Озонные дыры и гибель человечества

Чем выше уровень, где сезонный ход с зимним максимумом наибольший, тем годовое изменение становится менее выраженным. Уже выше примерно 25 км снова наблюдается такой же сезонный ход, что и у Земли, с максимумом озона летом (июль). Если зимний максимум в нижней части стратосферы обязан своим существованием движениям воздуха с озоном, то летний максимум выше 25 км обусловлен фотохимическими процессами. Динамические процессы медленные. Они меняют количество озона на этих высотах за 2–3 месяца. А изменения, связанные с образованием озона под действием солнечного излучения, — быстрые. Поэтому определяющей на этих высотах является интенсивность солнечного излучения. Летом она больше, поэтому больше и количество озона. Но динамические процессы сбрасывать со счетов нельзя. Так, кроме основного летнего максимума озона, который совпадает с максимумом интенсивности солнечного излучения и вызван им, имеется и весенний максимум. Этот весенний максимум связан с движениями атмосферного газа.

О том, что динамика важна и выше 25 км, говорит и тот факт, что минимум озона наступает еще в ноябре, то есть до того, как солнечное излучение станет минимальным. Это еще раз подтверждает, что мало учитывать только интенсивность солнечного излучения. В то же время точный учет динамических процессов очень непрост: слишком быстро может меняться ситуация из-за различных движений атмосферного воздуха (вместе с озоном).

Ситуация меняется существенно ото дня ко дню, хотя такие изменения в количестве озона не могут быть объяснены изменениями солнечного излучения. Обычно отклонения какой-либо величины от среднего значения характеризуют различными показателями. Часто для этого используют среднее квадратичное отклонение. Чем больше разброс данных измерений озона на одной и той же высоте, но в разные дни, тем больше среднее квадратичное отклонение.

Данные измерений озона за десятки лет обрабатывались, и при этом и по разным станциям для разных высот рассчитывались средние квадратичные отклонения. Такие расчеты были выполнены. Расчеты показали, что наибольшие изменения озона ото дня ко дню наблюдаются на высотах 12–15 км. Чем ниже от этой высоты, тем средние квадратичные отклонения парциального давления озона меньше. Около 5 км они минимальны. Еще ниже отклонения несколько увеличиваются.

Состояние атмосферы, и прежде всего ее динамика, зависит от сезона. Ясно, что и изменчивость озона в разное время года должна быть различной. По измерениям в Потсдаме (вблизи Берлина) получено, что наибольшая изменчивость высотных профилей озона наблюдается в январе-марте. Это естественно, поскольку в эти месяцы происходят многие возмущения западной стратосферной циркуляции. Эти возмущения и вызывают соответствующие возмущения озона. При восточной стратосферной циркуляции таких возмущений намного меньше. Поэтому летом (в мае — сентябре) при восточной циркуляции изменчивость озона меньше.

Выше 15–16 км положение значительно стабильнее. Чем выше этого уровня, тем изменчивость меньше. Так, около 21 км среднее квадратичное отклонение в несколько (2–3) раз меньше, чем в нижней стратосфере. Летние восточные движения атмосферного воздуха в стратосфере способствуют стабилизации в распределении озона. Чем ниже, тем эта стабилизация наступает позднее. То есть она распространяется сверху вниз, а на это нужно некоторое время. Это же относится и к усиленной изменчивости озона, которая связана с западной стратосферной циркуляцией. Она возникает на высоте примерно 16 км в октябре и затем постепенно распространяется вниз. Зимний тип циркуляции (западная стратосферная циркуляция) связан с развитием длинных волн, циклонов и т. д. В средней стратосфере в это время происходят изменения озона, которые связаны с этими волнами, циклонами, то есть с крупномасштабными формами циркуляции, в результате которых происходят большие переносы воздушных масс в горизонтальных направлениях. Эти крупномасштабные движения вызывают также стратосферные потепления.

Как уже говорилось, озон во всей атмосфере очень тесно взаимосвязан. Поэтому необходимо знать и о том озоне, который находится выше слоя озона в стратосфере. Здесь, в мезосфере, ситуация с озоном (с его возникновением и исчезновением) в корне отлична от таковой в стратосфере. Это отличие связано прежде всего с тем, что условия в мезосфере отличаются от условий в стратосфере.