Пространственно-временная динамика атмосферного озона и связанных с ним газовых примесей

Груздев, Александр Николаевич

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Пространственно-временная динамика атмосферного озона и связанных с ним газовых примесей
ВАК РФ 25.00.29, Физика атмосферы и гидросферы

Автореферат диссертации по теме "Пространственно-временная динамика атмосферного озона и связанных с ним газовых примесей"

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им. М.В. ЛОМОНОСОВА

ФИЗИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННАЯ ДИНАМИКА АТМОСФЕРНОГО ОЗОНА И СВЯЗАННЫХ С НИМ ГАЗОВЫХ ПРИМЕСЕЙ

На правах рукописи

Груздев Александр Николаевич

25.00.29 - Физика атмосферы и гидросферы

АВТОРЕФЕРАТ диссертации иа соискание ученой степени доктора физико-математических наук

003065340

Москва - 2007

003065340

Работа выполнена в Институте физики атмосферы им. A.M. Обухова Российской Академии наук

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук Кожевников Валентин Николаевич

доктор фнзико-математических наук Неру шеи Александр Федорович

доктор физико-математических наук Погорельцев Александр Иванович

Ведущая организация: Институт вычислительной математики Российской академии наук

Защита состоится «18 » октября 2007 г. в «15 » часов

на заседании диссертационного совета Д 501.001.63

при Московском государственном университете им. М.Б. Ломоносова

по адресу И9991 Москва, Ленинские горы, ГСП-1, МГУ им. М.В, Ломоносова,

Физический факультет, аудитория

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Физического факультета МГУ

Автореферат разослан « / » сентября 2007 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат физико-математических наук

В.Б. Смирнов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Введение. Атмосферный озон, концентрация которого в воздухе на различных высотах измеряется лишь миллионными и даже миллиардными долями, является, тем не менее, одним из важнейших атмосферных газов в силу своих оптических и химических свойств Поглощение озоном биологически активного компонента ультрафиолетовой солнечной радиации служит основным механизмом, регулирующим интенсивность этой радиации на поверхности Земли и, таким образом, наличие озонного щита является жизненно важным для существования разнообразных форм жизни на Земле Поглощение озоном коротковолновой солнечной радиации и излучение в инфракрасной области спектра (в окрестности 9 6 мкм) служат важнейшими составляющими радиационного и термического баланса атмосферы Наличие стратосферного озонного слоя радикальным образом влияет на температурную стратификацию стратосферы и, тем самым, оказывает важное воздействие на динамические процессы и климат стратосферы Благодаря высокой химической активности озон играет важнейшую роль в химических процессах в различных слоях атмосферы Участвуя во множестве реакций, он влияет на содержание других малых газовых составляющих атмосферы, обладающих важными радиационными или химическими свойствами В свою очередь, фотохимический баланс озона существенно зависит от концентраций других малых примесей атмосферы из разных химических семейств

Из малых атмосферных примесей, кроме озона, в диссертации рассмотрены, в частности, двуокись азота N0^, закись азота К20, азотная кислота ШЯОз, метан СН4 Двуокись азота - важнейший компонент семейства окислов азота, которое вносит основной вклад в химической разрушение озона в средней стратосфере Присутствие N02 необходимо для фотохимического образования озона в нижней тропосфере Метан и закись азота - важнейшие после углекислого газа парниковые газы атмосферы Кроме того, закись азота служит основным источником окислов азота в стратосфере, а метан - важным

источником гидроксила ОН в тропосфере и стратосфере Метан - также важнейший поставщик водяного пара в стратосфере и мезосфере, который тоже является важным источником гидроксила Цепочка окисления метана приводит к образованию перегидроксила водорода Н02, который, наряду с гидроксилом ОН, играет важнейшую роль в фотохимии тропосферного и стратосферного озона Азотная кислота служит важным резервуаром химически активных окислов азота в нижней стратосфере, а ее вымывание в тропосфере - основным механизмом удаления химически активных азотсодержащих соединений из атмосферы

Актуальность проблемы исследования. Чрезвычайно важная роль озона и связанных с ним атмосферных примесей в радиационных, химических и динамических процессах в атмосфере определяет актуальность всестороннего исследования их пространственно-временнбй изменчивости О серьезном внимании, уделяемом изучению озона и других атмосферных примесей, свидетельствует большое число национальных и международных программ в рамках Всемирной метеорологической организации (ВМО) и Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК). Подписание в 1987 г. Монреальского протокола было направлено на предотвращение начавшегося истощения стратосферного озонного слоя Регулярно наблюдавшееся в течение последних 20-25 лет сильное уменьшение содержания озона над южной полярной областью в весеннее время (антарктическая «озонная дыра») и обусловленное этим увеличение уровня биологически активной УФ радиации и климатические изменения в нижней тропосфере над Антарктикой и прилегающими областями подтвердили злободневность проблемы

Цель ■ задачи. Целью работы является экспериментальное и теоретическое исследование вариаций содержания озона и других газовых атмосферных составляющих на различных временных масштабах с оценкой амплитудных и фазовых характеристик вариаций и выявлением их региональных и крупномасштабных особенностей

Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи

1 Изучение характеристик годового хода содержаний озона, двуокиси азота, закиси азота, метана, азотной кислоты

2 Изучение особенностей и механизмов изменчивости содержания озона и двуокиси азота в полярных областях

3 Изучение квазидвухлетних вариаций озона, температуры, давления, скорости ветра в стратосфере и тропосфере

4 Изучение вариаций состава, температуры и динамики средней и верхней атмосферы под воздействием вариаций уровня солнечной активности

5 Изучение эффектов долговременной изменчивости и трендов содержания озона и двуокиси азота в стратосфере, оценки долговременных изменений термического режима средней атмосферы

6 Анализ спектральных и структурных закономерностей пространственно-временной изменчивости озона и двуокиси азота

Научная новизна.

1 Впервые проведены наблюдения N02в восточной Антарктиде и широком широтном секторе Атлантики северного и южного полушарий, получен уникальный материал о временнбй изменчивости и широтном распределении этой примеси. Получен первый и до сих пор единственный широтный профиль концентрации озона в приземном слое Антарктиды по измерениям с самолета. Впервые по данным дистанционных спектрометрических измерений на Звенигородской научной станции ИФА РАН получен многолетний материал одновременных измерений содержания N02 в стратосфере и тропосфере

2 Впервые выполнен анализ пространственной динамики основных фаз годового цикла содержания примесей, характеризующих различные режимы эволюции примесей в годовом ходе

3. Обнаружены два режима квазидвухлетней цикличности зональной скорости ветра в экваториальной стратосфере с периодами 2 и 2 5 года. Вариации с такими же периодами обнаружены в концентрации озона,

температуре, давлении, скорости ветра в стратосфере и тропосфере внетропических широт северного полушария

4 В различных атмосферных параметрах и концентрации озона обнаружены вариации с комбинационными частотами квазидвухлетней цикличности и годового цикла.

5 Показано, что квазидвухлетние вариации концентрации озона, температуры, давления, скорости ветра в тропосфере и стратосфере внетропических широт северного полушария обусловлены комбинированным влиянием Эль-Ниньо - Южного колебания, Североатлантического колебания и квазидвухлетней цикличности в экваториальной стратосфере

6 Обнаружены и проанализированы эффекты воздействия 11-летнего цикла солнечной активности на годовой ход стратосферного озона и получены оценки вклада динамического переноса в 11-летние вариации концентрации стратосферного озона во внетропических широтах северного и южного полушарий Показано, что термический и химический отклик атмосферы на 27-суточные вариации коротковолновой солнечной радиации имеет перемежающийся и нелинейный характер

7 Предложен и рассмотрен новый механизм внутрисуточной и межсуточной изменчивости концентрации озона в приземном слое атмосферы в Антарктиде за счет изменений циркуляции с участием стокового ветра (холодного воздуха, стекающего по антарктическому куполу под действием силы тяжести) Получены первые результаты о содержании и изменении стратосферного содержания N02 в восточной Антарктиде.

8 Проанализированы первые широтные разрезы общего содержания Ы02, полученные с помощью единого прибора, и выявлена тонкая структура широтного распределения N02

9 Впервые выявлены и оценены линейные тренды характеристик годового хода общего содержания озона Получена и проанализирована неизвестная ранее широтная структура линейных трендов стратосферного содержания N02

10 Показано, что в долговременные изменения термического режима мезосферы могут вносить значительный вклад не только изменения концентраций радиационно-активных газов, но и вероятные долговременные изменения активности внутренних гравитационных волн

11 Впервые показано, что спектры мощности флуктуаций содержания И02 в приземном слое атмосферы в диапазоне периодов от нескольких суток до нескольких месяцев подчиняются степенному закону с показателем около -0 4 Обнаружено, что меридиональные вариации концентрации озона в стратосфере в диапазоне горизонтальных масштабов от 200 до 6500 км подчиняются закону статистического самоподобия, показатель которого зависит от высоты и сезона

Достоверность научных положений и полученных результатов обусловлена большим объемом экспериментального материала, на основе которого сделаны основные выводы работы, подтверждением результатов с помощью различных методов анализа, использованием для интерпретации результатов наблюдений численных и аналитических моделей

Научная и практическая значимость полученных результатов

1 В работе решена крупная научная проблема исследования особенностей и механизмов пространственно-временной изменчивости атмосферного озона и связанных с ним малых газовых составляющих атмосферы (N02, N20, НМ}3, СН4 и других), имеющих важное значение в формировании климата средней и верхней атмосферы

2 Полученные автором закономерности вариаций содержания озона и двуокиси азота на различных временных масштабах, количественные оценки амплитуд и фаз вариаций этих примесей и характеристики их связи с изменениями циркуляции атмосферы и уровнем солнечной активности важны для понимания естественной изменчивости атмосферного озона и связанных с ним газовых примесей и прогноза межгодовых и многолетних изменений содержания озона.

3. Несомненную ценность представляют результаты исследований межгодовых и многолетних изменений общего содержания озона, позволяющие

вследствие этого осуществлять прогноз среднего уровня биологически активной ультрафиолетовой (УФ) солнечной радиации на поверхности Земли Полученные автором результаты о квазидвухлетней цикличности общего содержания озона использованы для теоретической оценки межгодовых вариаций дозы УФ радиации, получаемой биосферой Арктики

4 Усовершенствованная автором двумерная модель фотохимии, динамики и радиации атмосферы служит для изучения воздействия кратковременных и долговременных изменений содержания радиационно- и химически активных газов на температуру и состав средней атмосферы Разработанная автором одномерная фотохимическая модель используется в задаче мониторинга N02 в стратосфере и тропосфере на Звенигородской научной станции ИФА РАН, в том числе при мониторинге загрязнения приземного слоя атмосферы окислами азота Разработанная автором параметризация фотохимических процессов в уравнении переноса озона будет использована в климатической модели ИФА РАН

5 Разработанная при активном участии автора методика измерений содержания NO2 и результаты измерений содержания NO2 на Звенигородской научной станции ИФА успешно используются для валидации спутниковых измерений содержания NO2 Звенигородская научная станция включена в состав Международной сети по обнаружению стратосферных изменений (Network for the Detection of Stratospheric Change - NDSC), а результаты регулярных измерений содержания N02 в столбе стратосферы на Звенигородской станции представлены в базе данных NDSC и доступны для использования.

6 Полученные автором результаты о пространственной и временной изменчивости атмосферного озона и других атмосферных примесей используются для тестирования атмосферных моделей.

7 Научная и практическая значимость выполненных автором исследований подтверждается также тем, что они проводились по программам ГНТП № 18, Президиума РАН № 1 б и 30, международным программам MAP

(Middle Atmosphere Program), ARM (Atmosphenc Radiation Measurements), международной программе Европейского космического агентства "Cahbration and Validation of the Ozone Monitoring Instrument Data", в рамках хоздоговорных работ, в составе 33-й и 34-й Советских антарктических экспедиций

Основные положения, выносимые на защиту.

1 Амплитудные и фазовые характеристики сезонных изменений широтно-высотных полей содержания озона, метана, закиси азота, азотной кислоты, широтно-долготного поля общего содержания озона. Широтная структура характеристик годового и суточного хода стратосферного содержания двуокиси азота

2 Исследование механизмов изменчивости содержания озона и двуокиси азота в полярных областях Выявлен новый механизм внутрисуточной и межсуточной изменчивости приземного озона в Антарктиде под действием стоковых ветров Выявлена связь вариаций стратосферного содержания N02 в Антарктике с эволюцией зимнего стратосферного циркумполярного вихря

3 Результаты исследования квазидвухлетних вариаций общего содержания озона, концентрации озона, температуры, давления, скорости ветра в стратосфере и тропосфере Выявлены два режима квазидвухлетних вариаций указанных параметров с периодами около 2 и 2 5 лет, а также колебания с периодами около 20 и 8 5 мес, соответствующими комбинационным частотам квазидвухлетних вариаций и годового цикла.

4 Результаты исследования вариаций состава, температуры и динамики средней и верхней атмосферы под воздействием вариаций уровня солнечной активности Обнаружено влияние 11-летних вариаций солнечной активности на характеристики годового хода содержания стратосферного озона Всесторонне исследован отклик средней и верхней атмосферы на вариации уровня солнечной активности с периодом 27 суток

5 Оценки линейных трендов содержания двуокиси азота в стратосфере, оценки линейных трендов амплитудных и фазовых характеристик

годового хода общего содержания озона, оценки долговременных изменений термического режима средней атмосферы в результате возрастания концентраций парниковых газов и возможных долговременных изменений активности внутренних гравитационных волн

Личный вклад. Все результаты, представленные в диссертации, получены автором самостоятельно или при его непосредственном участии Постановка всех научных задач и планирование экспериментов и экспедиций сделаны автором Анализ результатов измерений и модельных расчетов, главным образом, выполнены автором Автором разработаны использованные в диссертации аналитические модели, выполнено усовершенствование двумерной численной модели фотохимии, радиации и динамики атмосферы SOCRATES и проведены все использованные в диссертации расчеты на ней Автор является инициатором, руководителем и непосредственным участником измерений содержания двуокиси азота в Антарктиде, Атлантике и на Звенигородской научной станции Методика определения содержания NO2 по результатам дистанционных спектрометрических измерений разработана при активном участии автора. Измерения концентрации озона в Антарктиде, представленные в диссертации, выполнены, главным образом, автором

Апробация работы. По теме диссертации было сделано несколько десятков докладов на отечественных и международных симпозиумах, конференциях и совещаниях Результаты работы докладывались на трех Четырехгодичных озонных симпозиумах (ФРГ, 1988 г , США, 1992 г , Греция, 2004 г), на XVI (ФРГ, 1991 г), XVII (Англия, 1992 г), XVIII (ФРГ, 1993 г), XIX (Франция, 1994 г), XX (ФРГ, 1995 г), XXI (Нидерланды, 1996 г), XXVI (Франция, 2001 г) и XXVII (Франция, 2002 г) Генеральных ассамблеях Европейского геофизического общества, на 2-м (Норвегия, 1992 г), 3-м (США, 1994 г) и 4-м (Нидерланды, 1996 г ) Циркумполярных симпозиумах по дистанционному зондированию окружающей среды Арктики, на 31-й (Англия, 1996 г ), 32-й (Япония, 1998 г ) и 36-й (Китай, 2006 г ) Научных ассамблеях COSPAR, на 1-й (Австралия, 1996 г) и 2-й (Аргентина, 2000 г ) Генеральных

ассамблеях SPARC, на V, X и XIV международных симпозиумах «Оптика атмосферы и океана Физика атмосферы» (Россия, 1998, 2003 и 2007 гг), на VI Всесоюзном симпозиуме по атмосферному озону (1985 г ), Всесоюзной конференции по атмосферному озону (1988 г), Всесоюзной конференции «Взаимосвязь региональных и глобальных процессов в атмосфере и гидросфере» (1988 г), Международном симпозиуме по исследованиям средней атмосферы (СССР, 1989 г), Международной конференции «Климат северных широт» (Норвегия, 1990 г ), Симпозиуме по тропосферной химии антарктического региона (США, 1991 г ), V Совещании по атмосферной оптике (СССР, 1991 г), Симпозиуме по наукам о средней атмосфере (Япония, 1992 г), Международном рабочем совещании по электродинамике и составу мезосферы (Россия, 1992 г ), Международном симпозиуме по экологическим эффектам загрязнения окружающей среды Арктики (Исландия, 1993 г), Международной конференции по прошлому, настоящему и будущему климату (Финляндия, 1995 г), Международной конференции по озону в нижней стратосфере (Греция, 1995 г), Шестой научной конференции Проекта по глобальной атмосферной химии (IGAC) (Италия, 1999 г), Второй международной конференции "Состояние и охрана воздушного бассейна и водно-минеральных ресурсов курортно-рекреационных регионов" (Россия, 2000 г), Международном радиационном симпозиуме (Россия, 2000 г ), Генеральной ассамблее IAMAS (Австрия, 2001 г ), Международном рабочем совещании "Развитие наземной сети наблюдений двуокиси азота в стратосфере" (Россия, 2001 г ), Международном симпозиуме стран СНГ "Атмосферная радиация" (Россия, 2002 г), Объединенной ассамблее EGS-AGU-EGU (Франция, 2003 г ), Всемирной конференции по изменению климата (Россия, 2003 г), Международной конференции по оптическим технологиям для изучения атмосферы, океана и окружающей среды (Китай, 2004 г), Генеральной ассамблее EGU (Австрия, 2005 г), Ассамблее IAMAS «Увлекательная атмосфера изменяемая и изменчивая» (Китай, 2005 г) Кроме того, результаты, вошедшие в диссертацию, докладывались и обсуждались на заседаниях

Ученого совета ИФА РАН, Президиума РАН, на Секции метеорологии и атмосферных наук Национального геофизического комитета России, на Межведомственных семинарах по атмосферному озону (ИФА РАН), на семинарах в ИФА РАН, Главной геофизической обсерватории им А И Воейкова (Санкт-Петербург), в Лаборатории аэрономии Национальной администрации по исследованиям океана и атмосферы (NOAA, Боулдер, США), в Институте исследований окружающей среды Кёльнского университета (Кельн, Германия), на обсерватории Хоэнпайсенберг (Германия)

По теме диссертации опубликовано более 100 научных работ, в том числе 44 в ведущих рецензируемых отечественных и иностранных журналах и изданиях Некоторые результаты диссертации опубликованы в отчете Всемирной метеорологической организации "Scientific Assessment of Stratospheric Ozone 1989" Автор диссертации был одним из ведущих авторов (Lead authors) первой главы отчета Межправительственной группы экспертов по изменению климата (IPCC) "Safeguarding the Ozone Layer and the Global Climate System Issues Related to Hydrofluorocarbons and Perfluorocarbons" (2005 г)

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, восьми глав, заключения и приложения Она содержит 328 страниц, включая 6 страниц приложений, 127 рисунков, 5 таблиц и список литературы из 545 наименований

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение. Во введении обосновывается актуальность темы диссертации, сформулированы цель и задачи исследования, отмечена новизна полученных результатов и выводов, их достоверность, личный вклад автора, обосновывается научная и практическая значимость работы. Выделены основные положения, выносимые на защиту

Глава 1 «Основные процессы н механизмы, определяющие пространственное распределение и баланс малых газовых примесей в

атмосфере». В первой главе приводятся основные сведения о фотохимических и динамических процессах, оказывающих влияние на распределение и временную эволюцию атмосферных примесей Конкретизируется понятие характерного времени фотохимической релаксации (ХВФР) примеси к состоянию фотохимического равновесия Рассмотрены основные временные циклы примесей и дан краткий обзор современного состояния проблемы их изучения

В разделе 1 1 на основе уравнения переноса примеси обсуждается роль динамических и фотохимических процессов в изменении содержаний примесей

В разделе 1 2 получено аналитическое решение упрощенного дифференциального уравнения фотохимической эволюции озона с квадратичной нелинейностью Параметрами решения являются фотохимически равновесная концентрация озона и ХВФР, которые выражаются аналитически через концентрации ОН, Н02, Н202, NO, N02, HNO3, СН302, плотность воздуха и коэффициенты скоростей реакций Рассчитаны широтно-высотные распределения этих параметров в зависимости от сезона с привлечением данных о других атмосферных примесях, полученных по расчетам на 2-мерной фотохимической модели SOCRATES (описана в главе 2)

В разделе 1 3 рассмотрены основные процессы динамического переноса примесей, действующие на глобальном и региональном масштабах Дан обзор современного состояния научных знаний о процессах крупномасштабного переноса в стратосфере, влиянии на примеси тропосферной циркуляции и изменений высоты тропопаузы, тропосферно-стратосферном обмене, крупномасштабных модах циркуляции, обратных связях озона и атмосферной динамики

В разделе 1 4 рассматриваются основные временные циклы содержания примесей Обсуждается состояние знаний и современные проблемы сезонных

изменений, суточных вариаций, квазидвухлетних вариаций примесей, воздействие на атмосферу 11-летнего цикла солнечной активности и 27-суточного цикла коротковолновой солнечной радиации

В разделе 1 5 приводится современная информация о многолетних изменениях и трендах стратосферного содержания озона и N0?, подробно освещена проблема многолетних изменений и трендов термических и циркуляционных характеристик мезосферы

Глава 2 «Данные и методы исследования». Глава 2 содержит информацию о данных наблюдений, привлекавшихся для решения задач диссертационной работы, использованных численных и аналитических моделях атмосферы, методах анализа данных измерений и моделирования

Раздел 2 1 приводит информацию об использованных данных наблюдений с указанием источника и, при необходимости, краткой характеристикой особенностей данных Использованы опубликованные среднезональные эмпирические модели широта о-высотных распределений и сезонных вариаций температуры и состава атмосферы (03, СН4, N20, HNO3), данные многолетних наземных измерений общего содержания озона (ОСО) на станциях мировой озонометрической сети и со спутников (прибор TOMS), данные одновременных измерений вертикальных профилей озона и метеопараметров с помощью озонозондов, данные о вертикальных профилях озона по измерениям со спутника (прибор SBUV), результаты измерений приземной концентрации озона в Антарктиде (в основном, измерения автора), данные измерений стратосферного содержания NO2 на Сети по обнаружению стратосферных изменений (NDSC) и с участием автора - в Антарктике, Атлантическом океане и на Звенигородской научной станции ИФА (ЗНС) Результаты измерений на ЗНС включают также данные о содержании N02 в приземном слое атмосферы. Кроме того, использовались данные о скорости экваториального стратосферного ветра, индексах крупномасштабных мод циркуляции, индексах солнечной активности из баз данных в Интернете, данные о спектральных потоках солнечной радиации по измерениям со

спутника UARS (предоставлены Ю Лин из Центра космических исследований им Е О Халберта в Вашингтоне)

В разделе 2 2 дано краткое описание применявшихся моделей Это двумерная (высота-широта) численная модель фотохимии, радиации и динамики атмосферы SOCRATES, разработанная в Национальном центре атмосферных исследований США (NCAR) и частично усовершенствованная автором, трехмерная глобальная химико-климатическая модель HAMMON1A, разработанная недавно в Институте метеорологии им Макса Планка в Гамбурге, одномерная фотохимическая модель атмосферы, разработанная автором для интерпретации результатов измерений содержания NO2 в стратосфере, аналитическая двумерная (в координатах широта-долгота) модель бароклинной атмосферы с учетом озонных притоков тепла, разработанная автором на основе динамической модели, первоначально сформулированной А М Обуховым

В разделе 2 3 описаны некоторые методы анализа, применявшиеся в данной работе, которые требуют определенных комментариев Это метод амплитудно-фазовых характеристик, предложенный И И Моховым, вейвлетный анализ, спектральные методы высокого разрешения, кросс-спектральный анализ высокого разрешения, методы анализа нелинейной изменчивости метод Грассбергера-Прокачча анализа размерности времениóro ряда и анализ отображения окружности

Глава 3 «Анализ сезонных изменений содержания примесей в стратосфере». Эта глава посвящена анализу сезонных изменений содержания озона, N02, N2O, СН4, HN03 в атмосфере Основным материалом для исследований послужили данные спутниковых, сетевых наземных и озонозондовых измерений, а также результаты измерений (с участием автора) содержания озона и N02 в Атлантике с корабля и многолетних измерений N02 на Звенигородской научной станции Впервые выполнен анализ пространственной динамики основных фаз годового цикла содержания примесей, характеризующих различные режимы эволюции примесей в годовом

ходе Для интерпретации части результатов анализа использованы модельные расчеты

В разделе 3 1 проведена диагностика пространственно-временной динамики широтно-высотных полей озона, СН», Ы20, ЬШОз в годовом ходе (ГХ) на основе данных спутниковых (эмпирические модели) и озонозондовых измерений с применением различных методов анализа, включая метод амплитудно-фазовых характеристик Изучены амплитудные характеристики ГХ примесей, которые характеризуются эволюцией во времени границ областей увеличения или уменьшения содержания примеси на заданную величину относительно распределения примеси в конкретный месяц Выполнен анализ динамики важных фазовых характеристик ГХ примесей 0-фазы, или фазы роста, и я-фазы, или фазы уменьшения, соответствующих моментам пересечения кривой годового хода со среднегодовым режимом на стадиях роста (0-фаза) и уменьшения (л-фаза) содержания примеси, фаз экстремальных значений содержания примесей в ГХ, соответствующих годовым максимуму и минимуму На рис 1 для примера показана широтно-высотная динамика 0-фазы ГХ отношения смеси озона в стратосфере Режим 0-фазы в верхней стратосфере южного полушария (ЮП) берет начало осенью в высоких широтах и распространяется к экватору, а затем вниз в направлении субтропической области в средней стратосфере, которой он достигает весной В средних широтах ЮП происходит опускание режима 0-фазы в средней стратосфере, также с локализацией субтропической области Запаздывание режима 0-фазы в субтропических широтах характерно и для северного полушария (СП) Существенное отличие от ЮП состоит в том, что в средней стратосфере СП режим 0-фазы распространяется из арктической области, где он наблюдается уже в первой половине зимы В верхней стратосфере СП режим 0-фазы распространяется в течение осени от уровня 40 км над Арктикой в направлении экваториальной стратопаузы

о.!

