Введение к работе
Актуальность теш. Как известно, озоновый слой атмосферы, благодаря своим оптическим свойствам, защищает биосферу Земли от губительного жесткого ультрафиолетового излучения Солнца. При этом, наблюдаемое, относительно стабильное содержание озона в атмосфере определяется протекающими одновременно и взаимосвязанными химическими, радиационными я динамическими процессами. Вместе с тем, результаты наземных и спутниковых измерений отметили в последнее время ряд тревожных тенденций в пространственно-временном распределении озона в атмосфере, таких как весенняя "озонная дыра" в Антарктиде, появление "мини-дцр" в Арктике, уменьшение общего содержания озона в средних шротах обеих полушарий, имеющее тенденцию увеличения с годами, уменьшение озона после мощных вулканических выбросов. В этой связи стали особенно актуальными задачи диагностирования няблгодаешх и, в большинстве своем, не предсказанных существующими теориями особенностей распределения атмосферного озона и прогностического исследования возможностей повторения подобных процессов в других районах Земного игра.
Результатом активности ученых разных стран по привлечению внимания к опасности антропогетшх воздействий на атмосферный озон стало появление двух международных соглашений! Венской Конвенции и Монпеальского Протокола, определяющих ' порядок сокращения промышленного использования озоноразрушащих веществ в течение ближайших лет . В связи с опасностью хлорсодержащих компонентов для озонового слоя и предстоящий уменьшением их применения в промышленном цикле, в настоящее время ведутся интенсивные технические проработал по созданию их заменителей, так называемых альтернативных фреонов, более безопасных для земной атмосферы. При этом, необходимы оценки потенциальной опасности для озоносфёры вновь вводимых в производство веществ.
Для анализа физико-химических процессов формирующих: пространственно-временное распределение атмосферного озона и исследования антропогенных воздействий на озоносферу необходимы адекватные теоретические модели, позволяющие на базе диагностических исследований наблюдаемых особенностей распределения озона дать прогноз изменения параметров озоносфёры в ближайшем и отдаленном будущец.
При теоретическом моделировании пространстве}шо-временного распределения озона* и других атмосферных газовых составляющих необходимо корректно и обоснованно описывать взаимосвязь радиационных, химических и динамических процессов. При этом, в связи с тем, что разработанные ранее модели озоносферы не смогли предсказать образование "озонных дыр" в Аігтарктиде, необходимо не только болев глубоко изучать традиционно включаемые в теоретические модели процессы, но и исследовать другие физические и химические механизмы, которые ранее не включались в модели озоносферы.
Целью настоящей работы является:
I.Создание одно- и двумерной моделей низшей и средней атмосферы, позволяющих исследовать антропогенные воздействия на озоносферу.
2.Получение численных оценок изменчивости параметров озонового слоя при различных сценариях промышленных выбросов хлорфторуглеродов.
3.Модельное сравнение различных механизмов образования весенних озоновых аномалий в Антарктиде и Арктике.
4.Количественные оценки влияния гетерогенных процессов на поверхности атмосферного аэрозоля на пространственно-временное распределение озона.
5.Получение численных оценок влияния выбросов стратосферных самолетов на озоновый слой. Сравнение результатов для газофазной и аэрозольной атмосфер.
Научная новизна работы состоит в следующем
Разработана нестационарная двумерная самосогласованная численная радиационно-динамически-хишческая модель тропосферы и стратосферы. С помощью разработанной модели получены следующие выводы и результаты:
I.Получены оценки влияния гетерогенных процессов на поверхности фонового и антропогенного аэрозоля на формирование поля озона на высотах тропосферы и стратосферы в полярных и средних широтах.
2.Получены прогностические оценки влияния выбросов хлорфторуглеводородов на озоновый слой в условиях аэрозольной атмосферы.
3.Проведен сравнительный анализ механизмов, ответственных за образование "озоновой дыры" в Антарктиде.
4.Получены Количественные оценки влияния выбросов стратосферных самолетов на процессы, формирующие равновесные концентрации озона в аэрозольной атмосфере.
Теоретическая и практическая ценность работы :
Разработаю) и реализованы на ЭВМ методы ранения "яэсткпх'' задач химической кинетики , описывающих поведеіше шюгокотяіонєнтной, чногопараметрической среди с учетом процессов переноса. Предлагаемый подтод может быть использован при решении диагностических п прогностических задач коделирования особенностей газового состава планетных атмосфер на различных высотах, а также в климатических и диланичеасих моделях разной размерности.
На основе разработанных методов создан комплекс фотохимических моделей низшей и средней атмосферы Земли, которые могут быть использованы:
- в практичесіспх исследованиях целесообразности введения в
иромыиленное производство альтернативных заменителей озонсопясшх
хлорфторуглеводородов, с течки зрения получения количественных оценок
их потенциалов озонного разрукения,
при интерпретации экспериментальных дзіпшх о параметрах озонос'.ерц, получении в ходе проводимых в настоящее время международных программ, нэпрадлешшх на исследование Арктической атмосферы, на предмет еознсіїкостн развития в данном регионе яплетглй подобных весенним озоновым аномалиям в Антарктиде.
- при оценках возможного истощения озонового слоя под rvrnnir-'Mi
выбросов стратосферной авиации и ракетно -космической техники.
На защиту г-шюсятсл :
I.Двумерные самосогласованные модели раднагаи, x',"""i и ."нняглгн ниг'сй и средней атмосферы.
2.Параметризации гетерогенных процессов на пог"ркноотн атмосферного аэрозоля и оцеїна их влияния ні тртаоаКч'Нмй и стратосферный озон.
3.Численные сценки влнпішл премиален^).ч '".'брссов
ХЛОрфТОруГЛСроДОВ ИЗ ОЗОНОВЫЙ СЛОЙ И ПрОГНОЗ ИГМеНСНИ.Ч П."Р"?'ЗТр"В
озоносфзрц при различных сценариях сскрягднгал пеподьзопчпта і'і'^пя будущем.
4.ПрОГНОСТІГІЄСМІО СЦБШ'Л ВЛИЯНИЯ Продуктов СГПГ"!ГП і-""0."Є'ППії
двигателей на озон в тропосфера и гатаїзй стратосГ'ч/.а.
5.СЦЄНКП относительной рОЛИ ДПНаИИЧССКПХ И Х!Ч'ИЧп.е."НХ '">"Г1!МГн»т>)
образования наблюдаемых особенностей простраігстг">;п'о-г;":!"'?ізт':го рягі'і'еделеїшя озона в полярных районах.
Апробация работа .
ОсігоІїїїЛа результаты исследований, излокешше в диссертации докладывались и обсуждались на семинарах в Российоком гооударстиеішом гидрометеорологическом институте, Центральной аэрологической обсерватории, Главной геофизической обсерватории им.А.И.Воейкова. Арктического н Антарктического института, на III Всесоюзной Конфорсігцпи по «мрологии (Москііа,І905), на Международной конференции ШО по моделированию загрязнения атмосферы (Ленинград 1936), на Международной конференции по дальнему переносу газовых примесей (Вильнюс 1906)і на II Всесоюзном симпозиуме по средней атмосфере (Москва IS06), на Всесоюзном симпозиуме по фотохимическим процессам земной атмосферы (Москва, 1907), на совещаниях NASA/IISRF (1991,1992), на Ассамблеях . Европейского Геофизического общества в (1991,1992,1993), в Институте Окружающей Среды Стокгольма (11,31,1993).
Разработанные модели передавались и используются в Центральной аэрологической обсерватории, Институте химической фигзики им.И.IF.Семенова и институте прикладной геофизики нм.Е.К.'Іедорова.
Публикации. Оснотшо результаты диссертации опубликовшш в 26 печатных работах, материалы использовались в научно-исследовательских отчетах.
Структура и г'ъем работа. Диссертация состоит из введения, пяти глав,~Гілиг7Жнйя~й списка литературы. Главы долятся на разделы. * Диссертация включает 145 страїшц машинописного текста, включая 29 » рисунков и 12 таблиц. Список литературы содержит 67 наименований.
