ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ

ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им. М.В. ЛОМОНОСОВА

ФИЗИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

На правах рукописи

Груздев Александр Николаевич

ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННAЯ ДИНАМИКА АТМОСФЕРНОГО ОЗОНА И СВЯЗАННЫХ С НИМ ГАЗОВЫХ ПРИМЕСЕЙ

25.00.29 – Физика атмосферы и гидросферы

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора физико-математических наук

Москва – 2007

Работа выполнена в Институте физики атмосферы им. А.М. Обухова Российской Академии наук

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук Кожевников Валентин Николаевич

доктор физико-математических наук Нерушев Александр Федорович

доктор физико-математических наук Погорельцев Александр Иванович

Ведущая организация: Институт вычислительной математики Российской академии наук

Защита состоится «18 » октября 2007 г. в «15 » часов

на заседании диссертационного совета Д 501.001.63

при Московском государственном университете им. М.В. Ломоносова

по адресу 119991 Москва, Ленинские горы, ГСП-1, МГУ им. М.В. Ломоносова,

Физический факультет, аудитория

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Физического факультета МГУ

Автореферат разослан « » сентября 2007 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

кандидат физико-математических наук В.Б. Смирнов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Введение. Атмосферный озон, концентрация которого в воздухе на различных высотах измеряется лишь миллионными и даже миллиардными долями, является, тем не менее, одним из важнейших атмосферных газов в силу своих оптических и химических свойств. Поглощение озоном биологически активного компонента ультрафиолетовой солнечной радиации служит основным механизмом, регулирующим интенсивность этой радиации на поверхности Земли и, таким образом, наличие озонного щита является жизненно важным для существования разнообразных форм жизни на Земле. Поглощение озоном коротковолновой солнечной радиации и излучение в инфракрасной области спектра (в окрестности 9.6 мкм) служат важнейшими составляющими радиационного и термического баланса атмосферы. Наличие стратосферного озонного слоя радикальным образом влияет на температурную стратификацию стратосферы и, тем самым, оказывает важное воздействие на динамические процессы и климат стратосферы. Благодаря высокой химической активности озон играет важнейшую роль в химических процессах в различных слоях атмосферы. Участвуя во множестве реакций, он влияет на содержание других малых газовых составляющих атмосферы, обладающих важными радиационными или химическими свойствами. В свою очередь, фотохимический баланс озона существенно зависит от концентраций других малых примесей атмосферы из разных химических семейств.

Из малых атмосферных примесей, кроме озона, в диссертации рассмотрены, в частности, двуокись азота NO2, закись азота N2O, азотная кислота HNO3, метан CH4. Двуокись азота – важнейший компонент семейства окислов азота, которое вносит основной вклад в химической разрушение озона в средней стратосфере. Присутствие NO2 необходимо для фотохимического образования озона в нижней тропосфере. Метан и закись азота – важнейшие после углекислого газа парниковые газы атмосферы. Кроме того, закись азота служит основным источником окислов азота в стратосфере, а метан – важным источником гидроксила ОН в тропосфере и стратосфере. Метан – также важнейший поставщик водяного пара в стратосфере и мезосфере, который тоже является важным источником гидроксила. Цепочка окисления метана приводит к образованию перегидроксила водорода HO2, который, наряду с гидроксилом ОН, играет важнейшую роль в фотохимии тропосферного и стратосферного озона. Азотная кислота служит важным резервуаром химически активных окислов азота в нижней стратосфере, а ее вымывание в тропосфере – основным механизмом удаления химически активных азотсодержащих соединений из атмосферы.

Актуальность проблемы исследования. Чрезвычайно важная роль озона и связанных с ним атмосферных примесей в радиационных, химических и динамических процессах в атмосфере определяет актуальность всестороннего исследования их пространственно-временнoй изменчивости. О серьезном внимании, уделяемом изучению озона и других атмосферных примесей, свидетельствует большое число национальных и международных программ в рамках Всемирной метеорологической организации (ВМО) и Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК). Подписание в 1987 г. Монреальского протокола было направлено на предотвращение начавшегося истощения стратосферного озонного слоя. Регулярно наблюдавшееся в течение последних 20-25 лет сильное уменьшение содержания озона над южной полярной областью в весеннее время (антарктическая «озонная дыра») и обусловленное этим увеличение уровня биологически активной УФ радиации и климатические изменения в нижней тропосфере над Антарктикой и прилегающими областями подтвердили злободневность проблемы.

Цель и задачи. Целью работы является экспериментальное и теоретическое исследование вариаций содержания озона и других газовых атмосферных составляющих на различных временных масштабах с оценкой амплитудных и фазовых характеристик вариаций и выявлением их региональных и крупномасштабных особенностей.

Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи.

1. Изучение характеристик годового хода содержаний озона, двуокиси азота, закиси азота, метана, азотной кислоты.

2. Изучение особенностей и механизмов изменчивости содержания озона и двуокиси азота в полярных областях.

3. Изучение квазидвухлетних вариаций озона, температуры, давления, скорости ветра в стратосфере и тропосфере.

4. Изучение вариаций состава, температуры и динамики средней и верхней атмосферы под воздействием вариаций уровня солнечной активности.

5. Изучение эффектов долговременной изменчивости и трендов содержания озона и двуокиси азота в стратосфере; оценки долговременных изменений термического режима средней атмосферы.

6. Анализ спектральных и структурных закономерностей пространственно-временной изменчивости озона и двуокиси азота.

Научная новизна.