0,7

.» паю У " ''¡1— * **

8 '

Е^Г /о

й а

\~-ii_I . .ГУ Г_1_^___^ . «г . » I ,

«СМ 70 и Я 40 30 20 10 0 10 20 30 НО 50

80°К

Широта

60° Б

Рис 1 Фаза роста отношения смеси стратосферного озона в годовом ходе по спутниковым данным Целочисленные значения соответствуют середине месяца Сплошные и штрих-пунктирные изолинии соответствуют разным семействам Стрелки указывают направления распространения режима фазы роста

Важно, что динамика разных фаз ГХ примесей может существенно, даже принципиально, различаться Это зависит от степени ангармоничности ГХ Ее анализ выполнен по структурным характеристикам ГХ - интервалам превышения (продолжительность времени в году, когда содержание примеси выше среднегодового) и роста (продолжительность времени в году, когда содержание примеси возрастает)

Анализ данных озонозондовых измерений выявил, что сезонные изменения содержания озона в тропосфере в зимне-весенний период определяются притоком озона из стратосферы На основе проинтегрированного по тропосфере уравнения переноса озона получена оценка потока озона через тропопаузу во внетропических широтах СП, среднее значение которой для этих широт составило около 1011 мол/см2 в секунду

Относительно май

Широта

Относительно ноября

Широта

Рис. 2. Границы областей увеличения (со стороны заштрихованной части границ) оснащении N20 на 1 млрд"1 в последующей месяцы относительно

майского и ноябрьского распределений. Целочисленные значения соответствуют середине месяца.

Особенности эволюции в годовом ходе широта о-высоте ого ноля стратосферного содержания закиси азота демонстрируются на рис, 2, На нем показаны границы областей увеличения отношения смеси N20 па 1 млрд"1 относительно майского и ноябрьского распределений. Налицо важные междолушарные различия процессов роста концентрации íf¿0. В течение севернополутарного лета фронт увеличения NjO относительно майского распределения продвигается из тропиков в высокие широты СП. Распространение в направлении ЮП стабилизируется на экваторе. В течение юж кокону тарного лета происходит расширение области роста N20 относительно ноябрьского распределения не только в средние широты летнего, ЮП, но и в средние широты зимнего, СП. При этом зимой в арктической стратосфере возникает изолированная область увеличения "N^O, граница которой продвигается в средние широты СП.

Диагностика ГХ примесей показала, что особенности динамики ГХ разных примесей в целом существенно различаются. Конкретные механизмы, ответственные за эти особенности, должны изучаться с привлечением численных моделей. В то же время результаты диагностики полезны для тестирования моделей. По результатам расчетов на 2-мерной фотохимической модели,

выполненных И Л Каролем и А П Кудрявцевым, получено достаточно хорошее качественное соответствие амплитудно-фазовых характеристик ГХ озона с нашими результатами

Анализ амплитудно-фазовых характеристик ГХ температуры показал, что особенности ГХ озона в верхней стратосфере связаны с эволюцией поля температуры

В разделе 3 2 выявлены региональные особенности ГХ ОСО по данным измерений на мировой озонометрической сети По фазовым характеристикам ГХ выделены географические области наиболее раннего достижения разных фаз ГХ над северо-востоком Азии, Средней Азией и средними широтами Северной Америки Среднеширотные области долготно соответствуют положениям зимних квазистационарных ложбин в поле геопотенциала в нижней стратосфере СП С помощью аналитической двумерной озонно-динамической модели показано, что основные общие особенности пшротно-долготной динамики фаз ГХ ОСО можно объяснить сезонной эволюцией квазистационарных планетарных волн

В разделе 3 3 рассмотрены сезонные и суточные вариации стратосферного содержания по данным многолетних утренних и вечерних измерений общего содержания (ОС) и вертикального распределения N02 на Звенигородской станции и по данным измерений ОС на сети МЭБС Выявлены особенности широтного распределения ОС N02 в зависимости от сезона по измерениям с борта корабля (с участием автора) Получена широтная структура суточных и сезонных вариаций ОС N02

В данных измерений суточные вариации проявляются в разности утренних и вечерних значений содержания N02 при больших значениях вечернего содержания Эта разность имеет ярко выраженный сезонный и широтный ход Широтные максимумы разности во все сезоны находятся в окрестности 40^ и 40-45°8, где достаточно велики как содержание N02, так и длительность дня и ночи В процентном отношении они достигают 50-60% Сезонные максимумы разности в этих поясах достигаются в СП летом, а в ЮП

- в конце весны - начале лета в окрестности годовых максимумов ОС N0? В полярных широтах величина разности между вечерними и утренними значениями ОС N02 мала, а в периоды летнего и зимнего солнцестояний практически отсутствует, в соответствии с фотохимическими представлениями

Сезонный ход стратосферного содержания N02 примерно следует за годовым ходом солнечной инсоляции и характеризуется летним максимумом и зимним минимумом Максимальные по СП и ЮП абсолютные значения ОС N02, превышающие по данным вечерних измерений 6 1013 мол/см2, наблюдаются в середине лета в окрестностях 40°К и 60°8, минимальные (менее 1015 мол/см2) - в середине зимы в северной и южной полярных областях Значительные сезонные вариации содержания N02 в стратосфере приводят к тому, что содержание N02 в летнем полушарии выше содержания N02 в зимнем полушарии Этим объясняются глобальные закономерности полученных нами трех широтных разрезов ОС N02 в Атлантике и их сезонная зависимость По этим измерениям выявлена также тонкая широтная структура ОС N02, которая определяется региональными, в том числе, динамическими процессами В частности, особенности широтного распределения ОС N02 в разные сезоны связаны с положением и эволюцией стратосферного циркумполярного вихря и положением верхнетропосферного субтропического струйного течения

Амплитуда годового хода ОС N02 минимальна на экваторе и практически монотонно нарастает с широтой В полярных областях амплитуда ГХ достигает 80% от среднегодового значения ОС N02 На экваторе значение амплитуды менее 10%. В годовом ходе ОС N02 доминирует годовая гармоника, за исключением экватора, где амплитуды годовой и полугодовой гармоник сравнимы по величине

После извержения в 1991 г вулкана Пинатубо наблюдалась значительная отрицательная аномалия содержания N02 в стратосфере, длившаяся около 3-х лет В абсолютных единицах максимальный эффект уменьшения ОС N02 отмечен летом и в процентном отношении по данным вечерних измерений

составил 20-25% на всех широтах Процентное уменьшение утренних значений ОС Ы02 варьирует с широтой в пределах от 25 до 35%

Глава 4 «Особенности временнбго режима содержания озона и N02 в полярных областях». Особенности временных режимов озона и N02 в полярных областях более подробно исследованы в 4-й главе Изучались суточные, межсуточные и сезонные вариации Наблюдательным материалом послужили данные озонозондовых измерений и результаты измерений содержания озона и N02 в Антарктике (с участием автора)

В разделе 4 1 анализируются особенности регулярных сезонных вариаций и внутригодовой изменчивости озона в полярных областях по данным озонного зондирования на станциях Алерт (82 5°Ы) и Резольют (75°^ в канадской Арктике и Сёва (620Б) и Амундсен-Скотт (Южный полюс) в Антарктиде Выявлены особенности сезонной и внутрисезонной эволюции озона в полярных областях по сравнению со средними широтами

Показано, в частности, что важную роль в динамике и внутригодовой эволюции тропосферного озона в Арктике играет приток озона из стратосферы в зимне-весеннее время Однако, в отличие от средних широт СП, влияние стратосферно-тропосферного обмена в Арктике не распространяется на пограничный слой атмосферы, для которого характерна особая, обособленная от вышележащих слоев, внутригодовая эволюция Оз Это указывает на динамическую изолированность пограничного слоя, при которой затруднен обмен озоном с вышележащими слоями атмосферы На содержание и изменчивость озона в арктической стратосфере в отдельные годы оказывают сильное влияние внезапные зимние стратосферные потепления Показано, что они могут вызывать не только увеличение, как считалось прежде, но и уменьшение концентрации озона в области потепления

Доминирующая особенность сезонного хода стратосферного озона в антарктической стратосфере, начиная с 80-х гт прошлого столетия, -значительный весенний дефицит озона в нижней стратосфере - т н «озонная дыра» Наряду с этим в диссертации показано, что сильное уменьшение

концентрации озона в стратосфере, сравнимое по величине и продолжительности с эффектом «озонной дыры», имело место и значительно раньше - в начале 70-х гт

Корреляционный анализ концентрации 03, температуры, зональной и меридиональной составляющих скорости ветра показал, что внутрисезонная изменчивость озона в полярных областях выше примерно 25 км в осенне-зимний период определяется вихревым переносом Изменчивость 03 в слое от уровней средней тропосферы до высот нижней стратосферы тесно связана с режимом циркуляции в окрестности тропопаузы, конкретные механизмы этой связи требуют изучения

Раздел 4 2 посвящен сезонным и внутрисезонным изменениям двуокиси азота в Антарктике по данным измерений с активным участием автора в 1987/88 гг на станциях Молодежная и Мирный и в 1989 г в море Уэдделла, в результате которых впервые получены результаты о стратосферном содержании Ы02 в восточной Антарктиде и его изменениях Показано, что финальное потепление в стратосфере над Антарктидой в начале декабря 1987 г сопровождалось сильным увеличением ОСО (на 100 е Д ) и ОС Ы02 (более чем в 3 раза, см рис 3) В последующий летне-осенний период происходит постепенное уменьшение ОСО и ОС N02, на которое наложены вариации, обусловленные синоптическими процессами

По измерениям в сентябре-октябре 1989 г с борта корабля в широтном поясе 62-66°8 обнаружены значительные согласованные вариации ОС N02 (до 100%) и температуры, обусловленные зональной волновой структурой стратосферного циркумполярного вихря и его эволюцией

Таким образом, содержание и изменчивость ОС N02 в Антарктике в весенний период ключевым образом зависят от интенсивности и положения стратосферного циркумполярного вихря Большие градиенты концентрации N02 в области вихря в направлении периферии вихря вызывают значительную изменчивость ОС N02 в неподвижной точке наблюдений при эволюции вихря Сезонный рост ОС N02 в Антарктиде отличается большой скоростью и

Молодежная 1Ц 1..12

Мирный

1.02 1,0$

прямое солнце. у;ро

прямое солнце, вечер

В ЗЕ.-ННТ, уТрО

О зеннт,»ечер

300 320

20 40 да День

80 100

1937 г

1Й8Й г.

Рис. 3. Общее содержание N02 на станциях Молодежная (левая часть) и Мирный (правая часть) с ноября 1987 г. по начало апреля 1988 г. по данным измерений по прямому и рассеянному из зенита солнечному излучению. Вертикальными отрезками показаны случайные ошибки измерений.

определяется временем разрушения стратосферного вихря во время весенней перестройки циркуляции.

В разделе 4.3 исследуются механизмы изменчивости приземной концентрации озона в Антарктиде. Основная часть данных получена автором. ГГо измерениям приземной концентрации озона на побережье Антарктиды исследованы внутрисуточные и межсуточные вариации озона. Выявлены различные режимы изменчивости приземного озона, обусловленные циклонической активностью и циркуляцией в системе стоковых ветров. Показано, что стоковый ветер осуществляет перенос озона в прибрежную зону с континента. Суточные вариации направления приземного ветра воздействуют к а суточные вариации приземного озона.

Воздействие циркуляции, связанной со стоковыми ветрами, на приземный озон распространяется и на межсуточный масштаб. Обнаружена сильная положительная корреляция концентрации приземного озона с

температурой тропосферы выше пограничного слоя и антикорреляция с относительной влажностью Это обусловлено вовлечением в сток влажного морского воздуха Усиление режима стоковых ветров приводит к увеличению концентрации Оз в приземном слое Это подтверждается выполненными автором измерениями широтного распределения 03 в приземном слое Антарктиды с самолета, которые показали, что приземная концентрация 03 увеличивается при удалении вглубь континента

Глава 5 «Квазидвухлетняе вариации содержания озона и метеопараметров». Эта глава посвящена анализу квазидвухлетних вариаций скорости экваториального стратосферного ветра, концентрации озона, температуры, давления, скорости ветра в тропосфере и стратосфере северного полушария по данным многолетних сетевых радиозондовых и озонозондовых измерений и данным сетевых наземных измерений общего содержания озона

В разделе 5 1 выполнен подробный и всесторонний анализ вариаций зональной скорости экваториального стратосферного ветра в слое 70-10 гПа Обнаружены два режима квазидвухлетней цикличности (КДЦ) скорости ветра с периодами 2 и 2 5 года Важно, что этот результат получен тремя независимыми методами методом вейвлет-преобразования, путем спектрального анализа высокого разрешения и путем анализа отображения окружности Наличие этих двух периодов подтверждается и существованием спектральных максимумов с периодами 12 и 6 мес, а также 15, 10 и даже 7 5 мес, соответствующими гармоникам основных периодичностей Режимы колебаний со средними периодами 2 и 2 5 года периодически сменяют друг друга, примерно с периодом цикла солнечной активности Наряду с этим в спектрах скорости экваториального стратосферного ветра обнаружены спектральные пики на периодах 20, 8 и 8 7 мес, соответствующих комбинационным частотам двух режимов КДЦ и годового цикла, которые можно объяснить взаимодействием КДЦ с годовым циклом в силу нелинейности уравнений гидротермодинамики

Частоты двух основных режимов КДЦ находятся в дробно-рациональном отношении к частоте годового колебания (1/2 и 2/5), указывая на синхронизацию КДЦ с годовым ходом В качестве механизма синхронизации высказана возможность затягивания частоты и запирания фазы квазидвухлетних колебаний Как известно, такие эффекты могут наблюдаться в нелинейных системах с периодической вынуждающей силой

В разделе 5 2 рассмотрены квазидвухлетние вариации (КДВ) концентрации озона и метеопараметров (температуры, давления, зональной и меридиональной составляющих скорости ветра) по данным озонного зондирования в североамериканском (Канада) и западноевропейском регионах С помощью спектрального анализа высокого разрешения показано, что квазидвухлетние вариации этих величин в тропосфере и стратосфере имеют периоды, которые группируются в окрестности определенных значений, чаще всего вблизи значений 2 и 2 5 года В большинстве случаев значительны вариации с периодом около 20 мес, соответствующим одной из комбинационных частот (см выше) Обнаружены важные, в ряде случаев принципиальные различия КДВ различных параметров на одной и той же станции, а также различия КДВ одного и того же параметра не только между регионами, но и в пределах одного и того же региона Примеры спектров концентрации озона, температуры и зональной составляющей скорости ветра на двух канадских станциях Черчилль и Эдмонтон показаны на рис 4

Кросс-спектральный анализ высокого разрешения показал, что сложную картину и разнообразие квазидвухлетних эффектов можно объяснить комбинированным влиянием на внетропическую атмосферу КДЦ в экваториальной стратосфер«, Эль-Ниньо-Южного колебания (ЭНЮК) и Северо-Атлантического колебания (САК) Физические механизмы воздействий этих факторов на различные параметры могут быть разными Это объясняет различия КДВ разных параметров даже для одной и той же станции

Вариации стратосферного озона с периодом около 2 5 лет в обоих регионах статистически связаны с аналогичными вариациями скорости ветра в

Черчилль (5Э°Н Щ«М)

Озон

Тем! 1ература

Эдмонтон (5ГМ, 114^)

Температуре^

Период, мес Рис. 4. Логарифм спектральной плотности мощности флуктуации концентрации озона и температуры на станции Черчилль (59°1Ч, 94°\У) и зональной скорости ветра и температуры на станции Эдмонтон (54°К 114^). Единицы спектральной плотности: (мол/см3)2 'мес для концентрации озона, К2,мес для температуры, (м/с)2 *мес для скорости ветра.

экваториальной стратосфере и с вариациями индекса ЭНКЖ. Двухлетние вариации озона в стратосфере над Западной Европой связаны с ЭГГЮК, а 2-летние вариации озона в тропосфере - с САК. Выявлена более четкая связь 2.5-летних вариаций температуры с ЭНЮК, чем с экваториальной КДЦ, 2-летние вариации температуры в стратосфере и тропосфере объясняются вариациями ЭНЮК или САК. КДВ зональной и меридиональной составляющих скорости ветра в тропосфере и стратосфере над Канадой в большей мере, чем другие параметры, связаны с САК, которое влияет не только на 2-летние, но и на 2,5-летние вариации ветра. Однако над Западной Европой они определяются в первую

очередь влиянием ЭНЮК. КДВ озона характеризуются значительным фазовым сдвигом но вертикали (а в европейском регионе - и по горизонтали), что приводит к трудностям изучения КДВ в общем содержании озона.

В разделе 5 3 выполнен анализ квазидвухлетних вариаций ОСО по данным измерений на мировой озонометрической сети Несмотря на отмеченные выше трудности, он представляет немалый интерес ввиду значительно большего количества станций наблюдения ОСО и возможности более подробного изучения горизонтальной неоднородности характеристик КДВ озона Показано, что значения О СО в периоды западной и восточной фаз экваториального стратосферного ветра различаются, и соответствующая разность ОСО сезонно зависима Горизонтальное распределение КДВ ОСО можно описать в терминах сезонной эволюции этой разности АХ = X* - Хе, где индексы "w" и "е" соответствуют западной и восточной фазам экваториального ветра на уровне 50 гПа Отметим, например, уменьшение амплитуды и дробление крупномасштабной зональной структуры разности с изменением зонального волнового числа от 1 до 4 от зимы к лету Для тропического пояса в целом характерны положительные, а для средних и высоких широт -отрицательные значения разности

По результатам спектрального анализа высокого разрешения выявлены КДВ ОСО и вариации с комбинационной частотой КДВ ОСО определяются в основном колебаниями с периодами 28-30 мес Период вариаций с комбинационной частотой находится в окрестности 20 мес, а их амплитуда наиболее значительна в регионах, где существенна межсезонная эволюция границы раздела между тропическим поясом положительных значений АД'и внетропическими областями с АХ < 0, и незначительна в регионах с квазистационарными аномалиями АХ

Глава б «Воздействие вариаций уровня солнечной активности на состав, температуру и динамику средней атмосферы». В этой главе исследуется воздействие вариаций уровня солнечной активности на состав, температуру и динамику средней атмосферы по данным наблюдений и с помощью численных моделей Рассмотрен 11 -летний цикл солнечной активности и 27-суточный цикл, обусловленный вращением Солнца вокруг своей оси

Раздел 6 1 посвящен эффектам 11-летнего цикла солнечной активности (С А) в озоне и NO2 Обнаружены и проанализированы эффекты воздействия 11-летнего цикла СА на годовой ход стратосферного озона и получены оценки вклада динамического переноса в вариации концентрации стратосферного озона во внетропических широтах Для анализа данных измерений ОСО на мировой озонометрической сети и ОС N02 на сети NDSC применялись статистические модели множественной линейной регрессии, учитывающие линейный тренд, эффекты СА, КДЦ, ЭНЮК, САК, воздействие вулканического аэрозоля после извержений вулканов Пинатубо и Эль-Чичон (только для N02) Для интерпретации результатов анализа использована 2-мерная модель фотохимических, радиационных и динамических процессов SOCRATES В результате показано, что изменение коротковолновой солнечной радиации в 11-летнем цикле С А воздействует на интенсивность меридионального переноса стратосферного озона в течение осенне-зимнего

С о 2

СП

(О

1x1011 -1

8x1010 Н

4x101D Н

0x1 CP

ДО,, начало зимы ДО,, конец зимы • ДО, ^ начяло зимы ■ ДО, ^ конец зимы

> / / /

, 1 I 1 I 1 I 1

-ВО -60 -40 -20

0 20 Широта

Рис 5 Увеличение концентрации озона ДОз и величины динамически обусловленного прироста концентрации озона ДО3 <j>n на высоте 22 км в период максимума солнечной активности по сравнению с периодом минимума солнечной активности в начале и конце зимы по расчетам на модели SOCRATES

"I—I—I—I—I—I—I—Г

1960 1900 1970 1900 1990 2000

Киев (50 Э0 5°Е)

Амплитуда - 20

- |i . , , | i ii i| i i i i | i i i i 1965 1970 1975 19«0 19U '990 1999

Брисбен (27 4°S 153 1°Е)

Рис 6 Сглаженные скользящие 5-летние средние значения ОСО, амплитуды и фазы годовой гармоники ОСО на высокоширотной станции Леруик, тропической станции Хуанкайо, среднеширотной станции Киев и субтропической станции Брисбен В верхних частях рисунков приведен сглаженный ход среднемесячных значений индекса солнечной активности Рю7

периода Приток озона в средние широты возрастает при высоком уровне СА по сравнению с притоком в период минимума СА По данным моделирования этот механизм обеспечивает до 30% зимнего увеличения содержания озона в слое озонного максимума (около 22 км) в средних широтах ЮП в условиях высокой С А (рис 5) В средних широтах СП этот механизм вносит основной вклад в изменения содержания озона в этом слое во второй половине зимы при вариациях СА Изменение величины притока стратосферного озона под действием вариаций СА отражается на годовом ходе озона

Эффект СА в ОСО и характеристиках годового хода ОСО сильно зависит от региона Выделены два характерных типа квазидесятилетних вариаций фазы годовой гармоники ОСО' в фазе и в противофазе с вариациями СА (рис 6) Противофазные с солнечной активностью изменения фазы годовой гармоники

ОСО отмечены в высоких широтах Североатлантического региона и в тропическом поясе, а со-фазные изменения - в средних и субтропических широтах обоих полушарий Эти широтные различия могут быть объяснены общим усилением динамического притока стратосферного озона во внетропические широты в период максимума СА по сравнению с периодом минимума СА, наряду со смещением в СП положения широтного максимума этого избыточного притока озона в течение зимы из высоких широт в средние широты (рис 5)

Согласно данным наблюдений, в средних широтах обоих полушарий ОС N02 в период максимума СА в целом ниже, чем в период минимума СА Разность достигает 12% на Звенигородской станции Величина эффекта СА в средних широтах СП и ЮП уменьшается с уменьшением широты В целом из анализа эффекта СА в N02 следует вывод о его региональной зависимости Сопоставление с эффектом в ОСО показывает, что значительный отрицательный эффект СА в ОС N02 отмечен на станциях, которые расположены в регионах со значительным положительным эффектом СА в ОСО Эффект СА в N02 по расчетам с помощью модели SOCRATES в целом соответствует по знаку результатам анализа данных наблюдений Однако модельный эффект в несколько раз меньше, чем наблюдаемый на некоторых станциях Вероятная причина расхождений - региональный характер проявления эффекта СА в содержании примесей, что невозможно учесть в двумерной модели

В разделе 6 2 исследуется воздействие 27-суточных вариаций коротковолнового солнечного излучения на состав и термический режим средней и верхней атмосферы по результатам численного моделирования с помощью 3-мерной глобальной химико-климатической модели HAMMONIA Анализ модельных результатов показал, что в то время как вариации температуры и примесей, вызванные воздействием 27-суточного солнечного цикла, очень отчетливы и постоянны в верхней атмосфере, в стратосфере и мезосфере они имеют сильно перемежающийся характер и, вероятно, зависят

