной озонной "дырой".

На задагу выносятся:

1. Особенности внутригодовой изменчивости озона в вертикальном распределении озона в зависимости от широты и для отдельных регионов.

. 2. Оценки амплитуд и фаз КДЦ в содержании озона в слоях не разных высотах и в различных широтных поясах. Высотная зависимост! КДЦ в ВРС^ Сезонная зависимость КДЦ в ВРО..

3. Полученные оценки стратосферно-тропосферного обмена озоном.

Практическая ценность работы.

В ходе выполнения работы был создан банк данных озонногс зондирования мировой озонометретеской сети. На этом * материале возможно проведение большого круга научных исследований. Эмпирические

дели ВБО могут быть использованы для тестирования фотохимических >делей, для калибровки спутниковых измерений, а таккв в задачах смосферной оптики. Результаты по внутригодовой и казидвухлетней »менчивости бРО могут быть использованы в моделях общей циркуляции гмосферы и необходимы при исследовании долговременной изменчивости юна.

Достоверность выводов обеспечивается оценками статистической адежности для полученных результатов.

Апробация работы.

Результаты работы были представлены на международных симпозиумах > исследованию средней атмосферы в Душанбе, (1989 г.), по климату »верных, широт в Тромсе (Норвегия, 1990 г.), по химии тропосферы «арктического региона в Боулдере (США, 1991 г.), по атмосферному зону в Шарлотсвилэ (США, 1992 г.), на международном рабочем звещании по электродинамике й составу мезосферы в Нижнем-Новгороде, 1992 г.), на школе НАТО "Роль стратосферы в изменениях климата" в аркеренне (Фракция, 1992), на XIX Ассамблее европейского гофизического общества в Гренобле (Франция, 1994 г.), а также на зминарах ИФА РАН

Объем и структура работы.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и шска литературы (145 наименований). Работа содержит 143 страниц жста, включая 29 рисунков и 5 таблиц.

содержание работы

Во введении сформулирована цель и задачи работы, кратко описав структура диссертации, изложены основные результаты, а также указав их научная и практическая ценность.

В первой главе дан обзор публикаций, характеризую!!® современное состояние знаний о ВРО в атмосфере. Отмечается важна роль ВРО в формировании термического режима стратосферы определящего ее динамику, циркуляцию и в конечном счете клима Земли. В разделе 1.1 дан краткий обзор работ, в которых выполне анализ годового хода и межгодовой изменчивости ВРО над отдельные станциями и работ в которых на базе озонозондовых и спутниковы данных построены эмпирические модели ВРО в пшротно-высотнс представлении. В разделе 1.2 приводятся сведения об изменчивости ВРС важнейшими компонентами которой является годовая и кзазидаухлетня изменчивость. Отмечены работы, касающиеся атмосферных явлени влияющих на, внутригодовую изменчивость ВРО - внезапных зимни стратосферных потеплений, процессов стратосферно-тропосферного обмев озоном, весенней аномалии озона приземного слоя атмосферы в северо-американском секторе Арктики, а также антарктической озоннс "дыры". В разделе 1.3 приводятся сведения о различных наборах даннь наблюдений за атмосферным озоном, на базе которых возможно проведенк исследования внутретодовой и квазидвухлетней изменчивости сравниваются их достоинства и недостатки. В разделе 1.4 описываетс баллонное зондирование озона. Приводятся сведения об основных типе зондов, их точностные характеристики, о методике обработк результатов зондирования и о критериях отбраковки полученнь профилей.

