Дослідження атмосфери, пов’язані з руйнуванням озонового шару та змінами клімату в Європі - спектр наук
Дослідження атмосфери: руйнування озонового шару та зміни клімату в Європі
В останні роки справжньої зими не було взагалі ", - загальноприйняте твердження. Кліматологи можуть підтвердити, що" раніше "(у шістдесятих роках) зими над Центральною Європою були холоднішими. відіграють важливу роль у виникненні холодних або теплих десятиліть. Одним із прикладів такого багаторічного коливання клімату є відомий як Південне коливання Ель-Ніньо (ENSO). Зв’язок океанічних та повітряних потоків в екваторіальному Тихому океані впливає на погоду в південній частині Тихого океану. і Північна Америка.
Подібні багаторічні коливання для європейського клімату: Північноатлантичні коливання (NAO), які впливають на клімат, особливо в зимовий півріччя. Це пов’язано зі зміною температури в усьому північноатлантичному районі і проявляється у багатьох важливих атмосферних, океанічних та екологічних змінних, наприклад, у температурі морської поверхні, кількості опадів та тривалості вегетаційних періодів. Метеорологи виражають це за допомогою індексу, який визначається різницею тиску між ісландським мінімумом та Азорськими островами. Високий індекс НАО відповідає великій різниці тисків. Як результат, над Атлантикою дмуть сильніші вітри, ніж середньострокові, і призводять повітря, нагріте океаном до європейського континенту. У такі роки в Центральній та Північній Європі зима є порівняно м'якою. Однак, якщо індекс НАО низький, між Ісландією та Азорськими островами існує невелика різниця в тиску повітря. Замість теплої західної течії з Атлантики взимку все частіше переважає холодна течія з Росії до Центральної Європи, яка забезпечує морозні температури.
Наслідки розподілу тиску повітря над Північною Атлантикою
Північноатлантичні коливання показали тенденцію до дедалі позитивніших фаз протягом останніх тридцяти років. Таким чином, це сприяло як спостереженню потепління в Європі, так і тенденціям щодо інших кліматичних змінних. Але це ще не все: як ми змогли показати, НАО також впливає на товщину озонового шару, який захищає життя на землі від шкідливого УФ-випромінювання сонця. (Геофізичні дослідницькі листи, т. 27, с. 1131).
Озонова діра над Антарктикою майже щоосені з середини 1980-х років створювала нові рекордні звіти. У наших широтах озоновий шар став тоншим, хоча і менш вражаючим. Спостережуване зниження озону з 1970-х років в цілому відповідає дії озоноруйнівних речовин, таких як хлорфторуглероди (ХФУ), які можна отримати з хімічних моделей.
Однак були й деякі незрозумілі відхилення від тверджень моделей. Наприклад, у період з 1978 по 1991 рік у березні на швейцарській вимірювальній станції Arosa було виявлено зниження озонового шару на п'ять відсотків на десятиліття. Натомість над Ісландією (вимірювальна станція в Рейк'явіку) озоновий шар за той самий період взагалі не зменшувався і навіть здавався збільшуватися. Це явно суперечить твердженням хімічних моделей, згідно з якими викид озону повинен бути більшим у високих широтах, ніж в альпійському регіоні. Як можна пояснити цей контраст?
Як ми виявили, це пов'язано зі змінами в динаміці атмосфери, які пов'язані з НАО і досі не враховані. Розташування так званої тропопаузи відіграє важливу роль. Це шар повітря на висоті близько восьми-десяти кілометрів, який відокремлює бідну озоном тропосферу, в якій відбувається щодня погода, від багатої озоном стратосфери. Точна висота тропопаузи може змінюватися вгору або вниз залежно від погоди. Цей рух відповідає зміні тиску в тропопаузі, тобто повітряної маси на площу над тропопаузою.
