Введение к работе
Актуальность работы
Исследование общего содержания озона (ОСО) в атмосфере Земли в настоящее время является одной из актуальных задач физики атмосферы. Это связано с тем, что наблюдается глобальное уменьшение озона в земной атмосфере. Озоносфера, как часть атмосферы Земли, играет важную роль во многих процессах определяющих глобальный климат, взаимодействие различных атмосферных слоев. ОСО самым тесным образом связано с распределением температуры в стратосфере, барическим полем, ветровым режимом и струйными течениями. Изменение содержания озона в стратосфере может привести к заметным изменениям потоков радиации в атмосфере, в том числе и биологически активной ультрафиолетовой радиации Солнца, а также и к изменению распределения температуры воздуха вплоть до подстилающей поверхности. В свою очередь, это может привести к возможным негативным биологическим и экологическим последствиям.
Общее содержание озона характеризуется хорошей корреляцией с крупномасштабными динамическими процессами в атмосфере. Тропическая зона представляет особый интерес, обусловленный тем фактом, что здесь происходит образование мощных тропических циклонов (ГЦ), которые могут нанести существенный ущерб жизнедеятельности людей. В связи с этим, одной из задач в исследовании озона является выявление возможностей, оценка перспективности использования характеристик изменчивости ОСО для прогнозирования указанных атмосферных процессов.
Анализ данных, выявление новых особенностей в поведении ОСО и их обобщение являются необходимым условием для более полного описания процессов эволюции озонового слоя атмосферы.
К настоящему времени исследованию изменчивости ОСО посвящено огромное количество работ. Однако в подавляющем большинстве случаев анализировались лишь среднедневные значения ОСО. Внутридневная изменчивость ОСО изучена сравнительно мало, особенно в тропической зоне. В то же время, анализ поведения ОСО при малых временах усреднения (единицы минут) может представлять интерес как с точки зрения физики атмосферы, так и точки зрения прогнозирования ряда атмосферных процессов.
Цель работы и направленность исследований
Целью работы являются экспериментальные исследования временной изменчивости общего содержания озона в тропических и средних широтах; выявление особенностей этой изменчивости в широком временном интервале - от минут до лет. В связи с этим решались следующие конкретные задачи.
1. Анализ характеристик существующей озонометрической аппаратуры.
Разработка и изготовление автоматизированного озонометра для измерения ОСО с
высокой частотой (одно измереіше в минуту). Разработка методик и программного
обеспечения для проведения измерений и обработки полученных результатов.
Проведение измерений ОСО в тропических и средних широтах.
2. Исследование внутридневной изменчивости ОСО.
3. Исследование связи вариаций ОСО с барическими образованьями в
тропической зоне.
4. Анализ изменчивости среднедневных значений ОСО в тропической-зоне и в
средних широтах Европейской части территории России по результатам измерений
ОСО в г. Обнинске.
Научная новизна
Впервые проведен детальный анализ внутридневных трендов ОСО. На основании проведенных расчетов получено подробное статистическое описание внутридневной изменчивости ОСО в тропической зоне и в средних широтах. Выявлено существенное различие в повторяемости внутридневных видов тренда средних широт по сравнению с тропической зоной. Определены абсолютные значения скорости изменения озона в течение дня в тропических и средних широтах; экспериментально установлена широтная зависимость внутридневной изменчивости ОСО и скорости его изменения в течение дня.
Впервые обнаружена статистически значимая связь между образованием двух максимумов во временном ходе общего содержания озона и образованием ТЦ.
В средних широтах (г. Обнинск) в летние месяцы и в начале осени темпы уменьшения ОСО превышают среднегодовые значения для этих широт, при этом
положение осеннего минимума ОСО смещается «в сторону лета».
Полученные результаты расширяют наши знания об изменчивости ОСО.
Практическая значимость работы
Результаты диссертационной работы используются на мировых озонных станциях, которые расположены на Кубе и в России (ГУ «НПО «Тайфун», г. Обнинск) при проведении измерений ОСО и обработке полученных результатов; работа выполнялась как часть плановых научно-исследовательских работ.
Выявленный характер изменчивости ОСО в течение дня следует учитывать при проведении градуировок озонометрической и спектральной аппаратуры.
