А.Ю. Белинская

Институт Солнечно-Земной Физики СО РАН, Иркутск

Используя статистические методы, было исследовано взаимодействие между термодинамическим режимом стратосферы и общим содержанием озона. Показана статистическая зависимость коэффициентов корреляции между ОСО и метеорологическими параметрами от широты наблюдений, долготы, фазы солнечного цикла и фазы квазидвухлетних колебаний стратосферных ветров над экватором. Выяснены температурные и ветровые параметры на уровне 30гПа соответствующие возникновению отрицательных и положительных аномалий в общем содержании озона над Восточно-Сибирским регионом.

Введение. Проблема взаимодействия термодинамического режима средней атмосферы и пространственно-временных вариаций общего содержания озона в атмосфере (ОСО) обсуждается исследователями достаточно давно. Однако до настоящего времени в основном обсуждалась связь вариаций озона с метеорологическими параметрами на уровнях тропосферы. Поэтому существует необходимость продолжать исследования в этом направлении, используя накопленные материалы многолетних наблюдений для анализа связи термодинамических параметров атмосферы на уровнях стратосферы с вариациями ОСО. Тем более, что максимум озонового слоя приходится именно на эти высоты.

Попытки привлечь необычность термодинамической ситуации в атмосфере средних широт для объяснения аномального поведения озона делались. Хорошо известны работы Бекорюкова В.И. [1-3], в которых обсуждается связь пространственно-временных вариаций озона с климатическими условиями, например он установил, что в ложбине длинной волны наблюдается повышенное содержание озона, а в гребне - пониженное. В более поздних работах рассматривалось совместное воздействие температурных и динамических факторов. Например, низкое содержание озона над Европой в феврале 1990 и зимой 1991/1992 гг. связывалось с очень холодной тропосферой и со сдвигом наиболее холодной части полярного вихря к Северной Европе [4]. В работе [5] детально рассмотрена зависимость локальных минимумов ОСО от метеорологических условий: выявлена очень заметная зависимость отклонений значений ОСО от среднезональных величин (60^Ос.ш.) от динамических параметров тропосферы. Все чаще в научной периодике стали появляется статьи, в которых на основе короткопериодных рядов данных для конкретных точек обсуждается влияние температурных изменений на определенном высотном уровне на вариации озона [6-9]. Таким образом, проблема оценки влияния температурных и ветровых изменений на вариации ОСО остается открытым. Дальнейшие исследования в этом направлении требуют более детального рассмотрения связи ОСО с метеопараметрами на различных высотных уровнях.

Анализ и результаты. Для анализа была использована глобальная база данных по наблюдениям общего содержания озона, измеренных прибором TOMS (Total Ozone Mapping Spectrometer) на борту ИСЗ Nimbus-7 (США) за 1978-1992 гг. (CD-ROM, версия 6.0 и 7.0). Данные представлены среднесуточными и среднемесячными усредненными и сглаженными значениями ОСО для пространственной сетки с ячейкой 1^О ´ 1.25^О (широта ´ долгота). Для анализа нам были доступны ряды значений зонального ветра и температуры стратосферы для зимнего периода (ноябрь - март) 1979-92 гг. над Северным полюсом и широтной зоны 60^Ос.ш. по данным группы К. Лабицке (Свободный Университет, Берлин, Германия). Для исследования имеющихся временных рядов был использован корреляционный анализ, на основе коэффициента корреляции Пирсона. Значимость коэффициента корреляции оценивалась по критерию Фишера [10]. Корреляционный анализ ежедневных данных ОСО и температуры над Северным полюсом для двух широтных зон показал не только широтные отличия, но и наличие долготного эффекта, а также зависимость характера связи от уровня солнечной активности и фазы квазидвухлетних колебаний стратосферных ветров над экватором (КДК). Все коэффициенты корреляции оказались значимыми. Результаты представлены на рис. 1 и 2. На этих 3-мерных графиках видно, что наибольшая зависимость корреляции от фазы КДК наблюдается на высоте 30 гПа, причем на 60^Ос.ш. это проявляется более ярко. Для Иркутска можно отметить, что до 1984 года на уровне 10 гПа наблюдалась положительная корреляция (+0,4), потом она уменьшилась. Видно, что Восточно-Сибирский регион характеризуется довольно высокими значениями корреляции на уровне 30 гПа. Однако характер связи носит обратный знак для разных высот. Для 60^Ос.ш. в основном наблюдалась отрицательная корреляция, которая меняла только свою величину для разных лет наблюдений.

Заключение. Установлено наличие статистически значимой связи между термодинамическим режимом стратосферы и вариациями общего содержания озона эта связь зависит от широты, долготы и фазы КДК стратосферных экваториальных ветров. Условиями появления пониженных значений ОСО в зимний период можно считать температуру на уровне 30 гПа меньше -63^О С и восточные ветры со скоростью 70-100 км/ч и 480-510 км/ч.

Полученные результаты подтверждают важную роль динамики стратосферы в поведении озона, что свидетельствует о необходимости учета метеопараметров при прогнозировании значений ОСО и построении моделей озонного слоя. В заключение автор благодарит National Space Science Data Center of NASA, США за данные по озону (TOMS, NIMBUS-7), доктору К. Лабицке за данные по параметрам стратосферы и выражает признательность профессору Казимировскому Э.С. за полезное обсуждение результатов в ходе подготовки статьи.

1. Correlation between stratospheric temperature, total ozone, and tropospheric weather systems / Petzoldt K., Naujokat B., Neugebohren K. // GRLett. - 1994. - V.21, N 13. - c.1203.
1. The role of dynamics in total ozone deviations from their long-term mean over the Northern Hemisphere/ K. Petzold// Ann. Geoph.- 1999. -17,N2. - c.231-241.
1. Àíàëèç êâàçèäâóõëåòíåé öèêëè÷íîñòè â âåðòèêàëüíûõ ðàñïðåäåëåíèÿõ îçîíà è ìåòåîïàðàìåòðîâ ïî äàííûì îçîíîçîíäîâ/ Ñèòíîâ Ñ. À., Ãðóçäåâ À. Í.// Èçâ. ÐÀÍ,ÔÀÎ.- 1996. - ò.32, N3. - ñ.370-382.
1. The sunspot cycle, the QBO, and the total ozone over Northeastern Europe: a connection through the dynamics of stratospheric circulation / Soukharev B.// Annales Geophysicae, -1997.-V.15, NO. 12. - ñ.1595-1603.
1. Relationship Between Total Ozone Amounts and Stratospheric Temperature at Syowa, Antarctica/ Shigeru Chubachi// JGR- 1993.- V.98. D2.- c. 3005-3010.