Том 37, номер 02, статья № 9

Аннотация:

В статье представлены результаты исследования термодинамических и химических процессов внутри стратосферного полярного вихря, приводящим к уменьшению содержания озона в этой области. Рассмотрены зимне-весенние сезоны в Арктике с наиболее сильными стратосферными вихрями и, как следствие, наибольшими потерями озона. Для исследования осредненных по вихрю вариаций озона и озоноактивных компонентов использованы ансамбль обратных траекторий внутри вихря и данные стратосферного реанализа M2-SCREAM, включающие некоторые химические компоненты, влияющие на концентрацию озона. Показано, что рекордное разрушение озона в 2019/2020 г. было обусловлено не только долгоживущим устойчивым стратосферным полярным вихрем, но и более ранней трансформацией хлорных резервуаров в активную форму и более сильной денитрификацией и дегидрацией исследуемых воздушных масс. Предложенный подход может быть использован для анализа динамических и химических процессов в полярной стратосфере для других зимне-весенних периодов, а также для валидации химико-климатических моделей.

Ключевые слова:

стратосферный полярный вихрь, озон, денитрификация, траекторная модель

Иллюстрации:

Список литературы:

1. Zhang J., Tian W., Xie F., Chipperfield M.P., Feng W., Son S.-W., Abraham N.L., Archibald A.T., Bekki S., Butchart N., Deushi M., Dhomse S., Han Yu., Jöckel P., Kinnison Douglas, Kirner O., Michou M., Morgenstern O., O'Connor F.M., Pitari G., Plummer D.A., Revell L.E., Rozanov E., Visioni D., Wang W., Zeng G. Stratospheric ozone loss over the Eurasian continent induced by the polar vortex shift // Nat. Commun. 2018. V. 9. P. 206. DOI: 10.1038/s41467-017-02565-2.
2. Wohltmann I., von der Gathen P., Lehmann R., Deckelmann H., Manney G.L., Davies J., Tarasick D., Jepsen N., Kivi R., Lyall N., Rex M. Chemical evolution of the exceptional Arctic stratospheric winter 2019/2020 compared to previous Arctic and Antarctic winters // J. Geophys. Res.: Atmos. 2021. V. 126. P. e2020JD034356. DOI: 10.1029/2020JD034356.
3. Manney G.L., Livesey N.J., Santee M.L., Froidevaux L., Lambert A., Lawrence Z.D., Millan L., Neu J.L., Read W.G., Schwartz M.J., Fuller R. Record-low Arctic stratospheric ozone in 2020: MLS observations of chemical processes and comparisons with previous extreme winters // Geophys. Res. Lett. 2020. V. 47. P. e2020GL089063. DOI: 10.1029/2020GL089063.
4. Wohltmann I., von der Gathen P., Lehmann R., Maturilli M., Deckelmann H., Manney G.L., Davies J., Tarasick D., Jepsen N., Kivi R., Lyall N., Rex M. Near-complete local reduction of Arctic stratospheric ozone by severe chemical loss in spring 2020 // Geophys. Res. Lett. 2020. V. 47. P. e2020GL089547. DOI: 10.1029/2020GL089547.
5. Dameris M., Loyola D.G., Nützel M., Coldewey-Egbers M., Lerot C., Romahn F., van Roozendael M. Record low ozone values over the Arctic in boreal spring 2020 // Atmos. Chem. Phys. 2021. V. 21. P. 617–633. DOI: 10.5194/acp-21-617-2021.
6. Inness A., Chabrillat S., Flemming J., Huijnen V., Langenrock B., Nicolas J., Polichtchouk I., Razinger M. Exceptionally low Arctic stratospheric ozone in spring 2020 as seen in the CAMS reanalysis // J. Geophys. Res.: Atmos. 2020. V. 125. P. e2020JD033563. DOI: 10.1029/ 2020JD033563.
7. Kuttippurath J., Feng W., Müller R., Kumar P., Raj S., Gopikrishnan G.P., Roy R. Exceptional loss in ozone in the Arctic winter/spring of 2019/2020 // Atmos. Chem. Phys. 2021. V. 21. P. 14019–14037. DOI: 10.5194/acp-21-14019-2021.
8. Manney G.L., Millán L.F., Santee M.L., Wargan K., Lambert A., Neu J.L., Werner F., Lawrence Z.D., Schwartz M.J., Livesey N.J., Read W.G. Signatures of anomalous transport in the 2019/2020 Arctic stratospheric polar vortex // J. Geophys. Res.: Atmos. 2022. V. 127. P. 2022JD037407. DOI: 10.1029/2022JD037407.
9. Лукьянов А.Н., Варгин П.Н., Юшков В.А. Исследование с помощью лагранжевых методов аномально устойчивого арктического стратосферного вихря, наблюдавшегося зимой 2019–2020 гг. // Изв. РАН. Физика атмосф. и океана. 2021. T. 57, № 3. С. 278–285.
10. Wargan K., Weir B., Manney G.L., Cohn S.E., Knowland K.E., Wales P.A., Livesey N.J. M2-SCREAM: A stratospheric composition reanalysis of Aura MLS data with MERRA-2 transport // Earth Space Sci. 2023. V. 10. P. e2022EA002632. DOI: 10.1029/2022EA0026.
11. Lukyanov A., Nakane H., Yushkov V. Lagrangian estimation of ozone loss in the core and edge region of the Arctic polar vortex 1995/1995: Model results and observations // J. Atmos. Chem. 2003. V. 44, N 2. P. 191–210.
12. Лукьянов А.Н., Ганьшин А.В., Юшков В.А., Вязанкин А.С. Траекторное моделирование средней атмосферы // Метеорол. и гидрол. 2021. № 9. С. 95–104.
13. Gelaro R., McCarty W., Suárez M.J., Todling R., Molod A., Takacs L., Randles C.A., Darmenov A., Bosilovich M.G., Reichle R., Wargan K., Coy L., Cullather R., Draper C., Akella S., Buchard V., Conaty A., da Silva A.M., Gu W., Kim G.-K., Koster R., Lucchesi R., Merkova D., Nielsen J.E., Partyka G., Pawson S., Putman W., Rienecker M., Schubert S.D., Sienkiewicz M., Zhao B. The Modern-Era Retrospective analysis for research and applications, version 2 (MERRA-2) // J. Clim. 2017. V. 30, N 14. P. 5419–5454. DOI: 10.1175/JCLI-D-16-0758.1.
14. Wargan K., Weir B., Manney G.L., Cohn S.E., Livesey N.J. The anomalous 2019 Antarctic ozone hole in the GEOS Constituent Data Assimilation System with MLS observations // J. Geophys. Res.: Atmos. 2020. V. 125, N 18. P. e2020JD033335. DOI: 10.1029/2020JD033335.