Выявленный характер изменчивости ОСО перед образованием тропического циклона может быть использован в целях прогнозирования их образования. Представленные рекомендации позволят улучшить прогноз образования ТЦ.
Выявленное смещеіше положения осеннего минимума ОСО в сторону лета и. возрастание скорости уменьшения ОСО в летгшй период и в начале осени должны учитываться при составлении прогностических моделей вариаций ОСО и биологически активной ультрафиолетовой радиации (УФ-Б), достигающей поверхности Земли.
Представлено описание автоматизированного озонометра с высокой частотой измерения, методика измерений и обработки результатов.
Один из изготовленных автором приборов был передан Институту метеорологии АН Кубы совместно с методикой проведения и обработки результатов измерений.
Личный вклад соискателя
Автором разработан и изготовлен на базе озонометра М-124 автоматизированный озонометр для измерения ОСО с высокой частотой (одно измерение в мшгуту).
Представленные научные результаты получены лично автором, либо при его непосредственном участии. В частности, автором проведены систематические
измерения, разработана методика измерений ОСО и обработки полученных результатов, проведен анализ этих результатов.
Защищаемые положения
1. Комплекс аппаратуры позволяющий проводить измерения общего
содержания озона с высокой частотой (одно измерение в минуту).
2. Экспериментально установленная широтная зависимость внутридневной
изменчивости общего содержания озона и скорости его изменения в течение дня.
В тропических широтах в 29% всех случаев измерений общее содержание озона меняется монотонно в течение дня, в 50% случаев имеет место немонотонное изменение озона; в средних широтах в 50% всех случаев измерений общее содержание озона меняется монотонно в течение дня, в 35% случаев имеет место немонотонное изменение озона.
Средняя скорость изменения общего содержания озона в течение дня в тропической зоне в 91% всех случаев измерений заключена в пределах изменения от -3 до +1.5 единиц Добсона в час; в средних широтах (г. Обнинск) в 80% всех случаев измерений - в пределах изменения от -3 до +3 единиц Добсона в час.
-
Статистическая связь между образованием двух максимумов во временном ходе общего содержания озона и образованием тропического циклона.
-
Смещение положения осеннего минимума общего содержания озона «в сторону лета» в средних широтах (г. Обнинск), увеличение темпов уменьшения общего содержания озона в летние месяцы и в начале осени в последней декаде 20-го века, которые превышают среднегодовые значения для этих широт.
Научные публикации и апробация работы
По результатам диссертации опубликованы 43 работы, из них: 4 научные статьи - в ведущих журналах, 6 - в институтском сборнике научных трудов, 19 тезисов докладов - на международных, российских и региональных научных конференциях, 13 статей - в сборниках трудов международных и российских конференций, 1 программа - в АФАП.
Материалы, изложенные в работе, были представлены на III Международном симпозиуме по тропической метеорологии (1985 г., Ялта), на Всесоюзной конференции по атмосферному озону (1988, Суздаль), на V Международном симпозиуме по тропической метеорологии (1991 г., Обнинск), на XVII Quadrennial Ozone Symposium (1992 г., США), на WMO Region VI Conference (1993 г., Болгария), на XVIII Quadrennial Ozone Symposium (1996 г., Италия), на Международном симпозиуме стран СНГ «Атмосферная радиация» (1999 г., Санкт-Петербург), на VI Международном симпозиуме «Оптика атмосферы и океана» (1999 г., Томск), на European conference on Applications of Meteorology (1999 г., Швеция), на XXV General Assembly EGS (2000 г., Франция), на ХГХ Quadrennial Ozone Symposium (2000 г., Япония), на Всероссийской конференции «Научные аспекты экологических проблем России» (2001 г., Москва), на Межрегиональной научно-практической конференции «Река Ока - третье тысячелетие» (2001 г., Калуга), на XX Quadrennial Ozone Symposium (2004 г., Греция), на IV Всероссийской конференции «Физические проблемы экологии (физическая экология)» (2004 г., Москва), на -Всероссийской конференции «СП. Хромов и синоптическая метеорология» (2004 г., Москва), на Рабочем совещании по экстремальным атмосферным явлениям (2005 г., Москва), на Ш Всероссийской открытой конференции «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса» (2005 г., Москва).
Структура и объем работы
Похожие диссертации на Экспериментальные исследования изменчивости общего содержания озона в тропических и средних широтах