. Во второй главе описан банк данных озонного зондирования и по

энным 28 станций, представляющих разные климатические зоны, проведен 1ализ внутригодовой изменчивости озона -на глобальном масштабе. В ззделе 2.1 описан порядок организации озонозондовых данных в банк, эиведен список станций с их географическими характеристиками и зриодами записей, составляющих банк данных. В разделе 2.2 гализируется широтно-высотная зависимость ВРО. Показано, что в целом северном полушарии (СП) содержание озона на всех уровнях больше,

А

зм в южном полушарии (Ш). Широтные градиенты отношения смеси озона верхней тропосфере и нижней стратосфере обоих полушарий зложительны. Выше градиенты становятся отрицательными причем сначала высоких, а затем и во внетропических широтах СП и Ш. Максимальная сносите льная внутригодовая изменчивость озона отмечается над геренными широтами СП в слое нижней стратосферы прилегающем к зопопаузе и над умеренными и полярными сиротами. Ш в слое хлгопаузы, а минимальная - на уровне ~ 20 мб над-~ 40°Н и ~ 30оБ. шолнен сравнительный анализ "внутригодовой изменчивости ВРО в юоких и средних широтах СП и ГО. Показано, что внутригодовая золюция озона в средних широтах ГО качественно подобна внутригодовой золюции озона в средних широтах СП. Так, в стратосфере выделяются 5ласти - ниже и выше уровня ~ 20 мб, в которых режимы внутригодовой зменчивости озона различны, Это объясняется тем, что озон знтролируется здесь в основном динамически и фотохимически ответственно. Время запаздывания процессов увеличения озона в ^енне-зимкий период в средней стратосфере относительно аналогичных юцессов в нижней стратосфере в ЮП больше, чем в СП, что говорит о зньшей волновой активности в ЮП. В отличие от средних, в высоких гротах СП изменения озона в нижней и средней стратосфере происходят

практически одновременно, что сеяззно, вероятно, с меньше интенсивностью фотохимических процессов в Арктике. Внутригодова эволюция озона в высоких широтах ЮП в значительной степен определяется временной динамикой антарктической озонной "дыры" принципиально отличается от годового хода ВРО в средних широтах Ш в высоких широтах СП. Увеличение озона в свободной тропосфере высоких и умеренных широтах СП, а также в умеренных широтах ЮП зиме и весной связано с усилением стратосферно-тропосферного обмена в эте период. В разделе 2.3 проводится гармонический анализ годового xo^ ВРО. Показано, что годовая гармоника определяет более чем 9С дисперсии годового хода озона в большей части стратосферы тропосферы средних и высоких широт СП. В ЮП годовая гармони* доминирует в верхней тропосфере и в стратосфере субтропиков, а тага в слое тропопаузы и в нижней тропосфере над южным полюсов Полугодовая гармоника доминирует в тропосфере тропиков. Ее вклг значителен в слое 20-30 мб в средних широтах СП, на верхней гранш погранслоя в высоких широтах СП, в верхней тропосфере и в нижней средней стратосфере высоких широт ЮП. В стратосфере высоких и средш широт СП фаза максимума годовой гармоники отмечается феврале-марте. При переходе от высоких широт в умеренные субтропические широты происходит быстрое увеличение фазы, так, что нижней стратосфере годовые гармоники в тропиках и в высоких широт! находятся в противофазе. В средних и высоких широтах СП фа: максимума годовой гармоники увеличивается на 3 мес. при переходе ] стратосферы в тропосферу. Пограничный слой атмосферы высоких широт ( характеризуется медленным, направленным вверх, смещением фазы, область 5-100 мб высоких широт ЮП - направленным ениз. Посколы наличие двух (и более) гармоник может приводить к асимметрии годово:

