Особенности полярного озона в нижней стратосфере южного полушария Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

Использование космических средств и технологий для мониторинга окружающей природной среды

I. G. Elizarieva, L. A. Semenova Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev, Russia, Krasnoyarsk

SPACE MONITORING AS A NECESSITY OF IMPROVING THE QUALITY OF FORECASTS

The authors describe challenges of space monitoring of Russia's state satellite constellation and as a result, the dependence of the accuracy offorecasts. The ways of solving these problems are investigated.

© Елизарьева И. Г., Семенова Л. А., 2011

УДК 551.550.534

В. Б. Кашкин, Т. В. Рублева, В. М. Мясников, С. А. Селиверстов Сибирский федеральный университет, Россия, Красноярск

ОСОБЕННОСТИ ПОЛЯРНОГО ОЗОНА В НИЖНЕЙ СТРАТОСФЕРЕ ЮЖНОГО ПОЛУШАРИЯ

Изучается стратосферный озон в полярной области Южного полушария. На основе спутниковых данных рассчитываются скорости зонального переноса в области накопления общего содержания озона, а также дефицит массы озона в озоновой дыре. Установлено, что уменьшение общего содержания озона в озоновой дыре сопровождается увеличением количества озона в циркумполярном вихре, окружающем озоновую дыру. Коэффициент корреляции между зональной скоростью и дефицитом массы озона составляет 0,78.

Согласно современным данным, происходит постепенная глобальная деградация озонового слоя. Несмотря на большое количество теоретических и экспериментальных исследований, причины уменьшения общего содержания озона (ОСО) до сих пор неизвестны. В полярной области Южного полушария в течение 30 лет весной наблюдается значительное уменьшение суммарного озона (антарктическая озоновая дыра), т. е. область атмосферы, в которой значение ОСО составляет менее 220 единиц Добсона (е. д.). Это происходит ежегодно в течение 3...3,5 месяцев в области 70...90° ю. ш. Состояние антарктической озоновой дыры характеризует следующие параметры: период существования, дней; площадь м2; минимальное ОСО Xmin, е. Д, дефицит массы озона OMD, 109 кг [1].

В данной работе изучается стратосферный озон Южного полушария на высотах 14.22 км, на основе данных аппаратуры TOMS и OMI, установленной на спутниках Earth Probe и Aura (URL: http://ozonewatch.gsfc.nasa.gov/). Дефицит массы озона в области озоновой дыры рассчитывался нами согласно формуле [2]

О3MD = (220 - Xср )• 2,1110-5 • Sph,

где X^ - среднее значение ОСО в области озоновой дыры в день, когда наблюдался минимум. Полученные значения О3MD сравнивались с оценками, приведенными в [3], коэффициент корреляции составил 0,97.

Известно, что образование озоновой дыры связано с антарктическим циркумполярным вихрем (ЦВ) [2]. В конце зимы солнце прогревает приполярную атмосферу, давление там повышается, возможен перенос масс озона в меридиональном направлении в область

ЦВ. Нами установлено, что из области дыры озон вытекает в направлении от полюса к экватору со скоростью до 1,5 град/сут и закручивается в кольцо в области ЦВ от 30 до 60° ю. ш.

Был проведен анализ движения масс озона, который позволил установить, что в период 1996-2009 гг. примерно за 9-12 дней до дня минимума ОСО средняя зональная скорость переноса масс озона (Кзон) значительно изменяется, причем за 8-9 дней И>он возрастает, а за 1-3 дня до даты Хтш- уменьшается [4]. По зональным значениям ОСО были выявлены две широтные зоны накопления количества озона в ЦВ за разные годы: 45.50° ю. ш. и 50.55° ю. ш. Среднемесячное значение общего содержания озона в этих зонах доходит до 360 е. Д.

Рассмотрим график межгодовой изменчивости И>он в области накопления ОСО в циркумполярном вихре и динамику О3MD в антарктической озоновой дыре (см. рисунок).