от динамической обстановки Получены широтно-высотные распределения чувствительности и фазовой задержки откликов температуры и химического состава атмосферы на 27-суточный солнечный цикл Отклики во внетропических широтах, как правило, сезонно зависимы и во многих случаях сильнее зимой, чем летом Чувствительности откликов нелинейно зависят от амплитуды солнечного воздействия, уменьшаясь с его усилением

Чувствительность отклика озона максимальна в верхней атмосфере, где она может превышать 10% на 1% изменений потока солнечной радиации на длине волны 205 нм В верхней стратосфере она может достигать \%!% Чувствительность термического отклика выше 110 км превышает 2 К на 1% изменений потока солнечной радиации на длине волны 205 нм, а ее значение в окрестности локального высотного максимума чувствительности в слое тропической стратопаузы над порядок меньше

Значения фаз откликов температуры и атмосферных примесей на 27-суточный солнечный цикл тоже зависят от высоты и широты Например, температурный отклик в окрестности стратопаузы и в термосфере происходит примерно в фазе с солнечным циклом, запаздывая по отношению к нему на 1-2 суток Запаздывание увеличивается до 5 суток в верхней мезосфере Концентрация озона над тропиками ниже 60 км изменяется примерно в фазе с солнечным циклом, опережая его в верхней части слоя на 1-2 суток, а выше 70 км - примерно в противофазе с солнечным циклом Опережение обусловлено, в частности, температурной зависимостью скоростей реакций

Чувствительность и фаза озонного отклика в стратосфере и нижней мезосфере в тропиках находятся в удовлетворительном согласии с имеющимися результатами наблюдений, в то время как выше 70-75 км имеются принципиальные различия между модельными и наблюдавшимися (только две серии данных) значениями фазы озонного отклика

Что касается температурного отклика, то может быть несоответствие между характеристиками наблюдаемого отклика по данным разных авторов, но в то же время характеристики модельного отклика температуры в верхней

стратосфере и нижней мезосфере соответствуют некоторым наблюдениям Однако нет никакого соответствия между расчетным и наблюдавшимся (только одна серия данных) температурными откликами выше 75 км В настоящее время недостаточно экспериментальных данных для всестороннего сопоставления модельных и наблюдаемых эффектов 27-суточного солнечного цикла

Модельные расчеты показали, что атмосферная циркуляция может оказывать важное воздействие на отклик атмосферы на 27-суточный солнечный цикл в средне- и высокоширотной стратосфере и мезосфере в зимний период

Глава 7 «Эффекты долговременной изменчивости)». В 7-й главе исследуются эффекты долговременной изменчивости содержания озона и N02 и термического режима мезосферы по данным наблюдений и с помощью численного моделирования

В разделе 7 1 оцениваются линейные тренды характеристик годового хода (амплитуд и фаз гармоник) общего содержания озона по данным многолетних наземных измерений на мировой озонометрической сети Оценки получены с помощью модели множественной линейной репрессии (описана в главе 6) Оказалось, что тренд фазы годовой гармоники ООО, если он статистически значим, везде положительный Но механизмы этого тренда в Антарктике и остальных областях разные Величина тренда фазы на некоторых станциях достигает 8 сут, а на станции Сева в Антарктиде - 18 сут за 10 лет Амплитуда годовой гармоники ОСО со временем увеличивается в Антарктике и в тропической зоне, а в остальных местах она уменьшается Во внетропических широтах тренд амплитуды годовой гармоники ОСО составляет по величине большую часть тренда среднегодового значения ОСО, что является результатом сезонной зависимости трендов ОСО К выявленным трендам характеристик годового хода ОСО может приводить долговременное уменьшение ОСО в зимний период, предшествующий моменту годового максимума ОСО, а в Антарктиде - многолетнее уменьшение значений ОСО в

период весенней «озонной дыры» с одновременным смещением сроков «дыры» на более поздние даты

В разделе 7 2 выполнен анализ линейных трендов ОС NO2 по данным измерений на сети NDSC Годовые и сезонные оценки трендов получены с помощью модели множественной линейной регрессии, учитывающей эффекты солнечной активности, Эль-Ниньо - Южного колебания, Североатлантического колебания и воздействие вулканического аэрозоля после извержений вулканов Пинатубо и Эль-Чичон Впервые получена широтная структура трендов NO2 (рис 7) В средних и низких широтах ЮП тренды преимущественно положительные, в то время как в средних и низких широтах СП -преимущественно отрицательные Максимальные значения положительных и отрицательных трендов составляют по модулю около 10% за 10 лет Годовые оценки трендов в высоких и полярных широтах, как правило, статистически незначимые В целом можно отметить антисимметричное распределение годовых оценок трендов относительно экватора Сезонные оценки трендов могут отличаться от годовых Так, зимой не только в ЮП, но и в СП в целом преобладают положительные значения трендов ОС N02 Летом статистически значимый тренд ОС NO2 отмечен в Арктике

По расчетам на 2-мерной модели SOCRATES получены небольшие отрицательные значения трендов ОС NO2 в средних широтах обоих полушарий (рис 7), что сильно расходится с результатами анализа данных наблюдений Вероятная причина расхождений кроется во влиянии на фотохимические изменения стратосферного содержания N02 изменений температуры и состава стратосферы с различной степенью компенсации их эффектов в N02 в зависимости от конкретных, в том числе, региональных условий

Раздел 7 3 посвящен моделированию долговременных изменений термического режима мезосферы По ракетным данным и по измерениям гидроксильной эмиссии учеными из ИФА, Центральной аэрологической обсерватории и Абастуманской обсерватории обнаружено значительное охлаждение мезосферы и слоя мезопаузы (Gohtsyn G S , Semenov А I, Shefov

Утро

и с о

-10

-20

- 20 1

Вечер

-80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 Широта

Рис 7 Годовые оценки линейного тренда содержания ЫОг в вертикальном столбе атмосферы (точки) и их 95%-е доверительные интервалы (вертикальные отрезки) в зависимости от широты по данным утренних и вечерних измерений и по расчетам с помощью модели SOCRATES (кривые)

N N , Fishkova L M , Lysenko Е V , Perov S P Long-term temperature trends m the middle and upper atmosphere Geophys Res Lett V 23 P 1741-1744 1996) Для выявления механизмов охлаждения нами были выполнены расчеты с помощью 2-мерной модели фотохимии, радиации и динамики атмосферы SOCRATES Исследованы эффекты увеличения приземных концентраций парниковых газов (С02, СН4, N2O и хлор-фтор-углеродов) за последние 50 лет в соответствии с наблюдаемыми трендами, увеличение концентрации водяного пара в средней атмосфере, а также эффекты вероятных изменений активности внутренних гравитационных волн (ВГВ)

Модельные расчеты показали, что наблюдаемое увеличение концентраций парниковых газов по отдельности вызывает охлаждение мезосферы Охлаждение, порождаемое ростом концентраций хлор-фтор-углеродов, связано в основном с уменьшением содержания озона

Одновременное увеличение концентраций парниковых газов ведет к большему охлаждению, хотя отклик атмосферы в этом случае не есть арифметическая сумма индивидуальных эффектов Общий эффект охлаждения в средней мезосфере составляет около 4-6 К Ниже модельной мезопаузы (-90 км) он около 3-4 К, за исключением внетропических широт СП зимой, где этот слой охлаждается на 5-7 К Однако величина охлаждения по модельным расчетам значительно меньше, чем по наблюдениям

Эффект охлаждения значительно возрастает при усилении форсинга за счет ВГВ Следует отметить, что форсинг за счет ВГВ в модели параметризуется Расчеты показывают, что предписанное уменьшение ускорения зонального потока и диффузии за счет ВГВ обычно приводит к потеплению верхней мезосферы Предписанное усиление ускорения и диффузии за счет ВГВ в большинстве случаев ведет к охлаждению этой области На рис 8 показан температурный отклик мезосферы в январе на 50-летнее увеличение приземных концентраций парниковых газов и одновременное усиление на 50% форсинга за счет ВГВ В этом случае зимнее охлаждение верхней мезосферы во внетропических широтах СП достигает 715 К Охлаждение летней мезопауза менее 2 К, в хорошем согласии с результатами наблюдений

Повышенный диффузионный перенос, вызванный обрушением ВГВ, ведет к увеличению содержаний примесей, чье отношение смеси уменьшается с высотой Концентрации метана и водяного пара претерпевают значительное увеличение, на десятки процентов, в слое мезопаузы В отличие от этого, обусловленная ВГВ диффузия не оказывает значительного влияния на концентрацию СОг, чье отношение смеси в средней атмосфере характеризуется малым вертикальным градиентом Увеличение СО2 почти полностью обусловлено увеличением приземной концентрации С02, а не усилением диффузии за счет ВГВ

Увеличение концентраций парниковых газов смещает радиационный баланс слоя верхней мезосферы и мезопаузы к более низким температурам

Рис. 8. Изменение температуры (К) в январе, вызванное увеличением концентраций парниковых газов за последние 50 лет и усилением ускорения и диффузии за счет ВГВ в 1.5 раза.

Другой эффект усиления связанной с ВГВ диффузии (которая обычно имеет место в слое мезопаузы) - это увеличение дивергенции направленного вниз диффузионного потока тепла, что также вызывает охлаждение. Этот механизм охлаждения мезопаузы более эффективен, если концентрации парниковых газов увеличиваются. Полученные модельные результаты предполагают, что изменения, вызванные ВГВ, могут быть так же важны при объяснении охлаждения верхней мезосферы и мезопаузы, как и наблюдаемые изменения концентраций парниковых газов. Следует также отметить, что модель не предсказывает каких-либо значительных изменений температуры в слое 92-95 км, в хорошем соответствии с наблюдениями.

Глава 8 «Спектральные а структурные закономерности пространственно-временнбй изменчивости примесей». Восьмая глава посвящена анализу спектральных и структурных закономерностей пространственно-временной изменчивости озона и N02 но данным сетевых и спутниковых измерений концентрации и общего содержания Оз и измерений приземного содержания К02 на Звенигородской станции,

В разделе 8 1 рассмотрены спектральные закономерности временной изменчивости озона и NO2 На примере приземной концентрации озона на станции Хоэнпайсенберг показано, что спектры приземного озона в диапазоне периодов от часа до нескольких суток в различные сезоны подчиняются степенному закону с показателем, близким к -5/3

Спектр содержания NO2 в приземном слое атмосферы, рассчитанный по результатам измерений на ЗНС, подчиняется степенному закону -0 4 в диапазоне периодов от нескольких суток до нескольких месяцев Такое низкое значение показателя степени обусловлено сильной межсуточной изменчивостью N02 в загрязненном приземном слое атмосферы

Спектр самого длинного ряда наблюдений ОСО на станции Ароза (более 70 лет измерений) показывает, что на межгодовом и многолетнем масштабах ОСО испытывает квазирегулярные вариации, которые группируются в определенных диапазонах периодов Как амплитуды, так и периоды этих вариаций непостоянны, а некоторые из вариаций могут со временем исчезать и появляться вновь Выделяются две наиболее регулярные компоненты вариаций с периодами 1 и 1/2 года На межгодовом и многолетнем масштабах в спектре ОСО проявляются вариации с квазидвухлетним (в среднем ~28 мес), квазитрехлетним (~3 5 лет), квази-пятилетним (~5 5 лет) и квазидесятилетним (~9 5 лет) периодами Особо отметим сильную и очень четкую комбинационную компоненту с периодом около 20 мес При этом важно, что на внутригодовом масштабе имеются вариации с другой комбинационной частотой ~8 мес В разделе 8 2 рассмотрены меридиональные структурные функции концентрации стратосферного озона для выявления статистических закономерностей горизонтального распределения озона Для анализа использованы данные измерений отношения смеси озона с помощью аппаратуры SBUV со спутника Nimbus 7 На рис 9 показан пример меридиональных структурных функции вдоль изобарической поверхности 50 гПа (-20 5 км) Видно их прекрасное соответствие степенному закону в диапазоне горизонтальных масштабов от 200 до 3300 км В ряде случаев на

отдельных уровнях степенной закон выполняется до масштаба 6600 км Степенной показатель структурных функций зависит от сезона и высоты и изменяется в пределах от 1 до 2 Такие высокие значения, по-видимому, связаны с наличием значительных

пространственных градиентов среднего поля озона Содержание озона проявляет довольно отчетливые тенденции изменений в широтном направлении с относительно малой изменчивостью на малых масштабах по сравнению с большими масштабами Тенденции связаны со структурами широтного распределения озона большого масштаба, в основном масштаба 3300 км, или 30° широты, а иногда масштаба 6600 км, или 60° широты

В Заключении сформулированы основные выводы диссертации

1 Проведены экспедиционные наблюдения содержания озона и N02 в Антарктике и в Атлантике и получен уникальный материал о временной изменчивости и широтном распределении этих примесей Собран большой материал наблюдений содержания Ы02 в стратосфере и тропосфере на Звенигородской научной станции ИФА РАН

2 На основе данных спутниковых, сетевых наземных и озонозондовых измерений ОСО и концентрации озона в тропосфере и

& 2

О 1 10

: Северное полушарие

Февраль

■ ___м Май

Август

Южное полушарие

1 •

Сентябрь

Июль

Март

0 1

100 1000 10000 Горизонтальный масштаб, км

Рис 9 Меридиональные структурные функции отношения смеси озона (символы) вдоль изобарической поверхности 50 гПа для трех месяцев в южном и северном полушариях и их аппроксимация степенной функцией (прямые)

стратосфере исследована пространственная динамика широтно-высотного поля концентрации озона и широтно-долготная динамика ОСО в годовом ходе По данным спутниковых измерений проанализирована широтно-высотная динамика стратосферного содержания метана, закиси азота, азотной кислоты в годовом ходе Изучены количественные характеристики и пространственная динамика различных фаз годового цикла примесей для наиболее важных стадий в режимах роста и уменьшения содержания примеси, в режимах формирования годовых экстремумов Получены пространственные распределения структурных характеристик годового хода примесей -интервалов роста и превышения

3 С использованием данных озонозондовых измерений показано, что важнейшим фактором сезонных вариаций концентрации озона в тропосфере в средних и полярных широтах является перенос озона в тропосферу из стратосферы Этот механизм имеет большее значение в северном полушарии

4 По данным измерений автором концентрации озона в приземном слое атмосферы и ОС N02 в Антарктике изучены временные вариации содержания этих примесей в южной полярной области Установлено, что одним из важных механизмов внутрисуточных и межсуточных вариаций приземного озона на побережье Антарктиды является циркуляция, связанная с режимом стокового ветра Межсуточные вариации ОС N02 в Антарктике в весенний период определяются эволюцией стратосферного циркумполярного вихря

5 На основе данных сетевых радиозондовых измерений скорости стратосферного ветра на экваторе и данных озонозондовых измерений концентрации озона, температуры, давления, направления и скорости ветра в тропосфере и стратосфере средних и полярных широт северного полушария выполнен всесторонний анализ квазидвухлетних вариаций этих параметров Обнаружены два режима квазидвухлетней цикличности зональной скорости стратосферного экваториального ветра со средними периодами 2 и 2 5 года Вариации с этими периодами обнаружены в концентрации озона, температуре, давлении, скорости ветра в стратосфере и тропосфере внетропических широт

северного полушария Во всех этих параметрах и в ОСО обнаружены вариации с периодами около 20 и 8 5 месяцев, соответствующими комбинационным частотам квазидвухлетних вариаций и годового цикла Показано, что квазидвухлетние вариации озона, температуры, давления, скорости ветра в тропосфере и стратосфере внетропических широт северного полушария обусловлены комбинированным влиянием Эль-Ниньо - Южного колебания, Североатлантического колебания и квазидвухлетней цикличности в экваториальной стратосфере

6 По данным сетевых и спутниковых измерений и с помощью численных моделей выполнено исследование вариаций состава, температуры и динамики средней и верхней атмосферы под воздействием вариаций уровня солнечной активности Обнаружены и проанализированы эффекты воздействия 11-летнего цикла солнечной активности на годовой ход стратосферного озона и получены оценки вклада динамического переноса в 11-летние вариации концентрации стратосферного озона во внетропических широтах северного и южного полушарий Рассчитаны широтно-высотные распределения амплитудных и фазовых характеристик вариаций температуры и концентраций примесей (озон, гидроксил, окись азота, двуокись азота, азотная кислота и др), вызванных 27-суточными вариациями солнечной радиации, обусловленными собственным вращением Солнца Показано, что термический и химический отклик атмосферы на 27-суточные вариации солнечной активности имеет перемежающийся и нелинейный характер

7 На основе данных измерений широтных распределений общего содержания Ы02, выполненных с участием автора, выполнен анализ особенностей широтного распределения стратосферного содержания N02 в зависимости от сезона. По данным сетевых измерений содержания Ы02 и измерений с участием автора на Звенигородской станции получены и проанализированы широтная структура амплитудных и фазовых характеристик сезонных и квази-десятилетних вариаций содержания N02 в столбе стратосферы, а также широтная структура внутрисуточных вариаций и

линейных трендов стратосферного содержания Ы02 в зависимости от сезона Установлено, в частности, что широтное распределение годовых оценок линейного тренда N02 во внеполярных широтах примерно антисимметрично относительно экватора с преобладанием положительных значений тренда в южном и отрицательных значений в северном полушариях

8 С помощью численного моделирования получены оценки долговременных изменений термического режима средней атмосферы в результате выброса в атмосферу парниковых газов и изменений активности внутренних гравитационных волн Показано, что наблюдаемое увеличение концентрации углекислого газа, метана, закиси азота, хлор-фтор-углеродов в нижней тропосфере приводит к охлаждению слоя верхней мезосферы и мезопаузы на несколько градусов за 50 лет в зимнее время (до 5-7 К во внетропических широтах), в то время как охлаждение в летний сезон незначительное Усиление активности внутренних гравитационных волн может значительно (до 2-х раз) увеличить эффект зимнего охлаждения этого слоя

9 По данным спутниковых измерений концентрации стратосферного озона, сетевых наземных измерений приземной концентрации озона и измерений содержания N02 (с участием автора) в приземном слое на Звенигородской станции выполнен анализ спектральных и структурных закономерностей изменчивости примесей Показано, что временные спектры мощности флуктуаций приземной концентрации озона в диапазоне периодов от нескольких часов до нескольких суток подчиняются степенному закону с показателем, близким к -5/3 Обнаружено, что спектр вариаций приземного содержания N02, вызванных эпизодами загрязнения, в диапазоне периодов от нескольких суток до нескольких месяцев характеризуется значениями степенного показателя, значительно меньшими по модулю единицы (~ -0 4) Обнаружено, что меридиональные вариации концентрации озона в стратосфере в диапазоне горизонтальных масштабов от 200 до 6500 км подчиняются закону статистического самоподобия со степенным показателем структурной функции большим единицы, зависящим от высоты и сезона

Основным итогом диссертационной работы следует считать решение крупной научной проблемы исследования особенностей и механизмов пространственно-временной изменчивости атмосферного озона и связанных с ним малых газовых составляющих, в результате которого впервые для большой совокупности пространственно-временных масштабов получены статистически значимые закономерности изменений примесей, необходимые для совершенствования современных представлений о климате средней и верхней атмосферы

Основные публикации по теме диссертации:

1 Груздев АЛ. Влияние озонного нагревания на динамику планетарных волн // Известия АН СССР Физика атмосферы и океана 1985 Т 21 № 11

С 1148-1159

2 Груздев АЛ. О возможности влияния озона на динамику планетарных волн / В кн Атмосферный озон Труды Y1 Всесоюзного симпозиума Л Гидрометеоиздат, 1987 С 266-270

3 Груздев АЛ., Мохов ИИ Диагностика динамики стратосферного озона в годовом ходе по спутниковым данным // Исследования Земли из космоса 1988 №2 С 3-10

4 Арабов АЛ, Груздев АЛ., Гиргждене Р В , Еланский Н Ф Измерения приземной концентрации озона на антарктической станции Мирный // Известия АН СССР Физика атмосферы и океана 1988 Т 24. №12

С 1276-1281

5 Gruzdev АЛ., Mokhov I.I Peculiarities of global dynamics of total ozone in annual course from surface measurements / In Ozone in the Atmosphere Eds RD Bojkov and P Fabian A DEEPAK Publishing 1989 P 117-119

6 Груздев АЛ., Мохов И И Особенности внутригодовой глобальной динамики общего содержания озона И Метеорология и гидрология 1990 №7 С 36-46

7 Груздев А.Н., Ситнов С А Особенности внутригодовой изменчивости озона в полярных областях по данным озонного зондирования на станциях Резольют и Амундсен-Скотт // Известия АН СССР Физика атмосферы и океана 1991 Т 27 №4 С 396-407

8 Gruzdev AJi., Karol IL , Kudiyavtsev A P, Mokhov 11, Sitnov S A Peculiarities of polar ozone annual course analysis of satellite and ozonesonde data and model results // Norsk Geologisk Tidsskrift 1991 V71 No 3 P 183187

9 Елохов А С , Груздев АЛ. Измерения общего содержания озона и двуокиси азота на антарктических станциях Молодежная и Мирный весной

1987 - осенью 1988 гг II Оптика атмосферы 1991 Т 4 №9 С 1006-1009

10 Груздев А.Н., Елохов А С Приземное содержание озона на антарктических станциях Молодежная и Мирный по измерениям весной 1987 г - осенью

1988 г II Известия РАН Физика атмосферы и океана 1992 Т 28 № 1 С 55-63

11 Груздев А.Н., Мохов И И Квазидвухлетняя цикличность в глобальном поле общего содержания озона по данным наземных измерений // Известия РАН Физика атмосферы и океана 1992 Т 28 № 5 С 475-486

12 Елохов А С , Груздев А.Н. Широтное распределение общего содержания озона и двуокиси азота над Атлантикой по измерениям в мае 1988 г И Известия РАН Физика атмосферы и океана 1992 Т 28 № 7 С 739-744

13 Груздев АЛ., Ситнов С А Годовой ход тропосферного озона и оценки тропосферно-стратосферного обмена в Арктике и Антарктике по данным озонного зондирования // Известия РАН Физика атмосферы и океана 1992 Т 28 №9 С 943-952

14 Gruzdev A.N., Elokhov A S , Makarov О V , Mokhov 11 Some recent results of Soviet measurements of surface ozone in Antarctica A meteorological interpretationII Tellus 1993 V 45B №2 P 99-105

15 Gruzdev A.N., Sitnov S A Troposphenc ozone annual variation and possible troposphere-stratosphere coupling in the Arctic and Antarctic as derived from

ozone soundings at Resolute and Amundsen-Scott stations II Tellus 1993 V 45B № 2 P 89-98

16 Elokhov A S , Gruzdev A.N. Spectrometry measurements of total N02 in different regions of the globe // Proceedings of SPIE 1993 V 2107 P 111-121

17 Груздев АЛ., Ситнов С А Анализ годового хода тропосферного и стратосферного озона по данным озонозондов // Известия АН Физика атмосферы и океана. 1994 Т 30 № 4 С 491-500

18 Груздев А.Н., Ситнов С А Характеристики внутригодовой изменчивости вертикального распределения озона по данным озонозондов // Известия АН Физика атмосферы и океана. 1995 Т 31 №1 С 69-76

19 Gruzdev A.N., Mokhov 11 Characteristics of intra-annual variations of N20 and CH4 in the middle atmosphere // Journal of Atmospheric and Terrestrial Physics 1994 V 56 №9 P 1095-1098

20 Grazdev A^i., Mokhov 11 Analysis of satellite measurements of ozone, N20 and CH4 annual and semiannual variations m the stratosphere // Polar Research 1994 V 13 № 1 P 13-22

21 Gruzdev A., Mokhov I Quasi-biennial oscillation in total ozone Global behavior derived from ground-based measurements / In Ozone in the Troposphere and Stratosphere Pt 1 (RD Hudson, ed) 1994 P 397-400

22 Sitnov S , Grazdev A. Manifestation of quasi-biennial oscillations in ozone vertical distribution / In Ozone in the Troposphere and Stratosphere Pt 1 (R D Hudson,ed) 1994 P 393-396

23 Elokhov A S , Gruzdev A.N. Total ozone and total N02 latitudinal distribution derived from measurements m the Atlantic Ocean in May 1988 / In Ozone in the Troposphere and Stratosphere PL2(RD Hudson, ed) 1994 P 695-698