ода озона в разделе 2.4 анализируются интервалы роста и превышения продолжительность времени в году, в течение которого содержание зона увеличивается и превышает среднегодовое значение оответственно. Низкие значения интервала роста в СП характерны для ропосферы средних и высоких широт, слою 30-Б0 мб субтропической тратосферы и слою 10-20 мб стратосферы высоких широт. Годовой ход зона здесь характеризуется относитально кратковременным и резким величением содержания озона и более длительным" интервалом меньшения. В большей части тропосферы и стратосферы субтропиков, а акже в слое 10-30 мб среднеширотной стратосферы СП интервал роста ,-елик а может превышать 7 мес. В стратосфере и нижней тропосфере шсоких широт Ш доминируют высокие значения интервала роста, тогда :ак его низкие значения отмечаются в тропосфере субтропиков, в нижней ¡тратосфере над южным полюсом и в средней стратосфере высоких широт П. Интервал превышения в большей части тропосферы и стратосферы в СП ¡еаьше, а в Ш больше 6 мес., причем в высоких широтах ГО, где гроявляется эффект озонной "дыры" он достигает. максимально высоких значений. В разделе 2.5 проведен анализ стратосферЕо-тропосферного >бмена озоном. В 2.5.1 ошсан метод оценки потеков озона из зтратосферы в тропосферу для вне тропических широт с использованием данных озонного зондирования. Метод использует уравнение переноса эзона, которое для масштабов изменения времени больше месяца записывается в конечно-разностной форме и преобразуется к виду: -

ДX

з*рт + <з- - +Рф +Ро + р (1)

А Т °

где Рг - интегральный поток оьона из стратосферы в тропосферу через уровень ерэдаэя тропопаузы, Я - интегральный тропосферный $отохймич8СКЕй источник, X - содержание озока в тропосфере от полюса

до шроты ф , Т - время, ?ф - интегральный меридиональный пото:

Фо

озона в тропосфере через вертикальную плоскость на широте <р , ?о ■

интегральный поток озона к земной поверхности на уровне земли, •

изменение содержания тропосфзркого озона за счет изменения высоты

тропопаузы. Оценка всех члекоз правой части уравнения (1), з:

исключением ?„ , производится по эмпирическим данным и позволяв1 Фо

оценить сумму 5 внешнего и внутреннего источника озона в тропосфере

3 марте-апреле, для <р « 30°1Т составляющие меридионального потока •

средний меридиональный перенос, а также штоки за счет стационарных :

нестационарных вихрей невелики и вклад члена ¥ф не учитывался

мэ

Весной, в верхней и средней тропосфере внетропических широт содержание озона превышает его фотохимически равновесный уровень и следовательно, величина О весной имеет либо отрицательное либ небольшое положительное значение. Поэтому весной г является нижне: оценкой потока озона через тропопаузу или несколько превышает ег значение. Полученная оценка г для области СП севернее 30°Н ; марте-апреле составляет 2,7'107 т/мес, что соответствует средне: плотности штока озона 1,1 МО11. мол'смг"сек~1. В 2.5.2 продемонстрированы , межполушарные различия процессо:

стратосферно-тропосферного обмена озоном. Динамика роста содержани тропосферного озона в СП в зимне-весенний период характеризуете проникновением области увеличения содержания озона, ограниченной январе верхней тропосферой, в апреле до поверхности земли в .средни пифотах и до верхней границы погранслоя в высоких широтах Аналогичное зимне-Еесенее увеличение содержания озона в тропосфере Ю ограничено средними и субтропическими широтами и не опускается ниж уровней средней тропосферы.