Изменчивость V^ в ЦВ и O3MD в антарктической озоновой дыре

Решетневские чтения

Существует зависимость между значениями И>он и О3MD, коэффициент корреляции составляет 0,78. Таким образом, изменение общего содержания озона в антарктической озоновой дыре связано с динамическими процессами в нижней стратосфере. В период образования антарктической озоновой дыры происходит меридиональный перенос масс озона в циркумполярный вихрь, возникают естественные условия, при которых становится возможным уменьшение общего содержания озона в южной полярной стратосфере. Полученный результат будет использован при дальнейших исследованиях антарктической озоновой дыры.

Библиографические ссылки

1. Bodeker G. E., Shiona H., Eskes H. Indicators of Antarctic ozone depletion // Atmospheric Chemistry and Physics. 2005. № 5. P. 2603-2615.

2. Huck P. E. The Coupling of Dynamics and Chemistry in the Antarctic Stratosphere. University of Canterbury, 2007.

3. The Antarctic ozone hole during 2008 and 2009 / M. B. Tully et al. // Australian Meteorological and Oceanographic J. 2011. № 61. P. 77-90.

4. Изменчивость полярного озона южного полушария по спутниковым данным (аппаратура TOMS, OMI) / Т. В. Рублева, В. Б. Кашкин, В. М. Мясников, С. А. Селиверстов // Вестник СибГАУ. Вып. 2(35). 2011. С. 58-62.

V. B. Kashkin, T. V. Rubleva, V. M. Myasnikov, S. A. Seliverstov Siberian Federal University, Russia, Krasnoyarsk

PROPERTIES OF POLAR OZONE IN THE LOWER STRATOSPHERE OF THE SOUTHERN HEMISPHERE

The work dwells upon the dependence of the zonal velocity of total ozone in circumpolar vortex of the southern hemisphere on the deficit of ozone mass at Antarctic ozone hole is found, correlation coefficient is 0.78 using satellite data. The total ozone decreasing in the Antarctic ozone hole is accompanied by an increasing of total ozone in circumpolar vortex.

© Кашкин В. Б., Рублева Т. В., Мясников В. М., Селиверстов С. А., 2011

УДК 537.86

В. Л. Миронов, К. В. Музалевский, А. В. Сорокин Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Россия, Красноярск

С. В. Фомин, М. И. Михайлов Институт физики имени Л. В. Киренского Сибирского отделения Российской академии наук, Россия, Красноярск

ПОЛЕВЫЕ ЭКСПЕРИМЕНТЫ ПО ПОЛУЧЕНИЮ ИНТЕРФЕРЕНЦИОННЫХ СИГНАЛОВ GPS И ГЛОНАСС, ОТРАЖЕННЫХ ОТ ПАШНИ И ЛЕСНОГО ПОЛОГА

Представлены результаты измерений интерференционной картины сигналов навигационных спутниковых систем GPS и ГЛОНАСС над открытым и покрытым растительностью почвенным слоем, а также поверх лесного полога в районе Красноярска. Для калибровочных измерений использована водная поверхность.

С середины 1990-х гг. по настоящее время, в основном за рубежом, активно развиваются методы измерения влажности почв, толщины снежного покрова, высоты растительности с применением сигналов космических навигационных спутниковых систем GPS и ГЛОНАСС. В данной работе представлены первые отечественные рефлектометрические измерения интерференционной картины сигналов GPS и ГЛОНАСС, выполненные на производимом в России радиоприёмном комплексе МРК-32 (URL: http://www.mnicglonass.ru/summary.php?id=96) не только над влажными почвогрунтами, но и впервые для территорий, покрытых лесной растительностью. Динамические интерференционные поля, создаваемые этими сигналами, регистрируются антенной. Сигнал обла-

дает временной зависимостью из-за движения спутников, глубина модуляции и временная периодичность его определяется геометрией и диэлектрическими характеристиками отражающей поверхности.

Рассмотрим записи сигналов GPS и ГЛОНАСС, принятых над водной поверхностью (рис. 1), над полем под паром (рис. 2) и над лесным пологом (рис. 3) в зависимости от угла места спутника.

Алгоритм восстановления влажности приповерхностных слоев почвы состоит в создании модели отражающей поверхности. Простейшая модель - гладкая водная поверхность. Известное значение диэлектрической проницаемости воды позволяет рассчитать коэффициенты отражения Френеля как функцию угла положения спутника над горизонтом.