УДК 551.510.534.001.36(99)
Антарктическая озоновая дыра затягивается?
И. Л. Кароль*, Т. А, Егорова*, В. А. Зубов*, Ю. Э. Озолин*, Е. В. Розанов**
Представлены результаты анализа случая резкого ослабления интенсивности антарктической "озоновой дыры " и ее разделения на две части в сентябре 2002 г., полученные с использованием транспортно-фотохимических моделей — трехмерной МЕЗОН и траекторией — и о данным реанализа Метеорологической службы Великобритании. Сделан вывод об аномально раннем стратосферном потеплении в Антарктиде, как причине разрушения полярного стратосферного струйного течения и поступления озона из субполярных широт атлантического сектора в область озоновой дыры. Нет оснований дм вывода о существенном сокращении ее интенсивности в ближайшие годы.
В конце 2002 г. средства массовой информации сообщили о необычно слабой интенсивности и "странном поведении" ежегодно наблюдаемой весной Южного полушария (август — декабрь) озоновой дыры над Антарктикой (см. [4], www.wmo.ch/web/arep/ozone.html). На рис. 1 из http://exp-studies.tor.ec.gc.ca/cgibin/selectmap представлены эволюция в указанные месяцы площади S, занимаемой областью с общим содержанием озона (ОСО) меньше 200 е. Д. в 2001 и 2002 гг., и кривые площадей для отдельных лет этого периода, все по данным спутниковых измерений ОСО. В 2002 г. величина S, принятая за характеристику интенсивности озоновой дыры, находилась примерно на среднем уровне до 20-х чисел сентября, после чего она резко уменьшилась почти в 6—8 раз, а к середине октября восстановилась до уровня, меньшего минимального за период 1992—2001 гг. Рекордно быстрое закрытие "дыры" состоялось в начале ноября.
В некоторых комментариях специалистов указывалось, что это может быть началом "затягивания дыры" в результате уменьшения уровня содержания озоноразрушающих соединений хлора и брома в стратосфере. Начало такого уменьшения вследствие введения в действие в 1996 г. известного Монреальского протокола и его дополнений на производство и использование озоноразрушающих веществ отмечалось по данным наблюдений [6].
Эффект введения в действие Монреальского протокола оценивался в [2, 7] с использованием трехмерной транспортно-фотохимической модели (ТФМ) "МЕЗОН" (Модель для исследования трЕндов оЗОНа) с детальным фотохимическим блоком, учитывающим 199 газофазных и 16 гетероген-
* Главная геофизическая обсерватория им. А. И. Воейкова.
** Физическая и метеорологическая обсерватория—Мировой радиационный центр, Давос, Швейцария.
ных фотохимических реакций на частицах аэрозолей ^ ш2 и полярных стратосферных облаков между 43 газовыми примесями [3]. Упорядоченный перенос модельных примесей реализован с помощью трехмерной гибридной схемы адвективного переноса, подробно представленной в [10]. При этом используются ежедневные глобальные поля скорости ветра и температуры из ре-анализа Метеослужбы Великобритании [9] до изобарической поверхности 1 гПа (около 50 км) с сентября 1992 г. до ноября 2002 г. "МЕЗОН" имеет горизонтальное разрешение 4 х 5° и 24 уровня по вертикали. В [2, 7] приведено сравнение двух вариантов расчета модели: контрольный с фактическими уровнями выбросов и концентраций озоноактив-ных газов в приземном воздухе в 1992—2000 г. и "не-Монреальский", в котором использован сценарий Н1 из [8] с продолжением 3%-ного годового прироста глобального выброса в атмосферу галогеносодержащих соединений после 1996 г., т. е. года вступления в действие указанных выше ограничений, В контрольном варианте модельные глобальные распределения ОСО отличаются от измеренных (ИСЗ "TOMS") не более чем на 10% в указанный период [2, 7]. На рис. 2, где представлено изменение со временем среднезональной среднемесячной разности этих вариантов, видно, что ее абсолютная величина достигает 1% только к 1998 г., сначала над полюсами. Ее максимум составляет 10% лишь над Южным полюсом в октябре — ноябре 2001 г. при величине в 4% там же через год, а вне поляр-
Рис. 2. Изменение со временем среднезональной среднемесячной величины предотвращенного снижения ОСО (%) от введения Монреальского протокола и его дополнений, рассчитанное по ТФМ "МЕЗОН".
1.................::::::
1
г...........7/2 itlkfcnP Jffifl V/ pфл v . \ /v ..ЖлЦ ..........4l
ч^у... V-^ :..... W.......Vi
IIt/t"? Ще/............. yS l..............
4s
Август Сентябрь Октябрь Ноябрь Декабрь
Рис. 1, Изменение со временем площади 8> охватываемой изолинией ОСО 200 е. Д. в 2002 (/) и в 2001 г. (2); средняя величина этой площади за 1991—2000 гг. (5); ее минимальное {4) и максимальное (5) значения за тот же период.
Площадь Антарктиды 14 млн. *.«' (пунктир).
Рис.3, Изменение в сентябре 2002 г. среднезональиых температуры (К, о) и зональной скорости ветра (м/с, б) на высоте 18 км по данным реанализа Метеослужбы Великобритании.