В третьей главе на базе данных зондирования двух наиболе

одежных высокоширотных станций Резольют (Арктика) и Амундсен-Скотт (Антарктика) выполнез! анализ внутригодовой изменчивости ВРО в юлярных областях. Сравнение ВРО, проведенное в разделе 3.1, хеказало, что в Арктике содержание озона в тропосфере в течение всего ■■ода , а также осенью, зимой и летом в стратосфере больше по зравнению с соответствующими содержаниями озона в Антарктике, причем яаксимальные различия достигаются весной, в период существования 5зонной "дыры". Анализ особенностей внутригодовой -эволюции ВРО, фоведенный в разделе 3.2, показал, что над ст.Резольют различные базы годового хода достигаются ранее всего в стратосфере к нижней гасти погранслоя, а в средней тропосфере соответствующие режимы запаздывают на 3-4 месяца. Отмечено, что подобная последовательность фоцессов увеличения и уменьшения озона в стратосфере и тропосфере сказывает на зажную роль стратосферно-тропосферного обмена в ршамике и внутригодовой эволюции тропосферного озоеэ в северной юлярной области. Обособленная эволюция озона в погранслоэ указывает ) его динамической * изолированности- причиной которой, вероятно, шляются мощные и продолжительные нижнетропосферные температурные шверсии. Причиной резкого уменьшение приземного озона весной ¡ероятно является разрушение озона в реакциях с продуктами фотохимического разложения броморганических соединений, поступающих ;юда из океана 2 накапливающихся под слоем температурной инверсии. 1оказано, что изменчивость озона в средней стратосфере зимой, юпровождаемая потеплением этой области, а также усилением '.еридиональной и (в ряде случаев) обращением зональной компоненты ¡етра . связана с проявлениями внезапных зимних стратосферных ютеплений. Наибольшая изменчивость озона отмечена в области 14-16 км - заметно ниже слоя его максимальной концентрации (18-19 км). Анализ

внутригодовой эволюции озона над южной полярной областью выявил обособленные режимы изменчивости озона в различных слоях атмосферы, Выделяется слой максимума озона, а также слой нижней и средне} тропосферы. Наибольшая изменчивость отмечена в слое максимально! концентрации озона (16-20 км). Продемонстрирована высотно-временна: динамика озонной "дыры". Отмечено, что при заполнении озонной "дыры существенно повышается высота уровня максимальной концентрации, чт< говорит об адвекции озона из более низких широт, где слой озон приподнят по сравнению с полярными, широтами. Анализ внутригодово; эволюции ВРО за 1971 и 1986 года показал, что уменьшени стратосферного озона весной в Антарктике имело место и раньше Различия между эффектами состоят в том, что уменьшение озона в 197 году имело место месяцем раньше, а также, что в 1971 году ЕаиСоле сильное уменьшение озона отмечено значительно выше уровня максимум озона, в то время как в 1986 году максимальное уменьшение озон наблюдалось в окрестностях слоя максимума. Показано, чт. стратосферная озонная "дыра" влияет и - на содержание тропосферног озона до высот 7-8 км. В полярных областях отношение смеси озона его вертикальный градиент в широком слое от нижней стратосферы } средней тропосферы испытывают , как правило, синфазные изменения годовом ходе. Это может быть, в частности, если содержание озона этом слое контролируется сверху. Гармонический анализ годоеого хо; озона, проведенный в разделе 3.3, показал, что в верхней тропосфере нижней стратосфере над ст.Разольют годовая гармоника преобладает н; полугодовой. Над ст.Амундсан-Скотт вклад годовой и полугодов! гармоник сравним между собой. Над ст. Резольют годовая гармони достигает фазы максимума'ранее всего в приземном слое атмосферы, затем в стратосфера, откуда эта фаза постепенно распространяется

среднюю тропосферу. Фаза максимума полугодовой гармоники имеет более монотонное высотное распределение. Выше погранслоя фазовая кривая полугодовой гармоники приближается к кривой для годовой гармоники, усиливая максимум и уменьшая минимум годового хода озона. На уровне арктической тропопаузы какие-либо заметные особенности в распределении фазовых кривых отсутствуют. Напротив, в Антарктике фаза годовой гармоники терпит разрыв в слое изменения уровня тропопаузы, где она опережает на 4-5 мес. соответствующую фазу выше и ниже этого слоя. В разделе 3.4 исследована связь ВРО с метеопараметрами. Высокие положительные коэффициенты корреляции (КК) между концентрацией озона и температурой отмечены для обеих станций вблизи тропопаузы во все сезоны. Положительные КК в окрестности троцопаузы объясняются совместной эволюцией озона, температуры и высоты тропопаузы, вероятно, за счет вертикальных движений воздуха в этом слое. В тропосфере над ст.Резольют высокие положительные КК 'отмечаются весной. В нижней и средней стратосфере над ст.Резольют КК летом и зимой положительны, а в переходные сезоны отрицательны. Высокие отрицательные КК над ст.Резольют в окрестности 25 км зимой объясняются горизонтальными потоками озона за счет нестационарных вихрей, имеющих зимой юго-юго-западное направление. В средней стратосфере над ст.Амундсен-Скотт весной и летом отмечены высокие положительные значения КК. Анализ корреляционной связи между озоном и температурой на разных временных масштабах показал, что совместная эволюция озона и температуры на масштабах от нескольких суток до месяца в среднем коррелирована одинаковым образом. В разделе 4.5 приведены оценки потоков озона через уровень средней тропопаузы, а гакже через уровень 7 км в полярных областях. По методике, оценки тотоков озона из стратосферы в тропосферу с использование данных