24 Gruzdev АЛ. Possible changes m the dose of biologically active ultraviolet radiation received by the biosphere m the summertime Arctic due to total ozone interannual variability // The Science of the Total Environment 1995 V 160/161 P 669-675

25 Elokhov A S, Gruzdev АЛ. Estimation of troposphenc and stratospheric N02 from spectrometnc measurements of column N02 abundances II Proceedings of SPIE 1995 V 2506 P 444-453

26 Груздев Л.Н., Макаров О В Анализ нелинейной изменчивости в рядах измерений приземной концентрации озона в Антарктиде II Известия АН Физика атмосферы и океана 1996 Т 32 № 1 С 101-107

27 Ситнов С А, Груздев А.Н. Анализ квазидвухлетней цикличности в вертикальных распределениях озона и метеопараметров по данным озонозондов II Известия АН Физика атмосферы и океана 1996 Т 32 № 3 С 370-382

28 Голицын Г С , Арефьев В Н, Гречко Е И, Груздев AJL, Еланский Н Ф, Елохов А С , Семенов В К Газовый состав атмосферы и его изменения II Оптика атмосферы и океана 1996 Т 9 №9 С. 1214-1232

29 Груздев АЛ., Ситнов С А Различия вертикальных распределений озона и метеопараметров в фазах квазидвухлетней цикличности (по данным озонозондов) // Известия АН Физика атмосферы и океана 1997 Т 33

№ 1 С 91-103

30 Gruzdev АЛ. Scale mvanance of meridional distributions of stratospheric ozone H Advances in Space Research 1997 V 19 P 607-610

31 Gruzdev АЛ. Long-term variations and trends in the total ozone annual cycle / Proceedings of the First SPARC General Assembly (Melbourne, Australia, 2-6 December 1996) 1997 V 1 P 205-208

32 Bezverkhny V A , Gruzdev A.N. Long-term variations m interannual quasi-periodicities of total ozone / Proceedings of the First SPARC General Assembly (Melbourne, Australia, 2-6 December 1996) 1997 V 1 P 209-212

33 Grazdev AJV., Bezverkhny V.A Estimation of possible trends in ozone flux across the tropopause Proceedings of the First SPARC General Assembly (Melbourne, Australia, 2-6 December 1996) 1997 V 2 P 378-381

34 Безверхний В А, Груздев АЛ. Долговременные вариации квазидвухлетней цикличности атмосферного озона и скорости экваториального стратосферного ветра И Доклады АН 1998 Т 363 №1 С 110-113

35 Elokhov A S , Gruxdev AJÍ. Measurements of column contents and vertical distribution of N02 at Zvemgorod Scientific Station II Proceedings ofSPlE 1998 V 3583 P 547-554

36 Груздев АЛ., Безверхний В А Многолетние вариации квазидвухлетней цикличности экваториального стратосферного ветра // Известия АН Физика атмосферы и океана 1999 Т 35 № 6. С 773-785

37 Елохов А С , Груздев АЛ. Измерения общего содержания и вертикального распределения N02 на Звенигородской научной станции // Известия АН Физика атмосферы и океана 2000 Т 36 №6 С 831-846

38 Grazdev AJÍ., Bezverkhny V A Two regimes of the quasi-biennial oscillation m the equatorial stratospheric wind // Journal of Geophysical Research 2000 V 105 No D24 P 29435-29443

39 Elokhov A S , Grazdev AJÍ. Ground-based spectrometnc measurements of vertical distribution of N02 Ten years of observations at Zvemgorod Scientific Station / In. 1RS 2000 Current Problems in Atmospheric Radiation, W L Smith andYu M Timofeyev (Eds ) A Deepak Publishing, Hampton, Virginia 2001

P 859-863

40. Елохов А С , Груздев АЛ. Наблюдения загрязнения нижней тропосферы в районе Звенигорода двуокисью азота по данным десятилетних спектрометрических измерений / Вторая международная конференция "Состояние и охрана воздушного бассейна и водно-минеральных ресурсов курортно-рекреационныхрегионов" Кисловодск, 8-14 октября 2000г Сборник докладов Кисловодск, 2001 С 72-80

41 Груздев АЛ., Елохов А С Тренды содержания N02 в стратосфере над Звенигородом // Доклады АН 2002 Т 382 №5 С 678-681

42. Груздев А.Н., Безверхний В А Об источниках квазидвухлетней

цикличности в атмосфере северного полушария // Доклады АН 2003 Т 389 №4 С 528-531

43 Gruzdev AJÍ., Bezverkhny V A About sources of quasi-biennial variations m the Northern Hemisphere extratropical atmosphere / Proc XX Quadrennial Ozone Symposium, 1-8 June 2004, Kos, Greece 2004 P 341-342

44 Grazdev AJÍ., Elokhov A S , Brasseur G P Trends m stratospheric column NO2 at Zvemgorod, Russia / Proc XX Quadrennial Ozone Symposium, 1-8 June 2004, Kos, Greece 2004 P 963-964

45 Grazdev AJÍ., Elokhov A S Spectrometry measurements of NO2 m the near-surface layer at Zvemgorod, Russia / Proc XX Quadrennial Ozone Symposium, 1-8 June 2004, Kos, Greece 2004 P 965-966

46 Груздев A.H., Безверхний В А Квазидвухлетняя цикличность в атмосфере над Северной Америкой по данным озонозондов // Известия РАН Физика атмосферы и океана 2005 Т 41 № 1 С 36-50

47 Grazdev AJÍ., Brasseur G P Long-term changes m the mesosphere calculated by a two-dimensional model // Journal of Geophysical Research 2005 V 110 No D3 D03304, doi 10 1029/2003JD004410

48 Gruzdev AJÍ., Elokhov A S Ground-based spectrometnc measurements of vertical distribution and column abundance of N02 at Zvemgorod, Russia // Proceedings of SPIE 2005 V 5832 doi 10 1117/12 619837 P 292-299

49 Pyle J , Shepherd Th , Bodeker G , Canciani P , Damens M , Forster P , Gruzdev A., Mtlller R, Muthama N J , Pitan G , Randel W Ozone and climate A review of interconnections / In Safeguarding the Ozone Layer and the Global Climate System Issues Related to Hydrofluorocarbons and Perfluorocatbons IPCC Special Report IPCC 2005 P 83-132

50 Груздев АЛ., Безверхний В А Квазидвухлетние вариации озона и метеопараметров над Западной Европой по данным озонного зондирования // Известия РАН Физика атмосферы и океана 2006 Т 42 № 2 С 224-236

51 Груздев АЛ., Брассёр Г П Воздействие 11-летнего цикла солнечной активности на характеристики годового хода общего содержания озона // Известия РАН Физика атмосферы и океана 2007 Т 43 № 3 С 379-391 52. Груздев АЛ. Широтная структура трендов и эффекта солнечной

активности в стратосферном содержании N02 Н Доклады АН Т 416 № 1 2007

53 Груздев АЛ. Широтная структура вариаций стратосферного содержания N02 Н Известия РАН Физика атмосферы и океана 2008 Т 44

Содержание диссертации, доктора физико-математических наук, Груздев, Александр Николаевич

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ОСНОВНЫЕ ПРОЦЕССЫ И МЕХАНИЗМЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ ПРОСТРАНСТВЕННОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ И БАЛАНС МАЛЫХ ГАЗОВЫХ ПРИМЕСЕЙ В АТМОСФЕРЕ.

1.1. Уравнение переноса примеси.

1.2. Фотохимический баланс озона.

1.3. Процессы динамического переноса примесей.

1.4. Основные временные циклы содержания примесей.

1.5. Многолетние изменения и тренды.

ГЛАВА 2. ДАННЫЕ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.

2.1. Использованные данные.

2.2. Модели.

2.3. Методы анализа.

ГЛАВА 3. АНАЛИЗ СЕЗОННЫХ ИЗМЕНЕНИЙ СОДЕРЖАНИЯ

ПРИМЕСЕЙ В СТРАТОСФЕРЕ.

3.1. Пространственные особенности сезонного хода широтно-высотных полей озона, СН4, N20, НЖ)з.

3.1.1. Анализ спутниковых данных.

3.1.1.1. ОзонОз.

3.1.1.2. Закись азотаN20 и метан СН4.

3.1.1.3. Азотная кислота НЖ)з.

3.1.2. Характеристики внутригодовой изменчивости вертикального распределения озона по данным озонозондов.

3.2. Региональные особенности годового хода общего содержания озона по данным измерений на мировой озонометрической сети.

3.3. Сезонные вариации содержания двуокиси азота.

3.3.1. Содержание N02 в средних широтах северного полушария по измерениям на Звенигородской научной станции ИФА.

3.3.2. Особенности широтного распределения N в различные сезоны.

3.3.3. Широтная структура суточных и сезонных вариаций общего содержания N02.

ГЛАВА 4. ОСОБЕННОСТИ ВРЕМЕННОГО РЕЖИМА СОДЕРЖАНИЯ

ОЗОНА И Ы02 В ПОЛЯРНЫХ ОБЛАСТЯХ.

4.1. Особенности регулярных сезонных вариаций и внутригодовой изменчивости озона в полярных областях по данным озонного зондирования.

4.2. Сезонные и внутрисезонные изменения двуокиси азота в Антарктике.

4.3. Механизмы изменчивости концентрации приземного озона в Антарктиде.

ГЛАВА 5. КВАЗИДВУХЛЕТНИЕ ВАРИАЦИИ СОДЕРЖАНИЯ

ОЗОНА И МЕТЕОПАРАМЕТРОВ.

5.1. Два режима квазидвухлетней цикличности экваториального стратосферного ветра.

5.2. Квазидвухлетние вариации содержания озона и метеопараметров по данным озонного зондирования в североамериканском и западноевропейском регионах.

5.2.1. Северная Америка.

5.2.2. Западная Европа.

5.3. Квазидвухлетние вариации общего содержания озона по данным измерений на мировой озонометрической сети.

ГЛАВА 6. ВОЗДЕЙСТВИЕ ВАРИАЦИЙ УРОВНЯ СОЛНЕЧНОЙ АКТИВНОСТИ НА СОСТАВ, ТЕМПЕРАТУРУ И ДИНАМИКУ СРЕДНЕЙ АТМОСФЕРЫ.

6.1. Эффекты 11-летнего цикла солнечной активности.

6.1.1. Воздействие 11 -летнего цикла солнечной активности на характеристики годового хода общего содержания озона.

6.1.2. Воздействие 11 -летнего цикла солнечной активности на общее содержание двуокиси азота N02.

6.2. Воздействие 27-суточных вариаций коротковолнового солнечного излучения на состав и термический режим средней и верхней атмосферы по результатам численного моделирования.

ГЛАВА 7. ЭФФЕКТЫ ДОЛГОВРЕМЕННОЙ ИЗМЕНЧИВОСТИ.

7.1. Тренды характеристик годового хода общего содержания озона.

7.2. Тренды стратосферного содержания двуокиси азота N02.

7.2.1. Оценки трендов стратосферного содержания N02 и их широтная структура по данным наземных измерений.

7.2.2. Модельные оценки тренда.

7.3. Модельные оценки долговременных изменений термического режима мезосферы.

7.3.1. Модельные сценарии.

7.3.2. Результаты и их обсуждение.

7.3.2.1. Невозмущенное состояние (современные условия).

7.3.2.2. Увеличение концентраций парниковых газов.

7.3.2.3. Изменение форсинга за счет внутренних гравитационных волн.

7.3.2.4. Одновременное увеличение концентраций парниковых газов и усиление форсинга за счет внутренних гравитационных волн.

ГЛАВА 8. СПЕКТРАЛЬНЫЕ И СТРУКТУРНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННОЙ ИЗМЕНЧИВОСТИ ПРИМЕСЕЙ.

8.1. Спектральные закономерности временной изменчивости озона и N02.

8.2. Меридиональные структурные функции концентрации стратосферного озона.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Пространственно-временная динамика атмосферного озона и связанных с ним газовых примесей"

Атмосферный озон, концентрация которого в атмосферном воздухе на различных высотах измеряется лишь миллионными и даже миллиардными долями, является, тем не менее, одним из важнейших атмосферных газов в силу своих оптических и химических свойств. Поглощение озоном биологически активного компонента ультрафиолетовой солнечной радиации служит основным механизмом, регулирующим интенсивность этой радиации на поверхности Земли и, таким образом, наличие озонного щита является жизненно важным для существования разнообразных форм жизни на Земле.

Поглощение озоном коротковолновой солнечной радиации и излучение в инфракрасной области спектра (в окрестности 9.6 мкм) служат важнейшими составляющими радиационного и термического баланса атмосферы. Наличие стратосферного озонного слоя радикальным образом влияет на температурную стратификацию стратосферы и, тем самым, оказывает важное воздействие на динамические процессы и климат стратосферы.

Благодаря высокой химической активности озон играет важнейшую роль в химических процессах в различных слоях атмосферы. Участвуя во множестве реакций, он влияет на содержание других малых газовых составляющих атмосферы, обладающих важными радиационными или химическими свойствами. В свою очередь, фотохимический баланс озона существенно зависит от концентраций других малых примесей атмосферы из разных химических семейств.

Из малых атмосферных примесей, кроме озона, в диссертации рассмотрены, в частности, двуокись азота N02, закись азота N20, азотная кислота НЖ)з, метан СН4. Двуокись азота - важнейший компонент семейства окислов азота, которое вносит основной вклад в химической разрушение озона в средней стратосфере. Присутствие N02 необходимо для фотохимического образования озона в нижней тропосфере. Метан и закись азота - важнейшие после углекислого газа парниковые газы атмосферы. Кроме того, закись азота служит основным источником окислов азота в стратосфере, а метан - важным источником гидроксила ОН в тропосфере и стратосфере. Метан - также важнейший поставщик водяного пара в стратосфере и мезосфере, который тоже является важным источником гидроксила. Цепочка окисления метана приводит к образованию перегидроксила водорода НОг, который, наряду с гидроксилом ОН, играет важнейшую роль в фотохимии тропосферного и стратосферного озона. Азотная кислота служит важным резервуаром химически активных окислов азота в нижней стратосфере, а ее вымывание в тропосфере - основным механизмом удаления химически активных азотсодержащих соединений из атмосферы.

Актуальность проблемы исследования. Чрезвычайно важная роль озона и связанных с ним атмосферных примесей в радиационных, химических и динамических процессах в атмосфере определяет актуальность всестороннего исследования их пространственно-временной изменчивости. О серьезном внимании, уделяемом изучению озона и других атмосферных примесей, свидетельствует большое число национальных и международных программ в рамках Всемирной метеорологической организации (ВМО) и Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК). Подписание в 1987 г. Монреальского протокола было направлено на предотвращение начавшегося истощения стратосферного озонного слоя. Регулярно наблюдавшееся в течение последних 20-25 лет сильное уменьшение содержания озона над южной полярной областью в весеннее время (антарктическая «озонная дыра») и обусловленное этим увеличение уровня биологически активной УФ радиации и климатические изменения в нижней тропосфере над Антарктикой и прилегающими областями подтвердили злободневность проблемы.

Цель и задачи. Целью работы является экспериментальное и теоретическое исследование вариаций содержания озона и других газовых атмосферных составляющих на различных временных масштабах с оценкой амплитудных и фазовых характеристик вариаций и выявлением их региональных и крупномасштабных особенностей.

Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи.

1. Изучение характеристик годового хода содержаний озона, двуокиси азота, закиси азота, метана, азотной кислоты.

2. Изучение особенностей и механизмов изменчивости содержания озона и двуокиси азота в полярных областях.

3. Изучение квазидвухлетних вариаций озона, температуры, давления, скорости ветра в стратосфере и тропосфере.

4. Изучение вариаций состава, температуры и динамики средней и верхней атмосферы под воздействием вариаций уровня солнечной активности.

5. Изучение эффектов долговременной изменчивости и трендов содержания озона и двуокиси азота в стратосфере; оценки долговременных изменений термического режима средней атмосферы.

6. Анализ спектральных и структурных закономерностей пространственно-временной изменчивости озона и двуокиси азота.

Научная новизна.

1. Впервые проведены наблюдения ЫОг в восточной Антарктиде и широком широтном секторе Атлантики северного и южного полушарий, получен уникальный материал о временной изменчивости и широтном распределении этой примеси. Получен первый и до сих пор единственный широтный профиль концентрации озона в приземном слое Антарктиды по измерениям с самолета. Впервые по данным дистанционных спектрометрических измерений на Звенигородской научной станции ИФА РАН получен многолетний материал одновременных измерений содержания N02 в стратосфере и тропосфере.

2. Впервые выполнен анализ пространственной динамики основных фаз годового цикла содержания примесей, характеризующих различные режимы эволюции примесей в годовом ходе.

3. Обнаружены два режима квазидвухлетней цикличности зональной скорости ветра в экваториальной стратосфере с периодами 2 и 2.5 года. Вариации с такими же периодами обнаружены в концентрации озона, температуре, давлении, скорости ветра в стратосфере и тропосфере внетропических широт северного полушария.

4. В различных атмосферных параметрах и концентрации озона обнаружены вариации с комбинационными частотами квазидвухлетней цикличности и годового цикла.

5. Показано, что квазидвухлетние вариации концентрации озона, температуры, давления, скорости ветра в тропосфере и стратосфере внетропических широт северного полушария обусловлены комбинированным влиянием Эль-Ниньо - Южного колебания, Североатлантического колебания и квазидвухлетней цикличности в экваториальной стратосфере.

6. Обнаружены и проанализированы эффекты воздействия 11-летнего цикла солнечной активности на годовой ход стратосферного озона и получены оценки вклада динамического переноса в 11-летние вариации концентрации стратосферного озона во внетропических широтах северного и южного полушарий. Показано, что термический и химический отклик атмосферы на 27-суточные вариации коротковолновой солнечной радиации имеет перемежающийся и нелинейный характер.

7. Предложен и рассмотрен новый механизм внутрисуточной и межсуточной изменчивости концентрации озона в приземном слое атмосферы в Антарктиде за счет изменений циркуляции с участием стокового ветра (холодного воздуха, стекающего по антарктическому куполу под действием силы тяжести). Получены первые результаты о содержании и изменении стратосферного содержания N02 в восточной Антарктиде.

8. Проанализированы первые широтные разрезы общего содержания NO2, полученные с помощью единого прибора, и выявлена тонкая структура широтного распределения NO2.

9. Впервые выявлены и оценены линейные тренды характеристик годового хода общего содержания озона. Получена и проанализирована неизвестная ранее широтная структура линейных трендов стратосферного содержания NO2.

10. Показано, что в долговременные изменения термического режима мезосферы могут вносить значительный вклад не только изменения концентраций радиационно-активных газов, но и вероятные долговременные изменения активности внутренних гравитационных волн.

11. Впервые показано, что спектры мощности флуктуаций содержания NO2 в приземном слое атмосферы в диапазоне периодов от нескольких суток до нескольких месяцев подчиняются степенному закону с показателем около -0.4. Обнаружено, что меридиональные вариации концентрации озона в стратосфере в диапазоне горизонтальных масштабов от 200 до 6500 км подчиняются закону статистического самоподобия, показатель которого зависит от высоты и сезона.

Достоверность научных положений и полученных результатов обусловлена большим объемом экспериментального материала, на основе которого сделаны основные выводы работы, подтверждением результатов с помощью различных методов анализа, использованием для интерпретации результатов наблюдения численных и аналитических моделей. Сделанные научные выводы получили подтверждение в работах отечетственных и зарубежных исследователей и международной признание.

Научная и практическая значимость полученных результатов.

1. В работе решена крупная научная проблема исследования особенностей и механизмов пространственно-временной изменчивости атмосферного озона и связанных с ним малых газовых составляющих атмосферы (NO2, N20, HNO3, СН4 и других), имеющих важное значение в формировании климата средней и верхней атмосферы.

2. Полученные автором закономерности вариаций содержания озона и двуокиси азота на различных временных масштабах, количественные оценки амплитуд и фаз вариаций этих примесей и характеристики их связи с изменениями циркуляции атмосферы и уровнем солнечной активности важны для понимания естественной изменчивости атмосферного озона и связанных с ним газовых примесей и прогноза межгодовых и многолетних изменений содержания озона.

3. Несомненную ценность представляют результаты исследований межгодовых и многолетних изменений общего содержания озона, позволяющие вследствие этого осуществлять прогноз среднего уровня биологически активной ультрафиолетовой (УФ) солнечной радиации на поверхности Земли. Полученные автором результаты о квазидвухлетней цикличности общего содержания озона использованы для теоретической оценки межгодовых вариаций дозы УФ радиации, получаемой биосферой Арктики.

4. Усовершенствованная автором двумерная модель фотохимии, динамики и радиации атмосферы служит для изучения воздействия кратковременных и долговременных изменений содержания радиационно- и химически активных газов на температуру и состав средней атмосферы. Разработанная автором одномерная фотохимическая модель используется в задаче мониторинга NO2 в стратосфере и тропосфере на Звенигородской научной станции ИФА РАН, в том числе при мониторинге загрязнения приземного слоя атмосферы окислами азота. Разработанная автором параметризация фотохимических процессов в уравнении переноса озона будет использована в климатической модели ИФА РАН.

5. Разработанная при активном участии автора методика измерений содержания NO2 и результаты измерений содержания NO2 на Звенигородской научной станции ИФА успешно используются для валидации спутниковых измерений содержания NO2. Звенигородская научная станция включена в состав Международной сети по обнаружению стратосферных изменений (Network for the Detection of Stratospheric Change - NDSC), a результаты регулярных измерений содержания NO2 в столбе стратосферы на Звенигородской станции представлены в базе данных NDSC и доступны для использования.

6. Полученные автором результаты о пространственной и временной изменчивости атмосферного озона и других атмосферных примесей используются для тестирования атмосферных моделей.

7. Научная и практическая значимость выполненных автором исследований подтверждается также тем, что они проводились по программам ГНТП № 18, Президиума РАН № 16 и 30, международным программам MAP (Middle Atmosphere Program), ARM (Atmospheric Radiation Measurements), международной программе Европейского космического агентства "Calibration and Validation of the Ozone Monitoring Instrument Data", в рамках хоздоговорных работ, в составе 33-й и 34-й Советских антарктических экспедиций.

Основные положения, выносимые на защиту»

1. Амплитудные и фазовые характеристики сезонных изменений широтно-высотных полей содержания озона, метана, закиси азота, азотной кислоты, широтно-долготного поля общего содержания озона. Широтная структура характеристик годового и суточного хода стратосферного содержания двуокиси азота.

2. Исследование механизмов изменчивости содержания озона и двуокиси азота в полярных областях. Выявлен новый механизм внутрисуточной и межсуточной изменчивости приземного озона в Антарктиде под действием стоковых ветров. Выявлена связь вариаций стратосферного содержания NO2 в Антарктике с эволюцией зимнего стратосферного циркумполярного вихря.

3. Результаты исследования квазидвухлетних вариаций общего содержания озона, концентрации озона, температуры, давления, скорости ветра в стратосфере и тропосфере. Выявлены два режима квазидвухлетних вариаций указанных параметров с периодами около 2 и 2.5 лет, а также колебания с периодами около 20 и 8.5 мес, соответствующими комбинационным частотам квазидвухлетних вариаций и годового цикла.

4. Результаты исследования вариаций состава, температуры и динамики средней и верхней атмосферы под воздействием вариаций уровня солнечной активности. Обнаружено влияние 11-летних вариаций солнечной активности на характеристики годового хода содержания стратосферного озона. Всесторонне исследован отклик средней и верхней атмосферы на вариации уровня солнечной активности с периодом 27 суток.

5. Оценки линейных трендов содержания двуокиси азота в стратосфере; оценки линейных трендов амплитудных и фазовых характеристик годового хода общего содержания озона; оценки долговременных изменений термического режима средней атмосферы в результате возрастания концентраций парниковых газов и возможных долговременных изменений активности внутренних гравитационных волн.

Личный вклад. Все результаты, представленные в диссертации, получены автором самостоятельно или при его непосредственном участии. Постановка всех научных задач и планирование экспериментов и экспедиций сделаны автором. Анализ результатов измерений и модельных расчетов, главным образом, выполнены автором. Автором разработаны использованные в диссертации аналитические модели, выполнено усовершенствование двумерной численной модели фотохимии, радиации и динамики атмосферы SOCRATES и проведены все использованные в диссертации расчеты на ней. Автор является инициатором, руководителем и непосредственным участником измерений содержания двуокиси азота в Антарктиде, Атлантике и на Звенигородской научной станции. Методика определения содержания NO2 по результатам дистанционных спектрометрических измерений разработана при активном участии автора. Измерения концентрации озона в Антарктиде, представленные в диссертации, выполнены, главным образом, автором.