ных зон эта разность не превосходит 1,0—1,5% в течение всего рассматриваемого периода. Если учесть, что среднемесячные разности ОСО между соседними годами по данным "TOMS" и по контрольному варианту "МЕЗОН" вне тропиков достигают 10—20% в Северном полушарии [2, 8], то можно сделать вывод, что ограничения Монреальского протокола и его дополнений еще не оказывают заметного влияния на текущую эволюцию ОСО, определяемую, очевидно, динамикой стратосферы.
Эта же динамика, точнее, раннее "взрывное потепление" антарктической стратосферы в сентябре 2002 г., послужила причиной указанного выше аномального "поведения" антарктической озоновой дыры. На рис. 3 приведены изменения среднезональиых температуры Т и зональной скорости ветра U на высоте 18 км в южной полярной области в сентябре 2002 г. согласно данным реанализа Метеослужбы Великобритании [9]. Видно, что 23 сентября отмечалось резкое потепление и уменьшение скорости ветра до 15 м/с почти одновременно на всей площади полярного вихря. Рис. 4 показывает модельное поле ОСО южных внетропических широт 22 и 25 сентября по результатам расчетов модели "МЕЗОН" и данным измерений "TOMS". "Ослабленная", но еще единая "дыра" ОСО от 22 к 24—25 сентября разделилась на две части, находящиеся в атлантическом и среднети-хоокеанском секторах Антарктики, где температура повысилась примерно до 195 К, тогда как ранее она была там ниже 190 К. Следует отметить хорошее качественное и неплохое количественное согласие модельных и фактических данных об ОСО на рис. 4,
Для анализа процесса (механизма) этой резкой перестройки поля ОСО удобно использовать траектории воздушных масс в рассматриваемой области в указанный период времени. Расчет с помощью траекторной модели фотохимии воздушных масс в стратосфере Антарктики [5] показал, что зимой и весной траектории из точек в околополярной области на стратосферных уровнях месяцами не выходят за ее пределы. При этом траектории из начальных точек у границы полярного вихря остаются в его зоне, а "выпущенные" из точек внутри области вихря меандрируют по всей этой области. Это позволило моделировать эволюцию озона и озоноактивных газов на разных уровнях антарктической стратосферы с хорошим воспроизведением немногих измерений в этой области в августе — октябре 1992—1996 гг. [5], На рис. 5 представлены траектории, "выпущенные" 108
г
Рис, 4. Распределения ОС'О (е. Д.) в Южном полушарии 22 (а, б) и25 (в,г) сентября 2002 г., рассчитанные по модели "МЕЗОН" (в, в) и измеренные аппаратурой "TOMS" (б, г).
20 сентября 2002 г. на высоте 18 км из точек на меридианах 0, 90° в. д., 180 и 90° з. д. на широтах 54 и 72° ю. ш. Эти траектории сначала проходили примерно вдоль кругов широты, после 22 сентября из атлантического сектора повернули внутрь полярной области и одновременно опустились на высоту около 15 км. Область их опускания отмечена на рис, 5 минусом. Траектории в других секторах в основном располагались в зональном направлении и на уровне "выпуска". Примерно такое же расположение имеют траектории, "выпущенные" в тех же точках в то же время на соседних высотах 14 и 22 км.
Из этого анализа следует, что 22—23 сентября в результате резкого потепления в нижней стратосфере Антарктики струйное течение границы полярной ночи разрушилось. Воздушные массы с озоном из субполярного сектора Атлантики проникли внутрь полярной области, снизившись одновременно на 2—3 км, что, как известно (см. [1]), приводит к росту ОСО в воздушной массе. В итоге область озоновой дыры этими массами была разрезана на две части, большая из которых находилась в индийско-западно-тихоокеанском секторе Антарктики. Все это отображено данными наблюдений и в модельных расчетах.
Хотя в октябре озоновая дыра в Антарктике восстановилась на низком уровне (см. рис. 1), но нет оснований считать, что такой ее низкий уро-
Рис. 5. Траектории воздушных масс, "выпущенные" 20 сентября 2002 г. на высоте 18 км на 54° ю. ш. (а) и 72° ю. ш. (б) на меридианах 0° (квадраты), 90° в. (кружки), 180° (крестики) и 90° з. (треугольники).
Эти знаки отмечают также положение воздушных масс в дни 21—24 сентября 2002 г. Пунктир — круг 60° ю. ш.
вень сохранится и в будущем. Из изложенного следует, что современные межгодовые изменения ОСО в высоких широтах определяются в первую очередь динамикой воздушных масс в зимне-весенний период, и пока нет основания ожидать скорого затягивания озоновой дыры в Антарктике от снижения уровня содержания в стратосфере хлорбромсодержащих соединений.
Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (грант 02-05-65399).
Литература
1. Александров Э. Л., Израэль Ю. А., Кароль И. Л., Хргиан А. X. Озонный щит Земли и его изменения. — Л., Гидроме-теоиздат, 1992, гл. 1.
2. Егорова Т. А., Розанов Е. В., Кароль И. Л., Зубов В. А., Малышев С. Л.Моделирование межгодовых изменений общего содержания озона в 1993—2000 гг. и влияние ограничений производства озоноразрушаю-щих веществ. — Метеорология и гидрология, 2002, № 1, с. 5—13.
3. Егорова Т. А., Розанов Е. В., Зубов В . А., Кароль И. Л. Модель для исследования трендов озона (МЕЗОН): краткое описание и валидация. — Известия РАН. Физика атмосферы и океана, 2003, т. 39, № 3.
4. Звягинцев А. М., Иванова Н. С., Круче
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.