озонного зондирования и уравнения неразрывности (см. 2.5.1) рассчита! суммарный член 5 - сумма вертикального потока озона из стратосферы ] тропосферу и интегрального фотохимического источника. На; ст.Амундсен-Скотт нижняя оценка потока озона через тропопаузу ] середине зимы и весной составляет 5,5"1010 мол'см"г/с з З'Ю10 мол"см"г/с соответственно. Нижняя оценка фотохимического ста тропосферного озона составляет 3*101Омол'см"г/с в начале лет; Значения Б для' на уровне средней тропопаузы и на уровне 7 км близга между собой. Это указывает на то, что стратосферно-тропосферный обме] над ст.Резольют воздействует на содержание тропосферного озона п< крайней мере до уровней средней тропосферы. Над ст.Амундсен-Скот1 зимой поток озона достигает значений 4,5*1010 мол"см-с7с. В начал весны, когда тропопауза все еще высокая и слабо выраженная, ] условиях развития стратосферной озонной "дыры" величина 5 достигав1 высокого отрицательного значения -3,5'Ю10 мол'см~2/с. Полагая, чт< поток озона через тропопаузу сохраняется на прежнем уровне, можн< оценить фотохимический сток тропосферного озона в 8'Ю10 мол*см~2/с В отличие от Арктики'потоки озона в Антарктике обычно не проникают ; тропосферу ниже 7 км, что свидетельствует о нарушени стратосферно-тропосферных связей в Антарктике на уровне средне; •тропосферы.

В четвертой главе на базе данных станций озонного зондирования имеющих наиболее длинные ряды наблюдений ВРО и представляющи различные климатические зоны, анализируется межгодовая изменчивость : вертикальных распределениях озона, температуры, зональной меридиональной компонентах ветра, выделяются квазидвухлетки колебания, производится оценка амплитуд КДЦ в озоне и температуре, также исследуются сезонные различия -в проявлении эффектов КДЦ

Доведенный з разделе 4.1 анализ автокорреляционных функций временных рядов ЕРО показал, что в межгодовой изменчивости вертикальных распределений озона, температуры и цетра на разных высотах доминируют солебания различных периодов. В озоне КДЦ наиболее отчетливо гооявляется з стратосфере е района озонного максимума. В стратосфере збнаруииваются также колебания с периодами, лежащими в интерзале от 3 10 7 лет, а в тропосфере - 11-14 лет, причем квазидвухлетняя именчивость часто проявляется на фоне этих колебаний или во взаимодействии с ними. В вертикальных распределениях температуры и 'оризонтальЕых компонент ветра, как и в озоне, на разных высотах фоявляются колебания различных периодов, причем прямого соответствия гежду доминирующими периодичностями в автокорреляционных функциях >азных параметров, как правило, не обнаруживается. Для КДЦ наилучшее юответствиэ отмечено между озоном и температурой в нижней ¡тратосфере. Отмечен региональный характер проявления КДЦ во ®етропических широтах СП. В разделе 4.2 с помощью метода наложенных 'эпох" выявлена временная динамика эффекта КДЦ в содержании озона и в редней температуре в четырехкилометровых слоях на разных высотах «тносительно фиксированной фазы КДЦ стратосферного ветра над кватором. Полученные результаты в первую очередь свидетельствуют о ом, что связь между КДЦ в экваториальном ветре и квазидвухлетней зменчивостью озона в средних и высоких широтах действительно имеет :есто. Показано, что для восточной фазы КДЦ экваториального ветра на О мб характерны положительные отклонения содержания озона в тратосфере а для западной - отрицательные. Максимальный эффект КДЦ озоне отмечается в слое. 16-20 км в высоких широтах СП и в меренных широтах обеих полушарий, а также в слое 20-24 км над убтропиками СП. Амплитуда квазидвухлетнего колебания содержания