Апробация работы. По теме диссертации были сделаны доклады на следующих отечественных и международных симпозиумах, конференциях и совещаниях:

VI Всесоюзный симпозиум по атмосферному озону (Ленинград, 1985 г.); Всесоюзная конференция по атмосферному озону (Суздаль, 1988 г.); Всесоюзная конференция «Взаимосвязь региональных и глобальных процессов в атмосфере и гидросфере» (Тбилиси, 1988 г.); Четырехгодичный озонный симпозиум (Геттинген, ФРГ, 1988 г.); Международный симпозиум по исследованиям средней атмосферы (Душанбе, 1989 г.); Международная конференция «Климат северных широт» (Тромсё, Норвегия, 1990 г.); Симпозиум по тропосферной химии антарктического региона (Боулдер, США, 1991 г.); XVI Генеральная ассамблея Европейского геофизического общества (Висбаден, ФРГ, 1991 г.); V Совещание по атмосферной оптике (Томск, 1991 г.); Симпозиум по наукам о средней атмосфере I

Киото, Япония, 1992 г.); Международное рабочее совещание по электродинамике и составу мезосферы (Нижний Новгород, 1992 г.); XVII Генеральная ассамблея Европейского геофизического общества (Эдинбург, Англия, 1992 г.); Второй циркумполярный симпозиум по дистанционному зондированию окружающей среды Арктики (Тромсё, Норвегия, 1992 г.); XVIII Генеральная ассамблея Европейского геофизического общества (Висбаден, ФРГ, 1993 г.); Международный симпозиум по экологическим эффектам загрязнения окружающей среды Арктики (Рейкьявик, Исландия, 1993 г.); Четырехгодичный озонный симпозиум (Шарлотсвилль, США, 1992 г.); XIX Генеральная ассамблея Европейского геофизического общества (Гренобль, Франция, 1994 г.); Третий циркумполярный симпозиум по дистанционному зондированию окружающей среды Арктики (Фербенкс, Аляска, 1994 г.); Международная конференция по прошлому, настоящему и будущему климату (Хельсинки, Финляндия, 1995 г.); XX Генеральная ассамблея Европейского геофизического общества (Гамбург, Германия, 1995 г.); Международная конференция по озону в нижней стратосфере (Халкидики, Греция, 1995 г.); Четвертый циркумполярный симпозиум по дистанционному зондированию окружающей среды Арктики (Лингби, Нидерланды, 1996 г.); XXI Генеральная ассамблея Европейского геофизического общества (Гаага, Нидерланды, 1996 г.); 31-я Научная ассамблея COSPAR (Бирмингем, Англия, 1996 г.); 1-я Генеральная ассамблея SPARC (Мельбурн, Австралия, 1996 г.); 32-я научная ассамблея COSPAR (Нагойя, Япония, 1998 г.); 5-й Международный симпозиум по оптике атмосферы и океана (Томск, 1998 г.); Шестая научная конференция Проекта по глобальной атмосферной химии (IGAC) (Болонья, Италия, 1999 г.); Вторая международная конференция "Состояние и охрана воздушного бассейна и водно-минеральных ресурсов курортно-рекреационных регионов" (Кисловодск, 2000 г.); Международный радиационный симпозиум «Современные проблемы атмосферной радиации» (Санкт-Петербург, 2000 г.); 2-я Генеральная ассамблея

SPARC (Мар-дель-Плата, Аргентина, 2000 г.); XXVI Генеральная ассамблея EGS (Ницца, Франция, 2001 г.); Генеральная ассамблея IAMAS (Инсбрук, Австрия, 2001 г.); Международное рабочее совещание "Развитие наземной сети наблюдений двуокиси азота в стратосфере" (Звенигород, 2001 г.); 27-я Генеральная ассамблея EGS (Ницца, Франция, 2002 г.); Международный симпозиум стран СНГ "Атмосферная радиация" (Санкт-Петербург, 2002 г.); Объединенная ассамблея EGS-AGU-EGU (Ницца, Франция, 2003 г.); X объединенный международный симпозиум «Оптика атмосферы и океана. Физика атмосферы» (Томск, 2003 г.); Всемирная конференция по изменению климата (Москва, 2003 г.); XX четырехгодичный озонный симпозиум (Кос, Греция, 2004 г.); Международная конференция по оптическим технологиям для изучения атмосферы, океана и окружающей среды (Пекин, Китай, 2004 г.); Генеральная ассамблея EGU (Вена, Австрия, 2005 г.); Ассамблея LAMAS «Увлекательная атмосфера: изменяемая и изменчивая» (Пекин, Китай, 2005 г.); 36-я Научная ассамблея COSPAR (Пекин, Китай, 2006 г.); XIV международный симпозиум «Оптика атмосферы и океана. Физика атмосферы» (Бурятия, 2007 г.).

Результаты, вошедшие в диссертацию, также докладывались и обсуждались на заседаниях Ученого совета ИФА РАН, Президиума РАН, на Секции метеорологии и атмосферных наук Национального геофизического комитета России, на Межведомственных семинарах по атмосферному озону (ИФА РАН), на семинарах в ИФА РАН, Главной геофизической обсерватории им. А.И. Воейкова (Санкт-Петербург), в Лаборатории аэрономии Национальной администрации по исследованиям океана и атмосферы (NOAA, Боулдер, США), в Институте исследования окружающей среды Кёльнского университета (Кёльн, Германия), на обсерватории Хоэнпайсенберг (Германия).

Исследования по теме диссертации поддержаны Российским фондом фундаментальных исследований (проекты № 94-05-17190, 96-05-64904, 97-05-64988, 97-0579058, 99-05-64551, 00-05-64733, 00-07-90233, 02-05-64167, 02-05-64573, 04-05-64584, 04-0574666, 05-05-65034), Международным научно-технологическим центром (проекты № 2274, 3032, 3254).

По теме диссертации опубликовано более 100 научных работ, в том числе 44 в ведущих рецензируемых отечественных и иностранных журналах и изданиях. Некоторые результаты диссертации опубликованы в отчете Всемирной метеорологической организации "Scientific Assessment of Stratospheric Ozone: 1989". Автор диссертации был одним из ведущих авторов (Lead authors) первой главы отчета Межправительственной группы экспертов по изменению климата "Safeguarding the Ozone Layer and the Global Climate System: Issues Related to Hydrofluorocarbons and Perfluorocarbons" (2005 г.).

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, восьми глав, заключения и приложения. Она содержит 328 страниц, включая 6 страниц приложений, 127 рисунков, 5 таблиц и список литературы из 545 наименований.

Заключение Диссертация по теме "Физика атмосферы и гидросферы", Груздев, Александр Николаевич

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Краткими итогами настоящей работы являются следующие результаты:

1. Проведены экспедиционные наблюдения содержания озона и N02 в Антарктике и в Атлантике и получен уникальный материал о временнбй изменчивости и широтном распределении этих примесей. Собран большой материал наблюдений содержания N02 в стратосфере и тропосфере на Звенигородской научной станции ИФА РАН.

2. На основе данных спутниковых, сетевых наземных и озонозондовых измерений ОСО и концентрации озона в тропосфере и стратосфере исследована пространственная динамика широтно-высотного поля концентрации озона и широтно-долготная динамика ОСО в годовом ходе. По данным спутниковых измерений проанализирована широтно-высотная динамика стратосферного содержания метана, закиси азота, азотной кислоты в годовом ходе. Изучены количественные характеристики и пространственная динамика различных фаз годового цикла примесей для наиболее важных стадий: в режимах роста и уменьшения содержания примеси, в режимах формирования годовых экстремумов. Получены пространственные распределения структурных характеристик годового хода примесей - интервалов роста и превышения.

3. С использованием данных озонозондовых измерений показано, что важнейшим фактором сезонных вариаций концентрации озона в тропосфере в средних и полярных широтах является перенос озона в тропосферу из стратосферы. Этот механизм имеет большее значение в северном полушарии.

4. По данным измерений автором концентрации озона в приземном слое атмосферы и ОС N02 в Антарктике изучены временные вариации содержания этих примесей в южной полярной области. Установлено, что одним из важным механизмов внутрисуточных и межсуточных вариаций приземного озона на побережье Антарктиды является циркуляция, связанная с режимом стокового ветра. Межсуточные вариации ОС N02 в Антарктике в весенний период определяются эволюцией стратосферного циркумполярного вихря.

5. На основе данных сетевых радиозондовых измерений скорости стратосферного ветра на экваторе и данных озонозондовых измерений концентрации озона, температуры, давления, направления и скорости ветра в тропосфере и стратосфере средних и полярных широт северного полушария выполнен всесторонний анализ квазидвухлетних вариаций этих параметров. Обнаружены два режима квазидвухлетней цикличности зональной скорости стратосферного экваториального ветра со средними периодами 2 и 2.5 года. Вариации с этими периодами обнаружены в концентрации озона, температуре, давлении, скорости ветра в стратосфере и тропосфере внетропических широт северного полушария. Во всех этих параметрах и в ОСО обнаружены вариации с периодами около 20 и 8.5 месяцев, соответствующими комбинационным частотам квазидвухлетних вариаций и годового цикла. Показано, что квазидвухлетние вариации озона, температуры, давления, скорости ветра в тропосфере и стратосфере внетропических широт северного полушария обусловлены комбинированным влиянием Эль-Ниньо - Южного колебания, Североатлантического колебания и квазидвухлетней цикличности в экваториальной стратосфере.

6. По данным сетевых и спутниковых измерений и с помощью численных моделей выполнено исследование вариаций состава, температуры и динамики средней и верхней атмосферы под воздействием вариаций уровня солнечной активности. Обнаружены и проанализированы эффекты воздействия 11-летнего цикла солнечной активности на годовой ход стратосферного озона и получены оценки вклада динамического переноса в 11-летние вариации концентрации стратосферного озона во внетропических широтах северного и южного полушарий. Рассчитаны широтно-высотные распределения амплитудных и фазовых характеристик вариаций температуры и концентрации примесей (озон, гидроксил, окись азота, двуокись азота, азотная кислота и др.), вызванные 27-суточными вариациями солнечной радиации, обусловленными собственным вращением Солнца. Показано, что термический и химический отклик атмосферы на 27-суточные вариации солнечной активности имеет перемежающийся и нелинейный характер.

7. На основе данных измерений широтных распределений общего содержания N02, выполненных с участием автора, выполнен анализ особенностей широтного распределения стратосферного содержания N02 в зависимости от сезона. По данным сетевых измерений содержания N02 и измерений с участием автора на Звенигородской станции получены и проанализированы широтная структура амплитудных и фазовых характеристик сезонных и квази-десятилетних вариаций содержания N02 в столбе стратосферы, а также широтная структура внутрисуточных вариаций и линейных трендов стратосферного содержания N02 в зависимости от сезона. Установлено, в частности, что широтное распределение годовых оценок линейного тренда N02 во внеполярных широтах примерно антисимметрично относительно экватора с преобладанием положительных значений тренда в южном и отрицательных значений в северном полушариях.

8. С помощью численного моделирования получены оценки долговременных изменений термического режима средней атмосферы в результате выброса в атмосферу парниковых газов и изменений активности внутренних гравитационных волн. Показано, что наблюдаемое увеличение концентрации углекислого газа, метана, закиси азота, хлор-фтор-углеродов в нижней тропосфере приводит к охлаждению слоя верхней мезосферы и мезопаузы на несколько градусов за 50 лет в зимнее время (до 5-7 К во внетропических широтах), в то время как охлаждение в летний сезон незначительное. Усиление активности ВГВ может значительно (до 2-х раз) увеличить эффект зимнего охлаждения этого слоя.

9. По данным спутниковых измерений концентрации стратосферного озона, сетевых наземных измерений приземной концентрации озона и измерений содержания NO2 (с участием автора) в приземном слое на Звенигородской станции выполнен анализ спектральных и структурных закономерностей изменчивости примесей. Показано, что временные спектры мощности вариаций приземной концентрации озона в диапазоне периодов от нескольких часов до нескольких суток подчиняются степенному закону с показателем, близким к значению -5/3. Обнаружено, что спектр вариаций приземного содержания NO2, вызванных эпизодами загрязнения, в диапазоне периодов от нескольких суток до нескольких месяцев характеризуется значениями степенного показателя, значительно меньшими по модулю единицы (—0.4). Обнаружено, что меридиональные вариации концентрации озона в стратосфере в диапазоне горизонтальных масштабов от 200 до 6500 км подчиняются закону статистического самоподобия со степенным показателем структурной функции большим единицы, зависящим от высоты и сезона.

В заключение считаю своим долгом выразить благодарность Дирекции Института физики атмосферы им. A.M. Обухова РАН за предоставленную возможность проведения исследований, а также моим коллегам и соавторам из ИФА: директору ИФА Г.С. Голицыну, зав. Отделом исследований состава атмосферы H.H. Еланскому, зав. Лабораторией теории климата И.И. Мохову, старшим научным сотрудникам разных лабораторий ИФА В.А.

Безверхнему, A.C. Елохову, С.А. Ситнову и директору Национального центра атмосферных исследований США (NCAR, г. Боулдер) Г.П. Брассёру за многолетнее плодотворное сотрудничество. Я также благодарен зав. лабораторией ГГО И.Л. Каролю и сотруднику этой лаборатории А.П. Кудрявцеву за проведение численных расчетов на 2-мерной фотохимической модели, сотруднику Института метеорологии им. Макса Планка (г. Гамбург) X. Шмидту за проведение численных расчетов на 3-мерной химико-климатической модели HAMMONIA, С. Соломон, руководителю Лаборатории аэрономии Национальной администрации по исследованиям океана и атмосферы (NOAA) в г. Боулдере, и П. Крутцену, в прошлом - директору Института химии им. Макса Планка в Майнце, за внимание к моей работе и полезные обсуждения, Ю. Лин из Центра космических исследований им. Е.О. Халберта в Вашингтоне и П. Винклеру, директору обсерватории Хоэнпайсенберг, за предоставленные данные измерений. Особую благодарность я хочу выразить зав. Лабораторией физики верхней атмосферы ИФА А.И. Семенову за внимание к моей работе, полезные обсуждения и рекомендации и большую моральную поддержку.

Библиография Диссертация по наукам о земле, доктора физико-математических наук, Груздев, Александр Николаевич, Москва

1. Алифов A.A., Фролов К.В. Взаимодействие нелинейных колебательных систем с источниками энергии / Москва: Наука. 327 с. 1985.

2. Алишаев Д.М. О динамике двумерной бароклинной атмосферы // Изв. АН СССР. Физика атмосферы и океана. Т. 16. №2. С. 99-107. 1980.

3. Арабов А.Я., Груздев А.Н., Гиргждене Р.В., Еланский Н.Ф. Измерения приземнойконцентрации озона на антарктической станции Мирный // Изв. АН СССР. Физика атмосферы и океана. Т. 24. № 12. С. 1276-1281. 1988.

4. Астафьева Н.М. Вейвлет-анализ: основы теории и примеры применения // Успехи физических наук. Т. 166. № 11. С. 1145-1170. 1996.

5. Безверхний В.А. Спектральный анализ коротких рядов наблюдений / Препринт ИФА АН СССР. Москва. 26 с. 1986.

6. Безверхний В.А., Груздев А.Н. Долговременные вариации квазидвухлетней цикличности атмосферного озона и скорости экваториального стратосферного ветра // Доклады АН. Т. 363. № 1.С. 110-113. 1998.

7. Безверхний В.А., Груздев А.Н. О связи квазидесятилетних и квазидвухлетних колебаний солнечной активности и экваториального стратосферного ветра //Доклады АН. 2007.

8. Бекорюков В.И. Пространственные и сезонные особенности климатического распределения общего содержания и парциального давления озона // Метеорология и гидрология. № 11. С. 47-54. 1991.

9. Бекорюков В.И., Бугаева И.В., Захаров Г.П., Кирюшов Б.М., Крученицкий Г.М., Тарасенко Д.А. Влияние центров действия атмосферы на общее содержание озона в Сибири // Метеорология и гидрология. № 7. С. 33-39. 1997.

10. Бекорюков В.И., Бугаева И.В., Кирюшов Б.М., Тарасенко Д.А. Эволюция озона и метеорологических характеристик атмосферы над Северной Америкой // Изв. АН. Физика атмосферы и океана. Т. 36. № 1. С. 76-83. 2000.

11. Белан БД., Колесников Л.А., Лукьянов О.Ю. и др. Изменения концентрации озона в приземном слое воздуха И Оптика атмосферы и океана. Т. 5. № 6. С. 635-638. 1992.

12. Бенилов АМ. О турбулентном механизме формирования тонкой структуры в океане // Изв. АН СССР. Физика атмосферы и океана. Т. 21. №9. С. 973-981. 1985.

13. Берже П., Помо И., Видаль К. Порядок в хаосе. О детерминистском подходе к турбулентности. Москва: Мир. 366 с. 1991.

14. Бобков Н.П., Микиров А.Е. Измерения суточного хода концентрации озона на высотах 4072 км // Труды ИПГ. Вып. 22. С. 11-21. 1976.

15. Борисов В.В., Ивлев Л.С., Сирота В.Г. Временные вариации концентрации озона вприземном слое атмосферы // Изв. АН СССР. Физика атмосферы и океана. Т. 23. № 12. С. 1330-1332. 1987.

16. Брасье Г., Соломон С. Аэрономия средней атмосферы / Л.: Гидрометеоиздат. 413 с. 1987.

17. Бриблкумб П. Состав и химия атмосферы / Москва: Мир. 351 с. 1988.

18. Воейков А. Чередование холодных и тепльк зим // Метеорологический вестник. № 9. С. 409-422. 1891.

19. Володин Е.М. Чувствительность стратосферы и мезосферы к наблюдаемому изменению концентрации озона и углекислого газа по данным модели общей циркуляции атмосферы ИВМ // Изв. АН. Физика атмосферы и океана. Т. 36. № 5. С. 617-625. 2000.

20. Воскресенский А.И., Лысаков Э.П. Некоторые закономерности механизмамеридиональной циркуляции воздуха над Антарктидой // Тр. ААНИИ. Т. 327. С. 68-84. 1976.

21. Гилл А. Динамика атмосферы и океана / Москва: Мир. Т. 1, 397 с. 1986.

22. Гиргждене Р. В., Гиргждис А. Ю. Определение концентрации озона в приземном слое атмосферы // Методы определения приоритетных загрязняющих веществ на фоновом уровне для объектов окружающей среды. Москва: Гидрометеоиздат. С. 29-31.1982.

23. Гиргждене Р. В., Шопаускас К. К. Исследование пространственно-временного изменения концентрации озона // Исследование примесей в атмосфере. Физика атмосферы. Вильнюс. № 10. С. 33—38.1985.

24. Гледзер Е.Б. О двухлетней ритмичности глобальных атмосферных процессов и ее нарушениях// Метеорология и гидрология. № 6. С. 16-19. 1982.

25. Гледзер Е.Б., Обухов А.М. Квазидвухлетняя цикличность как параметрическое явление в климатической системе // Изв. АН СССР. Физика атмосферы и океана. Т. 18. № 11. С. 1154-1158. 1982.

26. Голицын Г.С., Арефьев В.Н., Гречко Е.И., Груздев А.Н., Еланский Н.Ф., Елохов A.C., Семенов В.К. Газовый состав атмосферы и его изменения // Оптика атмосферы и океана. Т. 9. № 9. С. 1214-1232. 1996.

27. Голицын Г.С., Семенов А.И., Шефов H.H. Сезонные вариации многолетнего трендатемпературы в области мезопаузы // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 4-. № 2. С. 67-70. 2000.

28. Горчаков Г.И., Семутникова Е.Г., Зоткин Е.В., Карпов A.B., Лезина Е.А., Ульяненко A.B. Вариации газовых компонент загрязнения в воздушном бассейне г. Москвы // Изв. РАН СССР. Физика атмосферы и океана. Т. 42. № 2. С. 176-190. 2006.

29. Груздев А.Н. Влияние озонного нагревания на динамику планетарных волн // Изв. АН СССР. Физика атмосферы и океана. Т. 21. № 11. С. 1148-1159. 1985а.

30. Груздев А.Н. Исследование связи распределения озона и других газовых примесей с волновыми процессами в атмосфере / Кандидатская диссертация. Москва. 19856.

31. Груздев А.Н. О возможности влияния озона на динамику планетарных волн / В кн.:

32. Атмосферный озон. Труды Y1 Всесоюзного симпозиума. Ленинград: Гидрометеоиздат. С. 266-270. 1987.

33. Груздев А.Н. Механизмы вариаций общего содержания примесей под действиемвнутренних гравитационных волн // Изв. АН СССР. Физика атмосферы и океана. Т. 25. №5. С. 485-492.1989.

34. Груздев А.Н. Физико-химические аспекты изучения химически-активных примесей в городском приземном слое атмосферы / В сб. "Модели аномального переноса и трансформации примесей в атмосфере ". Препринт ИФА РАН, Москва. С. 70-93. 1993.

35. Груздев А.Н. Широтная структура трендов и эффекта солнечной активности в стратосферном содержании NO2 И Доклады АН. 2007.

36. Груздев А.Н. Широтная структура вариаций стратосферного содержания NO2 // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. Т. 44.2008.

37. Груздев А.Н., Безверхний В.А. Многолетние вариации квазидвухлетней цикличностиэкваториального стратосферного ветра // Изв. АН. Физика атмосферы и океана. Т. 35. № 6. С. 773-785. 1999.

38. Груздев А.Н., Безверхний В.А. Об источниках квазидвухлетней цикличности в атмосфере северного полушария II Доклады АН. Т. 389. № 4. С. 528-531. 2003.

39. Груздев А.Н., Безверхний В.А. Квазидвухлетняя цикличность в атмосфере над Северной Америкой по данным озонозондов // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. Т. 41. № 1. С. 36-50. 2005.

40. Груздев А.Н., Без верхний В.А. Квазидвухлетние вариации озона и метеопараметров над Западной Европой по данным озонного зондирования // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. Т. 42. № 2. С. 224-236. 2006.

41. Груздев А.Н., Брассёр Г.П. Воздействие 11-летнего цикла солнечной активности на характеристики годового хода общего содержания озона // Изв. РАН Физика атмосферы и океана. Т. 43. № 3. 2007.

42. Груздев А.Н., Еланский Н.Ф. Оценка воздействия горных подветренных волн на содержание малых газовых примесей в тропосфере // Изв. АН СССР. Физика атмосферы и океана. Т. 20. № 7. С. 558-565. 1984а.

43. Груздев А.Н., Еланский Н.Ф. Наблюдения озона в области горных подветренных волн. Изв. АН СССР. Физика атмосферы и океана //Т. 20. № 8. С. 705-714. 19846.

44. Груздев А.Н., Елохов A.C. Приземное содержание озона на антарктических станциях Молодежная и Мирный по измерениям весной 1987 г. осенью 1988 г. // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. Т 28. № 1 С. 5-63. 1992.

45. Груздев А.Н., Елохов A.C. Тренды содержания NO2 в стратосфере над Звенигородом // Доклады АН. Т. 382. № 5. С. 678-681. 2002.

46. Груздев А.Н., Макаров О.В. Анализ нелинейной изменчивости в рядах измеренийприземной концентрации озона в Антарктиде // Изв. АН. Физика атмосферы и океана. Т. 32. № 1.С. 101-107. 1996.

47. Груздев А.Н., Мохов И.И. Диагностика динамики стратосферного и мезосферного озона в годовом ходе методом амплитудно-фазовых характеристик // Препринт ИФА АН СССР. Москва. 40 с. 1987.

48. Груздев А.Н., Мохов И.И. Диагностика динамики стратосферного озона в годовом ходе по спутниковым данным // Исследования Земли из космоса. № 2. С. 3-10. 1988.

49. Груздев А.Н., Мохов И.И. Особенности внутригодовой глобальной динамики общего содержания озона // Метеорология и гидрология. № 7. С. 36-46. 1990.

50. Груздев А.Н., Мохов И.И. Квазидвухлетняя цикличность в глобальном поле общегосодержания озона по данным наземных измерений // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. Т 28. № 5. С. 475-486. 1992.

51. Груздев А.Н., Ситнов С. А. Особенности внутригодовой изменчивости озона в полярных областях по данным озонного зондирования на станциях Резольют и Амундсен-Скотт // Изв. АН СССР. Физика атмосферы и океана. Т. 27. № 4. С. 396-407. 1991.