У зоні низького тиску тропопауза глибша за норму, тому в колоні, яка тягнеться від землі до вершини атмосфери, більше стратосферного і менш тропосферного повітря. Оскільки стратосферне повітря містить більше озону, загальна концентрація озону в зоні низького тиску вища, ніж у зоні високого тиску. Ще в 1929 році Гордон М. Б. Добсон та його колеги показали, що добові зміни загального озону в середніх широтах сильно залежать від розподілу максимумів і мінімумів.
Це міркування також може бути застосовано до довгострокових змін клімату. Визначаючи розподіл тиску повітря в північноатлантичному регіоні взимку, НАО також впливає на середнє положення тропопаузи в різних районах Європи. Якщо низький рівень Ісландії особливо виражений у роки з позитивним індексом НАО, тропопауза над північною Атлантикою нижча за середню. На відміну від них, у Центральній Європі ситуація прямо протилежна. Тиск повітря тут вищий за середній, так що тропопауза вища за середньострокову. Відповідно, у роки з позитивним індексом НАО концентрація озону над Північною Атлантикою повинна бути особливо високою, тоді як у Центральній Європі вона повинна бути особливо низькою.
Щоб перевірити це теоретичне сподівання, ми оцінили серію вимірювання озону Arosa. Це найдовший у світі. Оскільки він починається на початку 1930-х років, він повертається до часів, коли не існувало ХФУ, що руйнують озоновий шар. Крім того, ми проаналізували вимірювання озону на станції Рейк'явік.
Результат був ясним: у роки з позитивним індексом NAO в Аросі було зареєстровано менше загального озону, ніж у роки з негативним індексом NAO; І навпаки, станція Рейк'явік має вищі значення озону в роки з позитивним індексом НАО і нижчими значеннями озону при негативному індексі НАО.
Антропогенна частка в руйнуванні озонового шару
Відповідно, загальний рівень озону варіюється теоретично передбаченим для НАО. Не всі довгострокові зміни повинні бути зумовлені впливом людини. Звичайно, це не означає, що в середніх широтах не відбулося антропогенного руйнування озону. Однак це не просто безпосередньо відповідає вимірюваному зниженню озону. Для того, щоб його можна було визначити, слід скоріше взяти до уваги природні коливання - зокрема той факт, що індекс НАО мав переважно позитивні значення за останні кілька десятиліть.
Як показав наш детальний аналіз, близько третини коливань озону від зими до зими можна віднести до мінливості НАО. Для того, щоб визначити антропогенну частку виснаження озону, ми розробили статистичну модель, яка чітко враховує індекс NAO (або тиск тропопаузи); Він також включає інші фактори, які, як відомо, впливають на рівень атмосферного озону - такі, як 11-річний цикл сонячних плям, квазі-дворічні коливання та високі вулканічні виверження.
Для Arosa нам вдалося перерахувати техногенний озоновий тренд. Для зим останніх тридцяти років це становило 2,4 відсотка на десятиліття. Раніше аналізи тенденцій переоцінювали антропогенне руйнування озону в Центральній Європі приблизно на чверть, оскільки вони не враховували довгострокові зміни в структурі атмосфери.
Розрахунки тенденцій у північноатлантичному районі, де попередні аналізи не виявили значних втрат озону, також повинні бути переглянуті - хоча і в зворотному напрямку. Згідно з нашою моделлю, падіння озону в Рейк'явіку взимку, з урахуванням природних наслідків, зараз становить 3,8 відсотка на десятиліття. У той же час очевидне протиріччя з прогнозами хімічних моделей зникає: відповідно до них, значення для Рейк'явіка більше, ніж для Арози.
Природні коливання протягом декількох років або десятиліть можуть маскувати або навіть посилювати антропогенний вплив. Іншим цікавим питанням є те, на чому базується довгостроковий перехід НАО у позитивні фази. Зрештою, це також може бути спричинено діяльністю людини - наприклад, через викиди парникових газів, таких як діоксид вуглецю, або через власне руйнування озону. Однак досі не вирішено, чи це так.