озона в 4-х километровом слое здесь достигает 10 единиц Добсона. Высота слоя максимального эффекта в СП понижается с широтой при переходе от субтропических широт к средним и полярным. В средних широтах СП и ЮП эффекты КДЦ в озоне находятся в фазе друг с другом. Квазидвухлетняя изменчивость в температуре наиболее отчетливо проявляется в стратосфере высоких и субтропических широтах СП, где амплитуда квазидвухлетнего колебания достигает Л,2°С. Эффекты КДЦ в озоне и температуре в субтропических широтах СП находятся в фазе друг с другом в слое 16-24 км и в противофазе в слое 28-32 км. В разделе 4.3 исследованы особенности вертикальных распределений озона, температуры, а также зональной и меридиональной компонент ветра в западной и восточной фазах экваториального ветра на уровне 50 мб. Выявлена сезонная зависимость различий ВРО в разных

фазах КДЦ и их региональные особенности. В нижней стратосфере высоких широт СП осенью, зимой и весной содержание озона в западной фазе КДЦ меньше его содержания в восточной, тогда как летом в западной фазе КДЦ содержание озона больше чем в восточной. Наличие сезонной зависимости свидетельствует, что изменчивость озона здесь определяется взаимным влиянием процессов разных временных масштабов. В стратосфере средних широт содержание озона в западной фазе обычно меньше, чем в восточной, тогда как в тропосфере средних и стратосфере низких широт в западной фазе КДЦ содержание озона, как правило, больше, чем в восточной. Для североамериканских станций различия между вертикальными распределениями озона, температуры и ветра в западной и восточной фазах КДЦ наиболее значительны в зимний сезон. Меньшее содержание озона зимой в нижней стратосфере в западной фазе КДЦ по сравнению содержанием озона в восточной фазе КДЦ свидетельствует в пользу волнового механизма переноса

сваториалъной квазидвухлетней озонной аномалии в средние и высокие фоты, в соответствие с которым больше озона должно переносится из фатосферы тропиков именно в восточной фэзэ КДЦ, чем в западной. В ¡зделе 4.4 выявлена высотная структура кзазидвухлетней изменчивости озона. Показано, что в интервале высот от земли до ~34 км в 1Соких и средних широтах СП н з интервале от 10 км до ~33 км в )едких широтах Ш озон подвержен кЕазидзухлетаим колебаниям с фиодом ~23 месяцев. В высоки;: и средних широтах СП кзазидзухлетние )лебания озона находятся примерно в фазе в области выше 25 км. В ¡тервале 25 км и до высоты тропопаузы кзазидзухлетние колебания юна запаздывают по фазе относительно .друг друга в направлении зерху вниз и происходит постепенное фазовое проникновение колебаний 1 средней стратосферы в нижнюю, со скоростью ~1 км/мес. На уровне юпопаузы происходит резкое изменение фазы колебаний. Высотная ¡висимость фазы колебаний в тропосфере характеризуется большим !знообразием - наблюдается как нисходящее изменение фазы колебаний, ж и восходящее. Над субтропиками СП квазидвухлетнее колебание ¡растеризуется нисходящией фазовой динамикой в интервале от 32 км и > земли с вертикальной скоростью ~0.8 км/мес. В вертикальных определениях средних амплитуд квазидвухлетних колебаний ■мечаются локальные высотные максимумы. В частности, над различными гионами средних широт максимальная квазидвухлетняя изменчивость мечается на высотах 12, 20 и 28 км. Применение различных, взаимно-полнящих, методов анализа .КДЦ в озоне, проявление плавных, язных еысотных зависимостей полученных характеристик,, а также зможность увеличения статистической значимости результатов путем ъединения данных ряда соседних высот существенно увеличивает стоверность результатов исследования КДЦ в ВРО.