52. Груздев А.Н., Ситнов С.А. Годовой ход тропосферного озона и оценки тропосферностратосферного обмена в Арктике и Антарктике по данным озонного зондирования // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. Т. 28. № 9. С. 943-952. 1992.

53. Груздев А.Н., Ситнов С.А. Анализ годового хода тропосферного и стратосферного озона по данным озонозондов // Изв. АН. Физика атмосферы и океана. Т. 30. № 4. С. 491-500. 1994.

54. Груздев А.Н., Ситнов С.А. Характеристики внутригодовой изменчивости вертикального распределения озона по данным озонозондов // Изв. АН. Физика атмосферы и океана. Т. 31. № 1.С. 69-76. 1995.

55. Груздев А.Н., Ситнов С.А. Различия вертикальных распределений озона и метеопараметров в фазах квазидвухлетней цикличности (по данным озонозондов) // Изв. АН. Физика атмосферы и океана. Т. 33. № 1. С. 91-103. 1997.

56. Гущин Г.К. Широтный ход и сезонные колебания общего содержания атмосферного озона в Индийском океане // Труды ГГО. Вып. 279. С. 85-93. 1972.

57. Гущин Г.К. (редактор) Общее содержание атмосферного озона и спектральная прозрачность атмосферы / Ленинград, Гидрометеоиздат. Выпуски 1973-1985.

58. Дженкинс Г., Ватте Д. Спектральный анализ и его приложения / Москва: Мир. Т. 1.316 с.; 1972. Т. 2. 388 с. 1971.

59. Долганов Л. В. Атмосферные условия Южной полярной области. Ленинград: Гидрометеоиздат. 176 с. 1986.

60. Долгин И.М., Гаврилова Л. А. (ред). Климат свободной атмосферы зарубежной Арктики. Ленинград: Гидрометеоиздат. 320 с. 1974.

61. Еланский Н.Ф., Сеник И.А. Измерения приземной концентрации озона на Высокогорной научной станции Кисловодск: сезонные и суточные вариации // Изв. АН. Физика атмосферы и океана. Т. 31. № 2. С. 251-259. 1995.

62. Елисеев A.B., Мохов И.И., Петухов В.К. Моделирование квазидвухлетней цикличности температуры атмосферы и тенденции ее эволюции при климатических изменениях. // Изв. АН. Физика атмосферы и океана. Т. 33. № 6. С. 733-742. 1997.

63. Елохов A.C., Груздев А.Н. Измерения общего содержания озона и двуокиси азота на антарктических станциях Молодежная и Мирный весной 1987 осенью 1988 гг. // Оптика атмосферы. Т.4. № 9. С. 1006-1009. 1991.

64. Елохов A.C., Груздев А.Н. Широтное распределение общего содержания озона и двуокиси азота над Атлантикой по измерениям в мае 1988 г. // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. Т. 28. № 7. С. 739-744. 1992.

65. Елохов A.C., Груздев А.Н. Измерения общего содержания и вертикального распределения N(>2 на Звенигородской научной станции II Изв. АН. Физика атмосферы и океана. Т. 36. №6. С. 831-846.2000.

66. Елохов A.C., Груздев А.Н. Наблюдения загрязнения нижней тропосферы в районе

67. Звягинцев A.M., Крученицкий Г.М. О связи общего содержания озона в северномполушарии с Арктическим и Североатлантическим колебаниями // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. Т. 39. № 4. С. 505-509. 2003.

68. Звягинцев A.M., Крученицкий Г.М., Черников A.A. Изменения вертикальногораспределения озона в стратосфере и их корреляция с изменениями высоты тропопаузы // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. Т. 41. № 4. С. 527-536. 2005.

69. Иванов-Холодный Г.С., Непомнящая Е.В., Чертопруд В.Е. Изменения параметров квазидвухлетних вариаций ионосферы Земли в одиннадцатилетнем цикле // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 40. № 4. С. 126-128. 2000а.

70. Иванов-Холодный Г.С., Могилевский Э.И., Чертопруд В.Е. Квазидвухлетние вариаций полного потока излучения Солнца и параметров ионосферы // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 40. № 5. С. 25-29. 20006.

71. Ивановский А.И., Криволуцкий А.И. Возможность резонансного возбуждения крупномасштабных волн // Метеорология и гидрология. № 6. С. 97-99. 1979.

72. Исаков A.A., Груздев А.Н., Тихонов A.B. О долгопериодных вариациях оптических и микрофизических параметров приземного аэрозоля // Оптика атмосферы и океана. Т. 18. № 5-6. С. 393-399. 2005.

73. Исаков A.A., Груздев А.Н. Долгопериодные вариации оптических и микрофизических параметров приземного аэрозоля на Звенигородской научной станции // // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. Т. 44. 2008.

74. Кадышевич Е.А., Еланский Н.Ф. Измерение приземной концентрации озона и окислов азота в г. Москве // Изв. АН. Физика атмосферы и океана. Т. 29. № 3. С. 346-352. 1993.

75. Каримова Г.У. Атмосферный озон в полярных районах // Труды АЛНИИ. Т. 333. 168 с. 1975.

76. Кароль И.Л., Киселев A.A. Фотохимические модели атмосферы и их использование висследованиях озоносферы и климата // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. Т. 42. № 1.С. 3-34. 2006.

77. Кароль И.Л., Кудрявцев А.П. Сезонная фотохимическая модель глобальной тропосферы и нижней стратосферы // Метеорология и гидрология. № 2. С. 43-52. 1990.

78. Кароль И.Л., Клягина Л.П., Шаламянский A.M. Тренды общего содержания озона восновных воздушных массах Северного полушария в 1975-1986 гг. II Метеорология и гидрология. № 8. С. 84-88. 1990.

79. Кей С.М., Марпл С.Л. Современные методы спектрального анализа: обзор // ТИИЭР. Т. 69. № 11. С. 5-51. 1981.

80. Кендалл М.Дж., Стьюарт А. Статистические вывод и связи / Москва: Наука. 899 с. 1973.

81. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров / Москва: Наука. 831 с. 1978.

82. Куколева A.A. Оценки потоков озона через поверхность тропопаузы при мезомасштабных процессах II Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. Т. 38. № 5. С. 683-593. 20026.

83. Ларин И.К. О вкладе природных факторов в тренд атмосферного озона в 1979-1990 гг. // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. Т. 42. № 2. С. 285-288. 2006.

84. Лысенко Е.В., Русина В.Я. Изменение термического режима страто- и мезосферы в течение последнего 30-летия. III. Линейные тренды среднемесячных температур // Изв. АН. Физика атмосферы и океана. Т. 38. № 3. С. 337-346. 2002.

85. Лысенко Е.В., Перов С.П., Семенов А.И., Шефов H.H., Суходоев В.А., Гивишвили Г.В., Лещенко Л.Н. Многолетние тренды среднегодовой температуры на высотах 25-110 км I/ Изв. АН. Физика атмосферы и океана. Т. 35. № 4. С. 435-443. 1999.

86. Маховер З.М. Климатология тропопаузы. Ленинград: Гидрометеоиздат. 255 с. 1983.

87. Мерзляков Е.Г., Портнягин Ю.И. Многолетние изменения параметров ветрового режима нижней термосферы умеренных широт (90-100) км II Изв. АН. Физика атмосферы и океана. Т. 35. № 4. С. 531-542. 1999.

88. Монин A.C., Яглом A.M. Статистическая гидродинамика / Москва: Наука. Ч. 1. 640 с. 1965.

89. Монин A.C., Яглом A.M. Статистическая гидродинамика / Москва: Наука. Ч. 2. 720 с. 1967.

90. Мохов И.И. Метод амплитудно-фазовых характеристик для анализа динамики климата // Метеорология и гидрология. №5. С. 80-89.1985.

91. Мохов И. И. Диагностика зональной структуры антарктической атмосферы и ее динамики в годовом ходе // Тр. III Всесоюз. симпоз. «Метеорологические исследования Антарктики». Л., 1986.

92. Мохов И.И., Безверхний В.А., Елисеев A.B. Квазидвухлетняя цикличность температурного режима атмосферы и тенденции ее изменения // Изв. АН. Физика атмосферы и океана. Т. 33. № 5. С. 579-587. 1997.

93. Мохов И.И., Елисеев A.B. Тенденции изменения характеристик квазидвухлетнейцикличности зонального ветра и температуры приэкваториальной нижней стратосферы // Изв. АН. Физика атмосферы и океана. Т. 34. № 3. С. 327-336. 1998.

94. Мун Ф. Хаотические колебания. Москва: Мир. 311с. 1990.

95. Никулин Г.Н., Репинская Р.П. Модуляция Арктическим колебанием аномалий общего содержания озона в средних широтах северного полушария // Изв. АН. Физика атмосферы и океана. Т. 37. № 5. С. 681-691. 2001.

96. Ньистадт Ф.Т.М., Ван Доп X. (ред). Атмосферная турбулентность и моделирование распространения примесей. Ленинград: Гидрометеоиздат. 351 с. 1985.

97. Обухов A.M. К вопросу о геострофическом ветре // Изв. АН СССР. Сер. геогр. и геофиз. Т. 13. № 4. С. 281-306. 1949.

98. Обухов A.M., Курганский М.В., Татарская М.С. Динамические условия происхождения засух и других крупномасштабных погодных аномалий // Метеорология и гидрология. № 10. С. 5-13. 1984.

99. Озолин Ю.Э. Моделирование суточных вариаций газовых примесей в атмосфере и проведение суточного осреднения в фотохимических моделях // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. Т. 28. № 2. С. 135-143.1992.

100. Пальмен Э., Ньютон Н. Циркуляционные системы атмосферы. Ленинград: Гидрометеоиздат. 398 с. 1973.

101. Пановский Г.А., Брайер Г.В. Статистические методы в метеорологии. Ленинград: Гидро метеоиздат. 209 с. 1972.

102. Перов С.П., Хргиан А.Х. Современные проблемы атмосферного озона / Ленинград: Гидрометеоиздат. 287 с. 1980.

103. Петухов В.К. Два механизма колебаний температуры в термодинамической модели системы тропосфера-стратосфера // Изв. АН СССР. Физика атмосферы и океана. Т. 18. № 2. С. 126-137. 1982.

104. Ракипова Л.Р., Ефимова Л.К. Динамика верхних слоев атмосферы / Ленинград: Гидрометеоиздат. 255 с. 1975.

105. Романов В.Ф., Арискина Н.В., Васильев В.Ф., Лагун В.Б. Энергетика атмосферы в полярных областях. Ленинград: Гидрометеоиздат. 296 с. 1987.

106. Русин Н. П. Метеорологический и радиационный режим Антарктиды. Ленинград: Гидрометеоиздат. 448 с. 1961.

107. Семенов Е.К., Корнюшин О.Г. Атлас характеристик циркуляции в тропосфере и нижней стратосфере тропической зоны.Москва: Гидрометеоиздат. 1988.

108. Семенов А.И., Шефов H.H., Гивишвили Г.В. и др. Сезонные особенности многолетних трендов температуры средней атмосферы // Доклады АН. Т. 374. № 6. С. 816-819. 2000.

109. Семенов А.И., Суходоев В.А., Шефов H.H. Модель высотного распределения температуры атмосферы на высотах 80-100 км с учетом солнечной активности и многолетнего тренда// Геомагнетизм и аэрономия. Т. 42. № 2. С. 252-256. 2002.

110. Ситнов С.А., Груздев А.Н. Анализ квазидвухлетней цикличности в вертикальныхраспределениях озона и метеопараметров по данным озонозондов // Изв. АН. Физика атмосферы и океана. Т. 32. № 3. С. 370-382. 1996.

111. Тарасенко Д. А. Структура и циркуляция стратосферы и мезосферы северного полушария. Ленинград: Гидрометеоиздат. 287 с. 1988.

112. Татарский В.И. Распространение волн в турбулентной атмосфере / Москва: Наука. 548 с. 1967.

113. Фадель Х.М., Семенов А.И., Шефов H.H., Суходоев В.А., Марцваладзе Н.М.

114. Квазидвухлетние вариации температуры мезопаузы, нижней термосферы и солнечной активности II Геомагнетизм и аэрономия. Т. 36. № 6. С. 548-554. 2002.

115. Федоров В.В., Глазков В.Н., Бугаева И.В., Тарасенко Д.А. О связи квазидвухлетних колебаний экваториальной стратосферной циркуляции с вариациями атмосферных параметров II Метеорология и гидрология. № 10. С. 24-30. 1994.

116. Фишкова Л.М., Марцваладзе Н.М., Шефов H.H. Долговременные вариации эмиссии натрия ночной верхней атмосферы // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 41. № 4. С. 552-556. 2001.

117. Хоскинс Б., Пирс Р. (ред.). Крупномасштабные динамические процессы в атмосфере. Москва: Мир. 431 с. 1988.

118. Хргиан А.Х. Физика атмосферного озона/ Ленинград: Гидрометеоиздат. 291 с. 1973.

119. Хргиан А.Х., Кузнецов Г.И. Проблема наблюдений и исследований атмосферного озона / Москва: Издательство Московского университета. 216 с. 1981.

120. Хэррис Ф.Дж. Использование окон при гармоническом анализе методом дискретного преобразования Фурье // ТИИЭР. Т. 66. № 1. С. 60-96. 1978.

121. Швердтфегер В. Погода и климат Антарктики. Ленинград: Гидрометеоиздат. 264 с. 1987.

122. Шефов Н.Н., Семенов А.И., Хомич В.Ю. Излучение верхней атмосферы индикатор ее структуры и динамики / Москва: ГЕОС. 740 с. 2006.

123. Akmaev R.A., Fomichev V.I. Cooling of the mesosphere and lower thermosphere due to doubling of СОг II Ann. Geophys. V. 16. P. 1501-1512. 1998.

124. Akmaev R.A., Fomichev V.I. A model estimate of cooling in the mesosphere and lowerthermosphere due to the CO2 increases over the last 3-4 decades // Geophys. Res. Lett. V. 27. P. 2113-2116. 2000.

125. Aldaz L. Atmospheric ozone in Antarctica // J. Geophys. Res. V. 70. № 8. P. 1767-1773. 1965.

126. Allaart M., Valks P., van der A R., Piters A., Kelder H., van Velthoven P. F. J. Ozone mini-hole observed over Europe, influence of low stratospheric temperature on observations // Geophys. Res. Lett. V. 27. P. 4089^1092. 2000.

127. Ambaum M.H.P., Hoskins B.J. The NAO troposphere-stratosphere connection II J. Climate. V. 15. P. 1969-1978. 2002.

128. Ambaum M.H.P, Hoskins B.J., Stephenson D.B. Arctic oscillation or North Atlantic oscillation? // J. Climate. V. 14. № 16. P. 3495-3507. 2001.

129. Andersen N.O. On the calculation of filter coefficients for maximum entropy spectral analysis // Geophys. V. 39. № 1 P. 69-72. 1974.

130. Andrews D.G. Some comparisons between the middle atmosphere dynamics of the Southern and Northern Hemispheres // Pure Appl. Geophys. V. 130. № 2/3. P. 213-232. 1989.

131. Andrews D.G., Holton J.R., Leovy C.B. Middle Atmospheric Dynamics / Orlando: Academic Press. 489 p. 1987.

132. Aneya V.P., Businger S., Li Z., Claiborn C.S., Murthy A. Ozone climatology at high elevations in the southern Appalachians // J. Geophys. Res. V. 96. № Dl. P. 1007-1021. 1991.

133. Angell J.K. On the variation in period and amplitude of the quasi-biennial oscillation in the equatorial stratosphere, 1951-85 // Mon. Wea. Rev. V.114. № 11. P. 2272-2278. 1986.

134. Angell J.K. On the relation between atmospheric ozone and sunspot number // J. Climate. V. 2. P. 1404-1416. 1989.

135. Angell J.K., Korshover J. Biennial variation in springtime temperature and total ozone in extratropical latitudes // Mon. Wea. Rev. V. 95. № 11. P. 757-762. 1967.

136. Angell J.K., Korshover J. Quasi-biennial and long-term fluctuations in total ozone // Mon. Wea. Rev. V. 101. № 6. P. 426-443. 1973.

137. Angell J.K., Korshover J. Global ozone variations: An update into 1976 // Mon. Wea. Rev. V. 106. №5. P. 725-737. 1978.

138. Angell J.K., Korshover J. Displacements of the north circumpolar vortex during El Nino, 1963-83 II Mon. Wea. Rev. V.113. № 9. P. 1627-1630. 1985.

139. Appenzeller C., Weiss A.K., Staehelin J. North Atlantic oscillation modulates total ozone winter trends // Geophys. Res. Lett. V. 27. № 8. P. 1131-1134. 2000.

140. Austin J.F., Midgley R.P. The climatology of the jet stream and stratospheric intrusions of ozone over Japan // Atmos. Environ. V. 28. № 1. P. 39-52. 1994.

141. Austin J., Garcia R.R., Russell III J.M., Solomon S., Tuck A.F., On the atmospheric photochemistry of nitric acid II J. Geophys. Res. V. 91. № D5. P. 5477-5485. 1986.

142. Bacmeister J.T., Eckermann S.D., Newman P.A et al. Stratospheric horizontal wavenumber spectra of winds, potential temperature, and atmospheric tracers observed by high-altitude aircraft // J. Geophys. Res. V. 101. №D5. P. 9441-9470.1996.

143. Baldwin M.P., Dunkerton T.J. Biennial, quasi-biennial, and decadal oscillations of potential vorticity in the northern stratosphere II J. Geophys. Res. V. 103. № D4. P. 3919-3928. 1998.

144. Baldwin M.P., Dunkerton T.J. Propagation of the Arctic Oscillation from the stratosphere to the troposphere II J. Geophys. Res. V. 104. № D24. P. 30937-30946.1999.

145. Baldwin M.P., Gray L.J., Dunkerton T.J. et al. The quasi-biennial oscillation // Rev. Geophys. V. 39. № 2. P. 179-229. 2001.

146. Bamber D.J., Healey P.G., Jones B.M., Penkett S.A., Tuck A.F., Vaughan G. Vertical profiles of tropospheric gases chemical consequences of stratospheric intrusions 11 Atmos. Environ. V. 18. P. 1759-1766. 1984.

147. Barnett J.J., Corney M. Middle atmosphere reference model derived from satellite data // Handbook for MAP. V.16. P. 47-85. 1986.

148. Barnett J .J., Houghton J.T., Pyle J. A. The temperature dependence of the ozone concentration near the stratopause// Quart. J. Roy. Meteorol. Soc. V. 101. P. 245-257. 1975.

149. Baumgaertner A.J.G., McDonald A.J., Fraser G.J., Plank G.E. Long-term observations of mean winds and tides in the upper mesosphere and lower thermosphere above Scott Base, Antarctica II J. Atmos. Sol.-Terr. Phys. V. 67. P. 1480-1496.2005.

150. Barrie L.A., Bottenheim J.W., Schnell R.C., Crutzen P J., Rasmussen R.A. Ozone destruction and photochemical reactions at polar sunrise in the lower Arctic atmosphere // Nature. V. 334. № 6178. P. 138-141. 1988.

151. Berger U., Dameris M. Cooling of the upper atmosphere due to CO2 increases: A model study // Ann. Geophys. V. 11. P. 809-819. 1993.

152. Bezverkhny V.A., Gruzdev A.N. Long-term variations in interannual quasi-periodicities of total ozone // Proc. the First SPARC General Assembly (Melbourne, Australia, 2-6 December 1996). Vol. 1. P. 209-212. 1997.

153. Bittner V., Offermann D., Graef H.-H., Donner M., Hamilton K. An 18-year time series of on rotational temperatures and middle atmsphere decadal variations // J. Atmos. Sol.-Terr. Phys. V.64.P. 1147-1166.2002.

154. Bohr T., Bak P., Jensen M.H. Transition to chaos by iteration of resonances in dissipative systems. II. Josephson junctions, charge-density waves, and standard maps // Phys. Rev. A. V. 30. № 4. P. 1970- 1981.1984.

155. Bojkov R.D. The 1979-1985 ozone decline in the Antarctic, as reflected in ground level observations // Geophys. Res. Lett. V. 13. № 12. P. 1236-1239. 1986.

156. Bojkov R., Bishop L., Hill W.J., Reinsel G.C., Tiao G.C. A statistical trend analysis of revised Dobson total ozone data over the northern hemisphere // J. Geophys. Res. V. 95. № D7. P.9785-9807.1990.

157. Bojkov R.D., Zerefos C.S., Balis D.S., Ziomas I.C., Bais A.F. Record low total ozone during northern winters of 1992 and 1993 // Geophys. Res. Lett. V. 20. № 13. P. 1351-1354. 1993.

158. Bottenheim J.W., Chan E. A trajectory study into the origin of spring time Arctic boundary layer ozone depletion// J. Geophys. Res. V. 111. D19301, doi:10.1029/2006JD007055. 2006.

159. Brasseur G. The response of the middle atmosphere to long-term and short-term solar variability: A two-dimensional model II J. Geophys. Res. V. 98 P. 23079-23090. 1993.

160. Brasseur G.P., Hitchman M.H. Stratospheric response to trace gas perturbations: Changes in ozone and temperature distributions II Science. V. 240. P. 634-637. 1988.

161. Brasseur G.P., Orlando J.J., Tyndall G.S. (eds) Atmospheric Chemistry and Global Change / New

162. Butchart N., Scaife A.A. Removal of chlorofluorocarbons by increased mass exchange between the stratosphere and troposphere in a changing climate // Nature. V. 410. № 6830. P. 799-802. 2001.

163. Chandra S. Solar-induced oscillations in the stratosphere: A myth or reality? // J. Geophys. Res. V.

164. P. 2331-2339. 1985. Chandra S., McPeters R.D. The solar cycle variation of ozone in the stratosphere inferred from NIMBUS 7 andNOAA 11 satellites II J. Geophys. Res. V. 99. P. 20665-20671. 1994.

165. Chandra S., McPeters R.D., Planet W., Nagatani R.M. The 27-day solar UY response ofstratospheric ozone: Solar cycle 21 versus solar cycle 22 // J. Atmos. Terr. Phys. V. 56. 10571065. 1994.

166. Chen P., Robinson W. A. Propagation of planetary waves between the troposphere and stratosphere II J. Atmos. Sci V. 49. P. 2533-2545. 1992.

167. Chen L., London J., Brasseur G. Middle atmosphere ozone and temperature responses to solar irradiance variations over 27-day periods satellites // J. Geophys. Res. V. 102. P. 2995729979. 1997.

168. Chiou E.W., Remsberg E.E., Rodgers C.D. et al. Proposed reference model for atmosphere water vapor II Adv. Space Res. V. 18. № 9/10. P. 59-90. 1996.

169. Chubachi S. A special ozone observation on Syowa station Antarctica from February 1982 to January 1983 / Middle Atmosphere Program: Handbook for MAP. V. 18. P. 453-457. 1985.

170. Chubachi S. Annual variation of total ozone at Syowa Station, Antarctica // J. Geophys. Res. V. 102. № Dl. P. 1349-1354. 1997.

171. Chubachi S., Kajiwara R. Total ozone by lunar Dobson observations at Syowa, Antarctica // Geophys. Res. Lett. V. 15. № 8. P. 905-906. 1988.

172. Clayton H.H. A lately discovered meteorological cycle. I. // American Meteorol. iV.l.№4, P. 130-144. 1884a.

173. Clayton H.H. A lately discovered meteorological cycle. II. // American Meteorol. J.V. 1. № 4. P. 528-534. 1884b.

174. Clemesha B., Simonich D., Batista P., Vondrak T., Plane J.M.C. Negligible long-term temperature trend in the upper atmosphere at 23°S // J. Geophys. Res. Y. 109. D05302, doi: 10.1029/2003JD004243.2004.

175. Clough H.W. A systematically varying period with an average length of 28 months in weather and solar phenomena // Mon. Wea. Rev. V. 52. № 9. P. 421-441.1924.

176. Clough H.W. The 28-month period in solar activity and corresponding periods in magnetic and meteorological data // Mon. Wea. Rev. V. 56. № 7. P. 251-264. 1928.

177. Coffey M.T., Mankin W.G. Goldman A. Simultaneous spectroscopic determination of thelatitudinal, seasonal, and diurnal variability of stratospheric N2O, NO, NO2, and HNO3 H J-Geophys. Res. V. 86. № C8. P. 7331-7341. 1981.

178. Colette A., Ancellet G. Impact of vertical transport processes on the tropospheric ozone layering above Europe. Part II. Climatological analysis of the past 30 years // Atmos. Environ. V. 39. P. 5423-5435. 2005.

