УДК 551.510.534(4)
Статистика аномальных явлений в озоносфере над Европой
Н. Ф. Лукьянова*, А. М. Людчик*
Определена статистика аномалий содержания озона над Европой за период инструментальных наблюдений. Подтверждено увеличение числа отрицательных аномалий общего содержания озона (ОСО) атлантического типа в годовых циклах последних десятилетий. Частота отрицательных и положительных аномалий ОСО арктического типа практически не изменилась. Сезонное распределение относительной частоты аномалий всех типов не претерпело существенных изменений. Сезонное распределение относительной частоты наиболее интенсивных отрицательных аномалий атлантического типа является более "узким" по сравнению с распределением аномалий средней интенсивности. Имеются также существенные различия в сезонном распределении частоты средних и интенсивных отрицательных аномалий ОСО арктического типа.
Введение
Хорошо известно явление антарктической озоновой дыры, регулярно повторяющееся в последние десятилетия в начале весны в Южном полушарии. Общепризнанной причиной явления считается загрязнение стратосферы соединениями хлора и брома — продуктами фотолиза галогенуг-леродов, широко используемых в человеческой деятельности. Механизм образования, развития и деградации антарктической озоновой дыры весьма подробно исследован и не вызывает возражений [15].
Менее исследованными до сих пор остаются озоновые "мини-дыры", наблюдаемые в Северном полушарии, в частности над Европой. Под отрицательными озоновыми аномалиями (мини-дырами) в дальнейшем будем понимать кратковременное (в течение нескольких суток, в крайнем случае — недель) резкое уменьшение общего содержания озона (ОСО) в атмосфере над значительной территорией земной поверхности. Количественные критерии уменьшения ОСО приводятся ниже.
В последнее десятилетие повысился интерес к этому явлению, что проявилось в увеличении числа публикаций по теме [1—4, 5, 7, 8, 10—14, 16, 17, 19]. Результатом проведенных исследований является вывод о динамической (в отличие от химической) природе кратковременных отрицательных аномалий ОСО, обусловленных вторжением обедненных озоном воздушных масс из тропических областей в средние и высокие широты в
* Национальный научно-исследовательский центр мониторинга озоносферы Белорусского государственного университета.
верхней тропосфере и нижней стратосфере. Можно с уверенностью сказать, что озоновые мини-дыры не являются продуктом человеческой деятельности и, в отличие от антарктической озонной дыры, фиксируются на протяжении всего периода инструментальных наблюдений. Весьма часто встречаются также утверждения об увеличении числа отрицательных аномалий содержания озона в последние десятилетия, и этот вывод имеет значение для климатологии озоновых мини-дыр и возможной их связи с изменением климата.
Помимо озоновых мини-дыр в умеренных широтах Северного полушария часто наблюдается и другой тип озоновых аномалий — кратковременные "всплески" общего содержания озона. Такие события всегда отождествляются с вторжением богатых озоном арктических воздушных масс, и природа явления не вызывает сомнений. Однако было бы интересно проследить климатологию положительных озоновых аномалий. Более того, без исследования последней будет некорректно судить о возможном вкладе отрицательных аномалий содержания озона в многолетний тренд общего содержания озона в средних широтах.
В данной публикации приводятся результаты анализа вариаций числа и путей распространения озоновых аномалий, наблюдавшихся над Европой в период 1957—2006 гг. Исследуется сезонное распределение относительной частоты аномалий ОСО и его изменение за период наблюдений. По сути, представленные результаты являются обобщением и расширением анализа, проведенного в [19], путем добавления данных последних нескольких лет и включения в рассмотрение положительных аномалий ОСО. В отличие от работы [8], где анализировались уникальные события, характеризующиеся экстремально малыми значениями общего содержания озона, здесь рассматривается вся совокупность событий, сопровождающихся заметным (более 20%) отклонением общего содержания озона от климатической нормы для региона, занимаемого аномалией. Это позволило значительно расширить список анализируемых событий, построить вполне достоверную их статистику и проанализировать изменение ОСО в течение нескольких десятилетий. Подчеркнем, что представленные результаты базируются исключительно на данных о полях общего содержания озона без привлечения дополнительных источников информации и гипотез. Многие выводы, полученные ранее другими авторами [10], находят подтверждение в результатах изучения динамики полей общего содержания озона и статистического анализа частоты и сезонного распределения озоновых аномалий. Некоторые результаты не согласуются с полученными нами. В частности, в [8] определено, что эпизоды с экстремально малым содержанием озона над Европой чаще всего возникают в ноябре и декабре, в то время как полученное нами сезонное распределение отрицательных аномалий с дефицитом озона более 30% (практически экстремальных, согласно [8]) имеет достаточно острый максимум, смещенный на декабрь и январь. Различие объясняется тем, что в [8] фиксировались случаи снижения общего содержания озона до уровня 220 единиц Добсона и менее, мы же анализировали значительные отклонения от среднемесячных значений. Поэтому авторы [8] исключили эпизоды относительно больших отрицательных аномалий в зимне-весенние месяцы, когда среднемесячные значения достига-
ют максимума и даже очень большие отрицательные аномалии не уменьшают общее содержание озона до уровня 220 е. Д.