В Заключении приводятся основные результаты работы:

1. Создан банк данных озонного зондирования, предназначенный д решения широкого круга Еаучных задач.

2. Построены эмпирические модели ВРО (локальные, региональны широтного разрешения, в высотной и в' логизобарической систе координат). Объем использованного для построения моделей материа существенно превышает ранее использованные и включает свежие (до 19 года включительно) данные озонного зондирования.

3. Проведен анализ внутригодовой изменчивости ВРО в широтно-высотном представлении.

4. Выполнен сравнительный анализ внутригодовой изменчивости Е в северной и южной полярных областях.

5. Предложен метод и сделаны оценки потоков озона из стратосфе в тропосферу для внетропических широт северного полушария и ; полярных , областей. Выявлены мезшолушарные различия процесс стратосферно-тропосферного обмена озоном.

6. Проведен • анализ межгодовой изменчивости вертикалы распределений озона, температуры и ветра. Выявлены высоты проявле* квазидвухлетней изменчивости.

7. Выявлен эффект КДЦ в содержании озона и в средней температз в слоях толщиной 4 км, центрированных на • разных высотах стратосфере, получены оценки амплитуд эффекта в глобальном масштас

8. Показана сезонная зависимость КДЦ в вертикалы распределениях озона, температуры и ветра.

9. Выявлена вертикальная структура квазидвухлетней изменчиво« в озоне. Получены вертикальные распределения средних амплитуд КДС озоне. Выявлена нисходящая высотная фазовая динамика квазидвухлет! колебаний з озоне.

список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Груздев А.Н., Ситнов С.А. Особенности вяутригодовой изменчивости

озона в полярных областях по данным озонного зондирования на станциях Разольют и Амундсен-Скотт// Изв. АН СССР. ФАО.1991. Т.27. N 4. С.396-407.

2. Gruzdev А.ГГ., Karol I.L., Kudryavtsov А.Р., Mokhov I.I., Sitnov S.A. Peculiarities oi polsr ozone annual course: analysis ol satellite and ozonesonde data and model results// Norsk Geologisk Tidsskrif.t. 1991. 771. N 3. P.183-187.

3. Груздев А.Н., Ситнов С.А. Годозой ход тропосферного озона и оценки тропосферно-стратосферного обмена в Арктике и Антарктике по данным озонного зондирования// Изв. АН СССР. ФАО. 1992. Т.28. N 9. С.943-S52.

4w Gruzdev A.N., Sitnov S.A. Tropospheric ozone annual variation and possible troposphere-stratosphere coupling in the Arctic and Antarctic as derived from ozone soundings at Resolute and Amundsen-Scott stations// Tellus. 1993. 7.45B. N 2. P.89-98.

5. Груздев А.Н., Ситнов С.А. Анализ годового хода тропосферного и стратосферного озона по данным озонозондов// Изв. РАН. ФАО. 1994. Т.30. N 4. С.491-500.

6. Sitnov S.A., Gruzdev A.N. Manifestation of quasi-biennial oscillation in ozone vertical distribution// Ozone in the Troposphere and Stratosphere, Part 1. Ed. H.D.Eudson". NASA CP-3266. 1994. P. 393-396.