179. Crutzen P.J. Tropospheric ozone: An overview / In: Tropospheric ozone. Regional and Global Scale Interactions (Ed. I.S.A. Isaksen). NATO ASISeries. V. 227. P. 3-32. 1988.

180. Dameris M., Ebel A. The QBO and major stratospheric warmings: A three-dimensional study // Ann. Geophys. V. 8. № 2. P. 79-85. 1989.

181. Dameris, M., Ebel A., Jakobs H.J. Three-dimensional simulation of quasi-periodic perturbation attributed to solar activity effects in the middle atmosphere II Ann. Geophys. V. 4A. P. 287296. 1986.

182. Danielsen E.F. Stratospheric source for unexpectedly large values of ozone measured over the Pacific ocean during Gametag, August 1977II J. Geophys. Res. V. 85. № CI. P. 401-412. 1980.

183. Davies T.D., Schuepbach E. Episodes of high ozone concentration at the Earth's surface resulting from transport down from the upper troposphere/lower stratosphere II Atmos. Environ. V. 28. № l.P. 53-68. 1994.

184. Davis, A., Marshak A., Wiscombe W., Cahalan R. Multifractal characterization of nonstationarity and intermittency in geophysical fluids: observed, retrieved, or simulated II J. Geophys. Res. V. 99. № D4. P. 8055-8072. 1994.

185. De Muer D. Vertical ozone distribution over Uccle during a passage of the polar front // Inst. Roy. Meteorol. Belg. Publ. Ser. B.№ 104. 1979.

186. Dobson G.M.B. Annual variation of ozone in Antarctica // Quart. J. Roy. Meteorol. Soc. V. 92. № 394. P. 549-552. 1966.

187. Dunkerton T.J. Annual variation of deseasonalized mean flow acceleration in the equatorial lower stratosphere // J. Meteorol. Soc. Jap. V. 68. № 4. P. 499-508. 1990.

188. Dunkerton T.J. The role of gravity waves in the quasi-biennial oscillation // J. Geophys. Res. 11V. 102. P.26053-26076. 1997.

189. Dunkerton T.J., Baldwin M.P. Quasi-biennial modulation of planetary-wave fluxes in the Northern Hemisphere winter II J. Atmos. Sci. V. 48. № 8. P. 1043-1061. 1991.

190. Dunkerton T.J., Delisi D.P., Baldwin M.P. Distribution of major stratospheric warmings in relation to the quasi-biennial oscillation// Geophys. Res. Lett. V. 15. № 2. P. 136-139. 1988.

191. Dutsch H.U., Braun W. Daily ozone soundings during two winter months including a sudden stratospheric warming // Geophys. Res. Lett. V. 7. № 10. P. 785-788. 1980.

192. Ebel, A., M. Dameris, and H.J. Jakobs. Modelling of the dynamical response of the middle atmosphere to weak external forcing: Influence of stationary and transient waves // Ann. Geophys. V. 6A. P. 501-512. 1988.

193. Eckman R.S. Response of ozone to short-term variations in the solar ultraviolet radiance. 1. A theoretical model// J. Geophys. Res. V. 91. P. 6695-6704. 1986a.

194. Eckman R.S. Response of ozone to short-term variations in the solar ultraviolet radiance. 2. Observations and interpretation//^ Geophys. Res. V. 91. P. 6705-6721. 1986b.

195. Eckman J.-P., Ruelle D. Ergodic theory of chaos and strange attractors i/ Rev. Mod. Phys. V. 54. № 3. P. 617-656. 1985.

196. Egger J. Slope winds and the axisymmetric circulation over Antarctica // J. Atmos. Sci. Vol. 42. № 17. P. 1859-1867.1985.

197. Elokhov A.S., Gruzdev A.N. Spectrometric measurements of total NO2 in different regions of the globe // Proc. SPIE. V. 2107. P. 111-121. 1993.

198. Elokhov A.S., Gruzdev A.N. Estimation of tropospheric and stratospheric NO2 from spectrometric measurements of column N02 abundances II Proc. SPIE. V. 2506. P. 444-453. 1995.

199. Elokhov A.S., Gruzdev A.N. Measurements of column contents and vertical distribution of N02 at Zvenigorod Scientific Station II Proc. SPIE. V. 3583. P. 547-554. 1998.

200. Espy P.J., Stegman J. Trends and variability of mesospheric temperature at high latitudes // Phys. Chem. Earth. V. 27. P. 543-553. 2002.

201. Fabian P. A theoretical investigation of tropospheric ozone and stratospheric-tropospheric exchange process // Pure Appl. Geophys. V. 106-108. № 5-7. P. 1044-1057. 1973.

202. Fabian P., Pruchniewicz P.G. Meridional distribution of ozone in the troposphere and its seasonal variations II J. Geophys. Res. V. 82. № 15. P. 2063-2073. 1977.

203. Farge M. Wavelet transforms and their applications to turbulence // Annu. Rev. Fluid Mech. V. 24. P. 395-457. 1992.

204. Feldstein S.B., Franzke C. Are the Northh Atlantic Oscillation and the Northern Annular Mode distinguishable? // J. Atmos. Sei. V. 63. P. 2915-2930. 2006.

205. Fels S.B., Mahlman J.D., Schwarzkopf M.D., Sinclair R.W. Stratospheric sensitivity toperturbations in ozone and carbon dioxide: Radiative and dynamical response // J. Atmos. Sei. V. 37. P. 2265-2297. 1980.

206. Fish D. J., Roscoe H.K., Johnston P.V. Possible causes of stratospheric NO2 trends observed at Lauder, New Zealand // Geophys. Res. Lett. V. 27. № 20. P. 3313-3316. 2000.

207. Fleming, E.L., S. Chandra, J.J. Barnett, and M. Corney, Zonal mean temperature, pressure, zonal wind and geopotential height as functions of latitude // Adv. Space. Res. V. 10. P. (12)11-(12)59.1990.

208. Fleming E.L., Chandra S. Jackman C.H., Considine D.B., Douglass A.R. The middle atmospheric response to short and long term solar UV variations: Analysis of observational and 2D model results II J. Atmos. Terr. Phys. V. 57. P. 333-365. 1995.

209. Fomichev V.l., Shved G.M., Kutepov A.A. Radiative cooling of the 30-110 km atmospheric layer II J. Atmos. Terr. Phys. V. 48. P. 529-544. 1986.

210. Fomichev V.l., Balnchet J.P., Turner D.S. Matrix parameterization of the 15 |j.m C02 band cooling in the middle and upper atmosphere for variable CO2 concentration // J. Geophys. Res. V. 103. P. 11505-11528. 1998.

211. Forster P.M. de F., Tourpali К. Effect of tropopause height changes on the calculation of ozone trends and their radiative forcing II J. Geophys. Res.V. 106. P. 12241-12251. 2001.

212. Fortuin J.P.F., Kelder H. An ozone climatology based on ozonesonde and satellite measurements // J. Geophys. Res. V. 103. № D24. P. 31709-31734. 1998.

213. Fraedrich K. Estimating the dimension of weather and climate attractors // J. Atmos. Sei. V. 43. № 3. P. 419-432. 1986.

214. Rex. Geophys. V. 22. P. 275-308. 1984. Funk J.P., Garnham G.L. Australian ozone observations and a suggested 24-month cycle // Tellus.

215. V. 14. №4. P. 378-382. 1962. Galbally I.E., Miller A.J., Hoy R.D., Ahmet S., Joint R.C, Attwood D. Surface ozone in rural sites in the Latrobe Valley and Cape Grim, Australia // Atmos. Environ. V. 20. № 12. P. 24032422. 1986.

216. V. 48. P. 1405-1419. 1991. Garcia R.R., Clancy R.T. Seasonal variation in equatorial mesospheric temperatures observed by

217. V. 13. № 1. P. (1)59-(1)72. 1993. Gille J.C., Bailey P.B., Craig C.A. Revised reference model for nitric acid //Adv. Space Res.

218. V. 13. № 9/10. P. 125-138. 1996. Gillett N.P., Thompson D.W.J. Simulation of recent Southern Hemisphere climate change //

219. Science. V. 302. № 5643. P. 273-275. 2003. Giorgetta M.A., Manzini E., Roeckner E., Esch M., Bengtsson L. Climatology and forcing of the quasi-biennial oscillation in the MAECHAM5 model // J. Climate. V. 19. P. 3882-3901. 2006.

220. Golitsyn G.S., Semenov A.I., Shefov N.N., Fishkova L.M., Lysenko E.V., Perov S.P. Long-term temperature trends in the middle and upper atmosphere // Geophys. Res. Lett. V. 23. P. 17411744. 1996.

221. Gong D.Y., Wang S.W. Definition of Antarctic Oscillation index II Geophys. Res. Lett. V. 26. № 4. P. 459-462. 1999.

222. Goutail F., Pommereau J.P., Sarkissian A., Kyro E., Dorokhov V. Total nitrogen dioxide at the

223. Arctic polar circle since 1990II Geophys. Res. Lett. V. 21. № 13. P. 1371-1374. 1994. Graedel T.E., Crutzen P.J. Atmospheric Change: an Earth System Prespective / New York: W.H.

224. Freeman and Company. 446 p. 1992. Grassberger P., Procaccia I. Characterization of strange at tractors // Phys. Res. Lett. V. 50. № 5. P. 346 349. 1983.

225. Gray L.J., Dunkerton T.J. The role of the seasonal cycle in the quasi-biennial oscillation of ozone //

226. J. Atmos. Sci. V. 47. № 20. P. 2429-2451. 1990. Gray L.J., Pyle J.A. The semi-annual oscillation and equatorial tracer distributions // Quart. J. Roy.

227. Gruzdev A.N. Long-term variations and trends in the total ozone annual cycle / Proc. the First SPARC General Assembly (Melbourne, Australia, 2-6 December 1996). V. 1. P. 205-208. 1997b.

228. Gruzdev A.N. Analysis of seasonal variation of stratospheric nitric acid II Adv. Space Res. V. 22. № 11. P.1521-1524. 1998.

229. Gruzdev A.N., Bezverkhny V.A. Estimation of possible trends in ozone flux across the tropopause I Proc. the First SPARC General Assembly (Melbourne, Australia, 2-6 December 1996). V. 2. P. 378-381. 1997.

230. Gruzdev A.N., Bezverkhny V.A. Two regimes of the quasi-biennial oscillation in the equatorial stratospheric wind II J. Geophys. Res. V. 105. № D24. P. 29435-29443. 2000.

231. Gruzdev A.N., Bezverkhny V.A. About sources of quasi-biennial variations inthe Northern Hemisphere extratropical atmosphere / Proc. XX Quadrennial Ozone Symposium, 1-8 June 2004, Kos, Greece. P. 341-342. 2004.

232. Gruzdev A.N., Brasseur G.P. Long-term changes in the mesosphere calculated by a twodimensional model II J. Geophys. Res. V. 110. №D3. D03304, doi: 10.1029/2003JD004410. 2005.

233. Gruzdev A.N., Elokhov A.S. Spectrometric measurements of NO2 in the near-surface layer at Zvenigorod, Russia // Proc. XXQuadrennial Ozone Symposium, 1-8 June 2004, Kos, Greece. P. 965-966. 2004.

234. Gruzdev A.N., Elokhov A.S. Ground-based spectrometric measurements of vertical distribution and column abundance ofNC>2 at Zvenigorod, Russia II Proc. SPIE. V. 5832. doi: 10.1117/12.619837. P. 292-299. 2005.

235. Gruzdev A.N., Mokhov I.I. Peculiarities of global dynamics of total ozone in annual course from surface measurements / In: Ozone in the Atmosphere. Eds. R.D. Bojkov and P. Fabian. A.DEEPAK Publishing. P. 117-119. 1989.

236. Gruzdev A.N., Mokhov I.I. Characteristics of intra-annual variations of N2O and CH4 in the middle atmosphere II J. Atmos. Terr. Phys. V. 56. No 9. P.1095-1098. 1994a.

237. Gruzdev A.N., Mokhov I.I. Analysis of satellite measurements of ozone, N2O and CH4: annual and semiannual variations in the stratosphere II Polar Res. V. 13. No 1. P. 13-22. 1994b.

238. Gruzdev A., Mokhov I. Quasi-biennial oscillation in total ozone: Global behavior derived from ground-based measurements / In: Ozone in the Troposphere and Stratosphere. Pt.l (R.D. Hudson, ed.). NASA Conference Publication 3266. P. 397-400. 1994c.

239. Gruzdev A.N., Sitnov S.A. Tropospheric ozone annual variation and possible tropospherestratosphere coupling in the Arctic and Antarctic as derived from ozone soundings at Resolute and Amundsen-Scott stations // Tellus. V. 45B. № 2. P. 89-98. 1993.

240. Gruzdev A.N., Karol I.L., Kudryavtsev A.P., Mokhov I.I., Sitnov S.A. Peculiarities of polar ozone annual course: analysis of satellite and ozonesonde data and model results // Norsk Geologisk Tidsskrift. V.71. № 3. P. 183-187. 1991.

241. Gruzdev A.N., Elokhov A.S., Makarov O.V., Mokhov I.I. Some recent results of Soviet measurements of surface ozone in Antarctica: A meteorological interpretation // Tellus. V. 45B. № 2. P. 99-105. 1993.

242. Gruzdev A.N., Elokhov A.S., Brasseur G.P. Trends in stratospheric column NO2 at Zvenigorod, Russia / Proc. XXQuadrennial Ozone Symposium, 1-8 June 2004, Kos, Greece. P. 963-964. 2004.

243. Gruzdev A., Schmidt H., Brasseur G. Effect of the 27-day solar cycle on the Earth atmosphere calculated with the 3-D model HAMMONIA // European Geosciences Union. Geophysical Research Abstracts. Vol. 7. P. 03544. 2005.

244. Gruzdev A., Schmidt H., Brasseur G. 3-d modeling of the middle and upper atmosphere response to the 27-day solar variation // COSPAR 2006. Abstracts. P. COSPAR2006-A-03036. 2006.

245. Gruzdev A.N., Schmidt H., Brasseur G.P. The effect of the 27-day solar variation on the middle and upper atmosphere calculated by a three-dimensional chemistry-climate model // J. Geophys. Res. Submitted 2007.

246. Hamilton K. Diagnostic study of the momentum balance of the Northern Hemisphere winter stratosphere I I Mon. Wea. Rev. V. 111. P. 1434-1441. 1983.

247. Hamilton K. Interhemispheric asymmetry and annual synchronization of the ozone quasi-biennial oscillation // J. Atmos. Sci. V. 46. № 7. P. 1019-1025. 1989.

248. Hamilton K. An examination of observed Southern Oscillation effects in the Northern Hemisphere stratosphere II J. Atmos. Sci. V. 50. № 20. P. 3468-3473. 1993.

249. Hamilton, K., The GW parameterization problem for global simulation models // SPARC Newsletter. № 12. P. 7-14. 1999.

250. Harnik N., Lindzen R.S. The effect of reflecting surfaces on vertical structure and variability of stratospheric planetary waves II J. Atmos. Sci. V. 58. № 10. P. 2872-2894. 2001.

251. Hasebe F. A global analysis of the fluctuation of total ozone. II. Non-stationary annual variation, quasi-biennial oscillation, and long-term variations in total ozone II J. Meteorol. Soc. Jap. V. 58. №2. P. 104-117. 1980.

252. Hasebe F. Interannual variations of global total ozone revealed from Nimbus 4 BUV and groundbased observations // // J. Geophys. Res. V. 88. № Cl 1. P. 6819-6834. 1983.

253. Hasebe F. The global structure of the total ozone fluctuations observed on the time scales of two to several years / In: Dynamics of the Middle Atmosphere (Ed. J.R. Holton, T. Matsuno), Terra Sci. Publ. CoTp. P. 445-464. 1984.

254. Hilsenrath E., Schlesinger B.M. Total ozone seasonal and interannual variations derived from the 7 year Nimbus 7 data se II J. Geophys. Res.Y. 86. № C12. P. 12087-12096 1981.

255. Hoinka K.P., Claude H., Kôler U. On the correlation between tropopause pressure and ozone above Central Europe // Geophys. Res. Lett. V. 23. № 14. P. 1753-1756.1996.

256. Holton, J.R., The role of gravity-wave-induced drag and diffusion in the momentum budget of the mesosphere // J. Atmos. Sci. V. 39. P. 791-799. 1982.

257. Holton J.R., Alexander M.J. Gravity waves in the mesosphere generated by tropospheric convection // Tellus. V. 51A-B. P. 45-58. 1999.

258. Holton J.R., Choi W.-K. Transport calculation deduced from SAMS trace species data // J. Atmos. Sci. V. 45. P. 1929-1939.1988.

259. Holton J.R., Lindzen R.S. An updated theory for the quasi-biennial cycle of the tropical stratosphere // J. Atmos. Sci. V. 29. № 6. P. 1076-1080.1972.

260. Holton J.R., Tan H.-C. The influence of the equatorial quasi-biennial oscillation on the global circulation at 50mb II J. Atmos. Sci. V. 37. № 10. P. 2200-2208. 1980.

261. Holton J.R., Tan H.-C. The quasi-biennial oscillation in the Northern Hemisphere lower stratosphere II J. Meteorol. Soc. Jap. V. 60. № 1. P. 140-147. 1982.

262. Holton J.R., Haynes P.H., Mclntyre M.E., Douglass A.R., Rood R.B., Pfister L. Stratosphere-troposphere exchange //Rev. Geophys. V. 33. № 4. P. 403^439. 1995.

263. Hood L.L. The temporal behavior of upper stratospheric ozone at low latitudes: evidence from Nimbus 4 BUY data for short-term responses to solar ultraviolet variability // J. Geophys. Res. V. 89. P. 9557-9568. 1984.

264. Hood L.L. Coupled stratospheric ozone and temperature response to short-term changes in solar ultraviolet flux: Analysis of Nimbus 7 SBUV and SAMS data II J. Geophys. Res. V. 91. P. 5264-5276. 1986.

265. Hood L.L. Solar ultraviolet radiation induced variations in the stratosphere and mesosphere // J. Geophys. Res. Y. 92. P. 876-888. 1987.

266. Hood L. L. The solar cycle variation of total ozone: Dynamical forcing in the lower stratosphere // J. Geophys. Res. V. 102. № Dl. P. 1355-1370. 1997.

267. Hood L.L., Cantrell S. Stratospheric ozone and temperature responses to short-term solar ultraviolet radiations: Reproducibility of low-latitude response measurements II Ann. Geophys. V. 6. P. 525-530.1988.

268. Hood L.L., Soukharev B.E. Interannual variations of total ozone at northern midlatitudes correlated with stratospheric EP flux and potential vorticity // J. Atmos. Sci. V. 62. P. 3724-3740. 2005.

269. Hood L.L., Zhou S. Stratospheric effect of 27-day solar ultraviolet variations: An analysis of UARS MLS ozone and temperature data II J. Geophys. Res. V. 103. P. 3629-3638.1998.

270. Hood L.L., Zhou S. Stratospheric effect of 27-day solar ultraviolet variations: The column ozone response and comparison of solar cycles 21 and 22 // J. Geophys. Res. V. 104. P. 2647326479.1999.

271. Hood L.L., Huang Z., Bougher S.W. Mesospheric effects of solar ultraviolet variations: Further analysis of SMEIR ozone and Nimbus 7 SAMS temperature data // J. Geophys. Res. V. 96. P. 12989-13002. 1991.

272. Hood L.L., Jirikowic J.L., McCormack J.P. Quasi-decadal variability of the stratosphere: Influence of long-term solar ultraviolet variations // J. Atmos. Sci. V. 50. № 24. P. 3941-3958. 1993.

273. Hood L. L., McCormack J.P., Labitzke K. An investigation of dynamical contributions to midlatitude ozone trends in winter // J. Geophys. Res. V. 102. P. 13079-13093. 1997.

274. Hood L., Rossi S., Beulen M. Trends in lower stratospheric zonal winds, Rossby wave breaking behavior, and column ozone at northern midlatitudes // J. Geophys. Res. V. 104. № D20. P. 24321-24339. 1999.

275. Hood L.L., Soukharev B.E., Fromm M., McCormack J.P. Origin of extreme ozone minima at middle to high northern latitudes II J. Geophys. Res. Y. 106. № D18. P. 20925-20940. 2001.

276. Horowitz R.W., Walters S., Mauzerall D.L. et al. A global simulation of ozone and related tracers: description and evaluation of MOZART, Version 111 J. Geophys. Res. V. 108. № D24. 4784, doi: 10.1029/2002JD002853. 2003.

277. Houghton J.T. The stratosphere and mesosphere // Quart. J. Roy. Meteorol. Soc. V. 104. P. 1-29. 1978.

278. Howard H.M., Cironn D.R., Bamesberger W.L., Menzia F.A. Air chemistry monitoring at Palmer station // Antarc. J. U.S. V. 21. №5. P. 250-251. 1986.

279. Hu Y., Tung K.-K. Interannual and decadal variations of planetary wave activity, stratospheric cooling, and Northern Hemisphere annular mode // J. Climate. V. 15. P. 1659-1673. 2002.

280. Huang T.Y.W., Brasseur G.P. Effect of long-term solar variability in a two-dimensional interactive model of the middle atmosphere II J. Geophys. Res. V. 98. P. 20413-20-427. 1993.

281. Huang T., Walters S., Brasseur G. et al. Description of SOCRATES a chemical dynamical radiative two-dimensional model // NCAR Tech. Note TN-440+EDD. Natl. Cent, for Atmos. Res., Boulder, Colo. 94 p. 1998.

282. Hurrell J. W. Decadal trends in the North-Atlantic Oscillation Regional temperatures and precipitation // Science. V. 269. № 5224. P. 676-679. 1995.

283. Jakobi Ch., Portnyagin Yu.I., Merzlyakov E.G., Solovjova T.Y., Makarov N.A., Kürschner D. A long-term comparison of mesopause region wind measurements over Eastern and Central Europe II J. Atmos. Sol.-Terr. Phys. V. 67. P. 229-240. 2005.

284. James P.M. A climatology of ozone mini-holes over the Northern Hemisphere // Int. J. Climatol. V. 18. № 12. P. 1287-1303. 1998.

285. Jarvis M.J. Observed tidal variation in the lower thermosphere through the 20th century and the possible implication of ozone depletion // J. Geophys. Res. V. 110. A04303, doi: 10.1029/2004JA010921. 2005.

286. Jensen M.H., Bak P., Bohr T. Transition to chaos by iteration of resonances in dissipative systems. I. Circle maps // Phys. Rev. A. V. 30. № 4. P. 1960- 1969. 1984.

287. Jing P., Cunnold D.M., Yang E.-S., Wang H.-J. Influence of isentropic transport on seasonal ozone variation s in the lower stratosphere and suptropical upper troposphere // J. Geophys. Res. V. 110. D10110, doi: 10.1029/2004JD005416. 2005.

288. Johnston P. V., McKenzie R.L. NO2 observations at 45°S during the decreasing phase of solar cycle 21, from 1980 to 1987 II J. Geophys. Res. V. 94. № D3. P. 3473-3486. 1989.

289. Johnston P.V., McKenzie R.L., Keys J.G., Matthews W.A. Observations of depleted stratospheric NO2 following the Pinatubo volcanic eruption// Geophys. Res. Lett. V. 19. № 2. P. 211-213. 1992.

290. Jap. V. 75. P. 657-675. 1997. Keating G.M., Young D.F. Interim reference ozone models for the middle atmosphere // Middle

291. Keating G.M., Nicholson III J., Brasseur G., De Rudder A., Schmaltz U., Pitts M. Detection of stratospheric HNO3 and NO2 response to short-term solar ultraviolet variability // Nature. V. 322. P. 43-46. 1986.

292. Keckhut P., Chanin M.L. Middle atmosphere response to the 27-day solar rotation as observed by lidar // Geophys. Res. Lett. V. 19. P. 809-812. 1992.

293. Keckhut P., Hauchecorne A., Chanin M.L. Midlatitude long-term variability of the middle atmosphere: Trends and cyclic and episodic changes II J. Geophys. Res. V. 100. P. 1888718897.1995.

294. Kelly N.A., Wolf G.T., Ferman M.A. Sources and sinks of ozone in rural areas // Atmos. Environ. V. 18. №7. P. 1251-1266. 1984.

295. Keppenne C.L., Nicolis C. Global properties and local structure of the weather attractor over western Europe // J. Atmos. Sci. V. 46. № 15. P. 2356-2370.1989.