Исходные данные
В качестве исходных данных для анализа послужили результаты инструментальных наблюдений за состоянием озонового слоя на станциях мировой озонометрической сети [18] за период 1957—2005 гг. в области 32—80° с. ш. и 50° з. д. — 45° в. д.
Кроме данных наземной сети, для анализа привлекались ежедневные карты полей общего содержания озона в Северном полушарии, полученные на основе наземных и спутниковых измерений за период 1978—2007 гг. [9]. Это позволило более детально проследить пути перемещения озоновых аномалий.
Процедура обработки
Весь интервал наблюдений был разбит на годовые циклы, начинающиеся с 16 августа и заканчивающиеся 15 августа следующего года. Это — естественное для нашего анализа разбиение, поскольку "аномальная активность" обычно начинается с середины августа и прекращается к лету. Увеличение количества озоновых аномалий осенью и в начале зимы какого-либо года, как правило, сопровождается увеличением числа аномалий также и в зимне-весенний период следующего года. Поэтому разделение периода аномальной активности на две части при смене года представляется противоестественным. Для каждого годового озонового цикла определялись число и интенсивность аномалий ОСО, а также их распределение по сезонам. Далее в тексте и на рисунках годовые циклы обозначены по их началу. Например, "1974 г." означает цикл "16 августа 1974 г. — 15 августа 1975 г.".
Вывод о наличии аномалии ОСО делался на основании подтверждения данными по крайней мере двух относительно недалеко находящихся друг от друга станций с допустимым временным интервалом в 1—3 дня. Исключение составили несколько случаев в период 1957—1970 гг., когда озо-нометрическая сеть была редкой и измерения проводились нерегулярно. Это касалось показаний только станций Рейкьявик и Тромсе. Большинство озоновых аномалий, выявленных по результатам наблюдений на единственной станции в Тромсе (Норвегия), отмечено также в публикации А. Х. Хргиана [7]. Остальные случаи резкого уменьшения общего содержания озона, зарегистрированные только на одной станции, фиксировались, однако не включались в статистику. Их доля от числа уверенно классифицированных событий за один годовой цикл вместе с другими спорными случаями иногда оказывалась значительной, особенно в период, когда не проводились спутниковые наблюдения за озоносферой.
Интенсивность озоновой аномалии оценивалась как максимальное относительное отклонение общего содержания озона от среднего месячного значения, определенного по результатам многолетних наблюдений на станциях. При этом учитывались географическое положение станции, зафиксировавшей момент максимального развития аномалии, и многолетнее среднемесячное содержание озона, характерное для данной станции. Статис-
тика велась для аномалий, интенсивность которых превышала 20 и 30%. Определенные возражения может вызвать выбор количественного критерия, поскольку 20%-ное отклонение от климатической нормы не всегда превышает стандартное отклонение, характеризующее "естественную" изменчивость общего содержания озона. В [8] для определения эпизодов с экстремально малым содержанием озона в качестве критериев использовалась площадь (~500 000 км2), занимаемая аномалией с общим содержанием озона менее 220 е. Д. Такой подход легко реализуется на основании спутниковых данных о полях ОСО, однако наталкивается на серьезные трудности в "доспутниковую эпоху". В свою очередь, в [10] анализировались эпизоды, когда дефицит озона над достаточно большой территорией превышал 70 е. Д. относительно усредненных по широте и долготе многолетних средних месячных значений общего содержания озона в поясе средних широт. При этом анализировалось изменение интегральной характеристики (месячной суммы дней, в течение которых наблюдались озоновые мини-дыры). При выборе конкретных критериев мы руководствовались стремлением, в первую очередь, исключить незначительные флуктуации общего содержания озона, возможно, порожденные погрешностями измерений, и, во вторую очередь, попытаться выявить возможные различия в статистике аномалий разной интенсивности. Дополнительным доводом в пользу приемлемости использованного подхода является то, что понятие "естественной" изменчивости общего содержания озона в конкретный сезон в конкретном регионе, как правило, базируется на оценке дисперсии измеряемой величины. Последняя определяется с учетом всех данных наблюдений, в том числе и тех, которые были получены в периоды прохож
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.