296. Kodera K., Kuroda Y. Dynamical response to the solar cycle II J. Geophys. Res. V. 107. № D24. 4749, doi: 10.1029/1001JD002224. 2002.

297. Koike M., Kondo Y., Matthews W.A., Johnston P.Y., Yamazaki K. Decrease of stratospheric NO2 at 44°N caused by Pinatubo volcanic aerosols // Geophys. Res. Lett. V. 20. № 18. P. 19751978.1993.

298. Kokin G.A., Lysenko E.V. On temperature trends of the atmosphere from rocket and radiosonde data // J. Atmos. Terr. Phys. V. 56. P. 1035-1040. 1994.

299. Krizan P., Lastovicka J. Trends in positive and negstive ozone laminae in the Northern hemisphere II J. Geophys. Res. V. 110.D10107, doi: 10.1029/2004JD005477. 2005.

300. Kurgansky M.V., Detloff K,, Pisnichenko I.A., Gernandt H., Chmielewski F.-M., Jansen W. Long-term climate variability in a simple, nonlinear atmospheric model II J. Geophys. Res. V. 101. №D2. P. 4299-4314. 1996.

301. Climate. V. 13. 4414-4429. 2000. Lindzen R.S. Turbulence and stress owing to gravity wave and tidal breakdown II J. Geophys. Res.

302. V. 64. P. 9707-9714. 1981. Lindzen R.S., Holton J.R. A theory of the quasi-biennial oscillation II J. Atmos. Sci. V. 25. № 6. P. 1095-1107. 1968.1.ndzen R.S., Will D. An analytic formula .for heating due to ozone absorption // J.

303. Geophys. Res. V. 90. № D6. P. 10463-10482. 1985. Liibken F.-J. Nearly zero temperature trend in the polar summer mesosphere // Geophys. Res. Lett. V. 27. P. 3603-3606. 2000.1 8

304. Maasch K. A. Calculating climate attractor dimension from 8 O records by the Grassberger

305. Procaccia algorithm // Climate Dynamics. V. 4. №.1. P. 45 55.1989. Maeda K. Annual and semiannual oscillations of stratospheric ozone // Pure Appl. Geophys.

306. Marquardt C., Naujokat B. An update of the equatorial QBO and its variability // Stratospheric Processes and their Role in Climate // Proc. First SPARC General Assembly. WCRP-99. WMO/TD-NO.814. V. 1. P. 87-90. 1997.

307. Maruyama T., Tsuneoka Y. Anomalously short duration of the easterly wind phase of the QBO at 50 hPa in 1987 and its relationship to El Nino event // J. Meteorol. Soc. Jap. V. 66. № 4. P. 629-633. 1988.

308. Matsuno T. Quasi-one-dimensional model of the middle atmosphere circulation interacting with internal gravity waves II J. Meteorol. Soc. Jap. V. 60. P. 215-226. 1982.

309. Mclntyre M.E. On the antarctic ozone hole II J. Atmos. Terr. Phys. V. 51. № 1. P. 29-43. 1989.

310. Mclntyre M.E. Global effects of gravity waves in the middle atmosphere: A theoretical perspective // Adv. Space Res. V. 27. P. 1723-1736. 2001.

311. McKenzie R.L., Johnston P.V. Seasonal variations in stratospheric NO2 at 45°S // Geophys. Res. Lett. V. 9. № 11. P. 1255-1258. 1982.

312. McPeters P.D., Heath D.F., Bhartia P.K. Average ozone profiles from the Nimbus 7 SBUV instrument II J. Geophys. Res. V. 89. № D4. P. 5199-5214. 1984.

313. Middleton H.R., Mitchell N.J., Muller H.G. Mean winds of the mesosphere and lower thermosphere at 52°N in the period 1988-2000 II Ann. Geophys. V. 20. P. 81-91. 2002.

314. Miyazaki K., Iwasaki T., Shibata K., Deushi M. Roles of transport in seasonal variation of the total ozone amount // J. Geophys. Res. V. 110. D18309, doi:l0.1029/2005JD005900. 2005.

315. Mount G.H., Sanders R.W., Schmeltekopf A. L., Solomon S. Visible spectroscopy at McMurdo Station, Antarctica. 1. Overview and daily variations of NO2 and O3 during austral spring, 1986II J. Geophys. Res. V. 92. № D7. P. 8320-8328. 1987.

316. Muramatsu H., Sasaki T., Hirota M., Makino Y. An aircraft observation of an intrusion process of stratospheric ozone into the troposphere // Pap. Meteorol. and Geophys. Vol. 35. № 1. 1984.

317. Murphy, D.M., Time offset and power spectra of the ER-2 data set from the 1987 Airborne Antarctic Ozone Experiment // J. Geophys. Res. V. 94. №D14. P. 16737-16748. 1989.

318. Nastrom G.D. Vertical and horizontal fluxes of ozone at the tropopause from the first year of GASP data II J. Appl. Meteorol. V. 16. № 7. P. 740-744. 1977.

319. Nastrom G.D., Jasperson W.H., Gage K.S. Horizontal spectra of atmospheric tracers measured during the Global Atmospheric Sampling Program // J. Geophys. Res. V. 91. № D12. P. 13201-13210. 1986.

320. Nathan T.R. On the role of ozone in the stability of Rossby normal modes // J. Atmos. Sci. V. 46. P. 2094-2100.1989.

321. Nathan T.R., Cordero E.C. An ozone-modified refractive index for vertically propagating planetary waves II J. Geophys. Res. V. 112. D02105, doi:10.1029/2006JD007357. 2007.

322. Nathan T.R., Li L. Linear stability of free planetary waves in the presence of radiative-photochemical feedbacks // J. Atmos. Sci. V. 48. P. 1837-1855. 1991.

323. Nathan T.R., Cordero E.C., Li L. Ozone heating and the destabilization of traveling waves during summer // Geophys. Res. Lett. V. 21. P. 1531-1534. 1994.

324. Naujokat B. An update of the observed quasi-biennial oscillation of the stratospheric winds over tropics II J. Atmos. Sci. V. 43. № 17. P. 1873-1877. 1986.

325. Newman P. A. The final warming and polar vortex disappearance during the Southern Hemisphere spring// Geophys. Res. Lett. V. 13. № 12. P. 1228-1231. 1986.

326. Nicolet M. Stratospheric ozone: an introduction to its study // Rev. Geophys. Space Phys. V. 15. № 5. P. 593-636. 1975.

327. Norton W.A., Chipperfield M.P. Quantification of the transport of chemically activated air from the Northern Hemisphere polar vortex II J. Geophys. Res. V. 100. № D12. P. 25817-25840. 1995.

328. Ogawa T., Miyata A. Seasonal variation of the tropospheric ozone: A summer minimum in Japan II J. Meteorol. Soc. Jap. V. 63. № 5. P. 937-946. 1985.

329. Oltmans S.J. Surface ozone measurements in clear air // J. Geophys. Res. V. 86. № C2. P. 11471180. 1981.

330. Oltmans S.J., Komhyr W.D. Surface ozone in Antarctica // J. Geophys. Res. V. 81. № 30. P. 53595364. 1976.

331. Oltmans S.J., Komhyr W.D. Surface ozone distribution and variations from 1973-1984 measurements at the NOAA geophysical monitoring for climatic change baseline observatories II J. Geophys. Res. V. 91. №D4. P. 5229-5236. 1986.

332. Oltmans S.J., London J. The quasi-biennial oscillation in atmospheric ozone. // J. Geophys. Res. Vol. 87. № 11. P. 8981-8989. 1982.

333. Oltmans S.J., Schnell R.C. et al. Seasonal surface ozone and filterable bromine relationship in the high Arctic // Atmos. Environ. V. 23. № 11. P. 2431-2441. 1989.

334. Oltmans S.J., Komhyr W.D., Grass R.D. Atmospheric ozone at the South Pole during 1986 //

335. Antarc. J. U.S. V. 22. №5. P. 257-259. 1987. Oort A.H. Global atmospheric circulation statistics, 1958-1973 II NOAA Prof. Pap. No. 14. Rockville., Md. 1983.

336. Oort A.H., Rasmussen E.M. Atmospheric circulation statistics II NOAA Prof. Pap. 5., Rockville, Md., 323 p., 1971.

337. Philander S.G.H. El Nino Southern Oscillation phenomena // Nature. V. 302. № 5906. P. 295-301. 1983.

338. Meteorol. Soc. V. 89. № 382. P. 540-542. 1963. Randel W.J. The anomalous circulation in the Southern Hemisphere stratosphere during spring 1987 // Geophys. Res. Lett. V. 15. № 8. P. 911-914. 1988.

339. Randel W.J., Cobb J.B. Coherent variations of monthly mean total ozone and lower stratospheric temperature II J. Geophys. Res. V. 99. № D3. P. 5433-5447.1994.

340. Randel W.J., Wu F. Cooling of the Arctic and Antarctic polar stratospheres due to ozone depletion II J. Climate. V. 12. № 5. P. 1467-1479. 1999.

341. Randel W.J., Wu F., Russell III J.M., Waters J. Space-time patterns of trends in stratospheric constituents derived from UARS measurements//,/ Geophys. Res. V. 104. № D3. P. 37113727. 1999.

342. Randel W.J., Wu F., Stolarsky R. Changes in column ozone correlated with the stratospheric EP flux II J. Meteorol. Soc. Jap. V. 80. № 4B. P. 849-862. 2002.

343. Reed R.J., Campbell W.J., Rasmussen L.A., Rogers R.G. Evidence of a downward propagating annual wind reversal in the equatorial stratosphere // J. Geophys. Res. V. 66. № 3. P. 813-818. 1961.

344. Reid I.M., Vincent R.A. Measurements of mesospheric gravity wave momentum fluxes and mean flow acceleration at Adelaide, Australia // J. Atmos. Terr. Phys. V. 49. P. 443-460. 1987.

345. Reid S.J., Tuck A.F., Kiladis G. On the changing abundance of ozone minima at northern midlatitudes // J. Geophys. Res. V. 105. №D10. P. 12169-12180. 2000.

346. Reisin E.R., Scheer J. Searching for trends in mesopause region airglow intensities and temperatures at El Leoncito II Phys. Chem. Earth. V. 27. P. 563-569. 2002.

347. Rex M., Salawitch R.J., von der Gathen P., Harris N., Chipperfleld M.P., Naujokat B. Arctic ozone loss and climate change // Geophys. Res. Lett. V. 31. № 4k> L04116, doi: 10.1029/2003GL018844. 2004.

348. Ribera P., Peña-Ortiz C., Garcia-Herrera R., Gallego D., Gimeno L., Hernández E. Detection of the secondary meridional circulation associated with the quasi-biennial oscillation // J. Geophys. Res. V. 109. D18112, doi:10.1029/2003JD004363. 2004.

349. Ricaud P., de La Noé J., Connor B.J. et al. Diurnal variability of mesospheric ozone as measured by the UARS microwave limb sounder instrument: Theoretical and ground-based validations II J. Geophys. Res. V. 101. №D6. P. 10077-10089. 1996.

350. Rind D., Suozzo R., Balachandran N.K., Prather M.J. Climate change and the middle atmosphere. 1. The doubled C02II J. Atmos. Sci. V. 47. № 4. P. 475-494. 1990.

351. Rinsland C.P., Zander R., Demoulin P. Ground-based infrared measurements of HNO3 totalcolumn abundances: long-term trend and variability // J. Geophys. Res. V. 96. № 5. P. 93799389. 1991.

352. Robinson E., Clark D., Cronn D.R., Bamesberger W.L. Stratospheric-tropospheric ozone exchange in Antarctica caused by mountain waves // J. Geophys. Res. V. 88. № C15. P. 10708-10720. 1983.

353. Roble R.G. Major greenhouse cooling (yes, cooling): The upper atmosphere response to increased CO 2//Rev. Geophys. Suppl., P. 539-546. 1995.

354. Roble R.G., Dickinson R.E. How will changes in carbon dioxide and methane modify the mean structure of the mesosphere and thermosphere // Geophys. Res. Lett. V. 16. P. 1441-1444. 1989.

355. Roeckner E. et al. The atmospheric general circulation model ECHAM5. Part I: Model description // Tech. Rep. 349. MPI for Meteorology, Hamburg, Germany. 127 p. 2003.

356. Roeckner E. et al. Sensitivity of simulated climate to horizontal and vertical resolution in the ECHAM5 atmosphere model II J. Climate. V. 19. 3771-3791. 2006.

357. Rogers J.C., McHugh M.J. On the separability of the North Atlantic oscillation and Arctic oscillation// Climate Dynamics. V. 19. P. 599-608. 2002.

358. Ropelewski C.F., Jones P.D. An extension of the Tahiti-Darwin Southern Oscillation Index // Mon. Wea. Rev. V. 115. P. 2161-2165. 1987.

359. Roscoe H.K., Jones A.E., Lee A.M. Midwinter start to Antarctic ozone depletion: Evidence from observations and models // Science. V. 278. № 5335. P. 93-96. 1997.

360. Routher F., Dennet R., Davis D.D., Wartburg A., Haagenson P., Delany A.C. Free tropospheric and boundary-layer airborne measurements of ozone over the latitude range of 58S to 7 ON // J. Geophys. Res. V. 85. № C12. P. 7307-7321. 1980.

361. Rozanov E., Egorova T., Schmutz W., Peter Th. Simulation of the stratospheric ozone andtemperature response to the solar irradiance variability during sun rotation cycle // J. Atmos. Sol.-Terr. Phys. V. 68. № 18. P. 2203-2213. 2006.

362. Salby M., Callaghan P.F. Fluctuations of total ozone and their relationship to stratospheric air motion II J. Geophys. Res. V. 98. № D2. P. 2715-2727. 1993.

363. Salby M., Callaghan P.F. Connection between the solar cycle and the QBO: The missing link // J. Climate. V. 13. P. 2652-2662. 2000.

364. Salby M., Callaghan P.F. Influence of the Brewer-Dobson circulation on stratosphere-troposphere exchange // J. Geophys. Res. V. 111. D21106, doi:10.1029/2006JD007051. 2006a.

365. Salby M., Callaghan P.F. Residual mean transport in the stratosphere: Contributions from wave driving and seasonal transience // J. Geophys. Res. V. 111. D22304, doi: 10.1029/2005JD006767. 2006b.

366. Sander S.P. et al. Chemical Kinetics and Photochemical Data for Use in Atmospheric Studies.

367. Shindell D.T., Schmidt G.A. Southern Hemisphere climate response to ozone changes andgreenhouse gas increases // Geophys. Res. Lett. V. 31. L18209, doi: 10.1029/2004GL020724. 2004.

368. Shine K.P., Bourqui M.S., Forster P.M.D. et al. A comparison of model simulated trends in stratospheric temperatures // Quart. J. Roy. Meteorol. Soc. V. 129. № 590. P. 1565-1588. 2003.

369. Shubert S.D., Munteanu M.-J. An analysis of tropopause pressure and total ozone correlations //

370. Mon. Wea. Rev. V. 116. № 3. P. 569-582. 1988'. Shved G.M., Ogibalov V.P., Pogoreltsev A.I. Effect of planetary waves on cooling in the upper mesosphere and lower thermosphere by the CO2 15-p.m emission // Ann. Geophys. V. 22. P.3383-3394. 2004.

371. Smith A.K., Lyjak L.J. Observational estimate of gravity wave drag from the momentum balancein the middle atmosphere II J. Geophys. Res. V. 90. P. 2233-2241. 1985. Smith A.K., Marsh D.R. Processes that account the ozone maximum at the mesopause // J.

372. Geophys. Res. V. 110. D23305, doi:10.1029/2005JD006298. 2005. Solomon S. The mystery of the Antarctic ozone hole // Rev. Geophys. V. 26. № 1. P. 131-148. 1988.

373. Sprenger M., Wernli H. A northern hemispheric climatology of cross-tropopause exchange for the ERA15 time period (1979-1993) II J. Geophys. Res. V. 108. № D12. 8521, doi: 10.1029/2002JD002636. 2003.

374. Steinbrecht W., Claude H., Köhler U., Hoinka K.P. Correlations between tropopause height and total ozone: Implications for long-term changes II J. Geophys. Res. V. 103. P. 19183-19192. 1998.

375. Steinbrecht W., Claude H. Köhler U., Winkler P. Interannual changes of total ozone and Northern

376. Taylor F.W., Dudhia A. Reference model CH4 and N2O and trends // Adv. Space Res. V. 10. № 6. P. 65-70. 1990.

377. Thomas G.E. Is the polar mesosphere the miner's canary of global change? I/ Adv. Space Res. V. 18. P. (3)149-(3)158. 1996b.

378. Thompson D.W.J., Solomon S. Interpretation of recent Southern Hemisphere climate change // Science. V. 296. № 5569. P. 895-899. 2002.

379. Thompson D.W.J., Wallace J.M. The Arctic Oscillation signature in the wintertime geopotential height and temperature fields // Geophys. Res. Lett. V. 25. № 9. P. 1297-1300.1998.

380. Thompson D. W.J., Wallace J.M. Annular modes in the extratropical circulation, part I: Month-to-month variability // J. Climate. V. 13. № 5. P. 1000-1016. 2000.

381. Thompson D.W.J., Wallace J.M., Hegerl G.C. Annular modes in the extratropical circulation. Part II: Trends II J. Climate. V. 13. № 5. P. 1018-1036. 2000.

382. Tolson R.H. Spatial and temporal variations of monthly mean total columnar ozone derived from 7 years ofBUV data И J. Geophys. Res. V. 86. № C8. P. 7312-7330. 1981.

383. Torrence C., Compo G.P. A practical guide to wavelet analysis // Bull. Amer. Meteorol. Soc. 1998. V. 79. №1. P. 61-78.

384. Tsonis A.A., Eisner J.B. The weather attractor over very short time scales // Nature. V. 333. № 6173. P. 545-547. 1988.

385. Tung K.K., Yang H. Global QBO in circulation and ozone. Part I: Reexamination of observational evidence II J. Atmos. Sci. V. 51. № 19. P. 2699-2707. 1994.

386. Van Roozendael M., De Maziere M., Simon P.C. et al. Ground-based observations of stratospheric NO2 at high and midlatitudes in Europe after Mount Pinatubo eruption // J. Geopys Res. V. 102.№D15.P. 19171-19176.1997.

387. Varotsos C., Helnis C., Cartalis C. Annual and semiannual waves in ozone as derived from SBUV vertical globe ozone profiles // Geophys. Res. Lett. V. 19. № 9. P. 925-928. 1992.

388. Varotsos C., Cartalis C.,Vlamakis A., Tzanis C., Keramitsoglou I. The long-term coupling between column ozone and tropopause properties // J. Climate. V. 17. P. 3843-3854. 2004.

389. Vassiliadis D.V., Sharma A.S., Eastman T.E., Papadopoulos K. Low-dimensional chaos inmagnetospheric ac tivity from AE time series // Geophys. Res. Lett. V. 17. № 11. P. 1841 -1844. 1990.

390. Vincent R.A., Reid I.M. Doppler measurements of mesospheric gravity wave momentum fluxes // J. Atmos. Sci. V. 40. P. 1321-1333.1983.

391. Von Kolbig L., Warmbt W. Messungen des bodennahen Ozons in Mirny Antarktika // Z Meteorol. B. 28. H. 5. S. 274-277. 1978.

392. Waibel A.E., Peter T., Carslaw K.S. et al. Arctic ozone loss due to denitrification // Science. V. 283. № 5410. P. 2064-2069.1999.

393. Walker G.T., Bliss E.W. World weather V // Mem. Roy. Meteorol. Soc. V. 4. P. 53-84. 1932.

394. Wallace J.M. North Atlantic Oscillation/annular mode: Two paradigms one phenomenon // Quart. J. Roy. Meteorol. Soc. V. 126. № 564. P. 791-805. 2000.

395. Wallace J.M., Chang F.-C. Interannual variability of the wintertime polar vortex in the Northern Hemisphere middle stratosphere II J. Meteorol. Soc. Jap. V. 60. № 1. P. 149-155. 1982.

396. Wang R., Fraedrich K., Pawson S. Phase-space characteristics of the tropical stratospheric quasi-biennial oscillation II J. Atmos. Sci. V. 52. № 24. P. 4482-4500. 1995.

397. Waugh D.W., Randel W.J., Pawson S., Newman P.A., Nash E.R. Persistence of the lower stratospheric polar vortices II J. Geophys. Res. V. 104. №D22. P. 27191-27201. 1999.

398. Weiss A.K., Staehelin J., Appenzeller C., Harris N.R.P. Chemical and dynamical contributions to ozone profile trends of the Pyerne (Switzerland) balloon soundings II J. Geophys. Res. V. 106. P. 22685-22694. 2006.

399. Wesely M.L., Cook D.R., Williams R.M. Field measurements of small ozone fluxes to snow, wet bare soil and lake water // Boundary-Layer. Meteorol. V. 20. №4. P. 459-471.1981.

400. Wexler H., Moreland W.B., Weyant W.S. A preliminary report on ozone observations at Little America, Antarctica II Mon. Wea. Rev. V. 88. P. 43-54. 1960.

401. Wilcox R.W. The observed ozone flux by transient eddies, 0-30 km II Pure Appl. Geophys. V. 118. № 1/2. P. 401-415. 1980.

402. Wilcox R.W., Nastrom G.D., Belmont A. D. Periodic variations of total ozone and of its vertical distribution// J. Appl Meteorol. V. 16. № 3. C. 290-298. 1977.

403. Williams V., Austin J., Haig J.D. Model simulations of the impact of the 27-day solar rotation period on stratospheric ozone and temperature // Adv. Space Res. V. 27. P. 1933-1942. 2001.

404. Wisse J. A., Meerburg A.J. Ozone observations at Base King Baudouin in 1965 and 1966 11Arch. Meteorol Geophys. und Bioklimatol. Ser. A. V. 18. № 12. P. 41-54. 1969.

405. WMO. Scientific Assessment of Stratospheric Ozone: 1989. V. 1. / World Meteorological

406. Organization, Global Ozone Research and Monitoring Project Report No 20. Geneva. 486 p. 1989.

407. WMO. Scientific Assessment of Ozone Depletion: 1994 / World Meteorological Organization, Global Ozone Research and Monitoring Project Report No 37. Geneva. 577 p. 1995.

408. WMO. Scientific Assessment of Ozone Depletion: 1998 / World Meteorological Organization, Global Ozone Research and Monitoring Project Report No 44. Geneva. 1999.

409. WMO. Scientific Assessment of Ozone Depletion: 2002. / World Meteorological Organization, Global Ozone Research and Monitoring Project Report No 47. Geneva. 498 p. 2003.

410. Woeikow A. Die Schneedecke in "paaren"und "unpaaren" Wintern// Meteorol. Z. 1895. V. 12. № 2. P. 77-78.

411. Woods T.N., Prinz D.K., Rottman G.J. et al. Validation of the UARS solar ultraviolet irradiances: Comparison with the ATLAS 1 and 2 measurements II J. Geophys. Res. V. 101. № D6. P. 9541-9570. 1996.

412. Yasunary T. A possible link of the QBOs between the stratosphere, troposphere and sea surface temperature in the tropics // J. Meteorol. Soc. Jap. V. 67. № 3. P. 483-493. 1989.

413. Zeng X.L., Pyle J.A. Changes in tropospheric ozone between 2000 and 2100 modeled in a chemistry-climate model // Geophys. Res. Lett. V. 30. № 7. 1392, doi: 10.1029/2002GL016708. 2003.

414. Zerefos C.S., Tourpali K., Bojkov B.R., Balis D.S., Rognerund B., Isaksenl.S.A. Solar activity-total ozone relationships: Observations and model studies with heterogeneous chemistry // J. Geophys. Res. V. 102. № Dl. P.1561-1569. 1997.

415. Zhou S., Rottman G.J., Miller A.J. Stratospheric ozone response to short- and intermediate-term variations in solar UV flux II J. Geophys. Res. V. 102. P. 9003-9011. 1997.

416. Zhou S., Miller A.J., Hood L.L. A partial correlation analysis of the stratospheric ozone response to 27-day solar UV variations with temperature effect removed // J. Geophys. Res. V. 105. P. 4491-4500. 2000.

417. Zhu X., Yee J.-H., Tallat E.R. Effect of short-term solar ultraviolet flux variability in a coupled model of photochemistry and dynamics II J. Atmos. Sci. V. 60. P. 491-509. 2003.

Информация о работе

Груздев, Александр Николаевич
доктора физико-математических наук
Москва, 2007
ВАК 25.00.29

Диссертация

Пространственно-временная динамика атмосферного озона и связанных с ним газовых примесей - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы