Единицы измерения и распределение о3 в атмосфере
Роль озона в качестве климатического фактора зависит от общего количсетва и вертикального распределния в атмосфере. При этом под общим количеством понимают толщину его слоя (Х) в сантиметрах, приведённого к нормальному давлению и температуре. Величину (Х)=0,001 см называют единицей Добсона (Д.е). общее содержание озона определяет, в частности, количество биологически активной УФ – радиации, достигающей поверхности Земли.
В тропической зоне между 30 ю.ш. и 30 с.ш. (Х) в общем невелико, мало зависит от широты и времени года и в среднем равно 266 Д.е.
К широте 50-60 среднее годовое Х возрастает до 356 Д.е., в северном полушарии и до 340 Д.е. в южном.
Величина Х в умеренных и полярных широтах достигает обычно довольно крутого максимума весной, в марте – апреле в северном полушарии и в сентябре – ноябре в южном. Летом и осенью в обоих полушариях наблюдается пологий, растянутый минимум озона. Такой годовой ход Х отличается от хода притока радиации и вызванных ею фотохимических процессов. Весенний максимум резче в северном полушарии, где в апреле среднее Х=446 Д.е. на широтах 70-90, а длящиеся по нескольку дней повышения – “волны” озона при холодных вторжениях – могут увеличивать Х до 690 Д.е.Среднее годовое количество озона в атмосфере по данным за 1957-1975 гг. составляет 296 Д.е., то есть в атмосфере имеется в среднем 3,29*109 тонн озона. Из них около 46% приходится на тропический пояс Земли. В тропосфере содержится 1,16*108 тонн озона (около 3,5% его общей массы), а в ее тропическом поясе 0,6*109 тонн озона.
Иногда наблюдают периоды с экстремально высокими (и низкими) значениями Х продолжительностью от 2 до 3 дней месяца и более. Ряд случаев когда средние месячные Х были очень высоки и превышали 480 Д.е., отмечался в Канаде, северо-восточных районах Сибири и на побережье Охотского моря, что свидетельствует о существованиях “местных полюсов озона”.
В сибирском полюсе озона, смещенном далеко к северо-востоку от центра сибирского антициклона, среднемесячные значения Х повышаются до 570 Д.е. и более, особенно при адвекции воздуха с северо-запада в нижней тропосфере.
Более кратковременные и резкие изменения Х – (повышения до 660 Д.е.), которые обычно длятся от 2 до 4 суток, как это наблюдалось в Восточной Сибири (1975г. Якутск, 1974г. Нагаево), связаны в основном с быстроменяющимися формами движения атмосферы, увлекающего почти весь слой озона, сосредоточенный в нижней и средней стратосфере.
Географическое распределение областей низких значений Х и условия их появления по данным наземной сети изучать трудно. Лишь развитие спутниковых методов измерения озона открыло тут новые возможности. Эти области, несомненно связаны с тропическим поясом. Например, наименьшее Х=191 Д.е. было отмечено на острове Ган близ экватора и лишь немного большим значение наблюдалось в Кулькутте (196 Д.е.) и на Маунт-Эбу 201 Д.е.
Спутниковые методы измерения озона
Решение обратной задачи оптики атмосферы используется и при определении вертикального распределения озона со спутников. Наиболее распространен метод определения вертикального распределения озона по измерениям рассеянного «назад» ультрафиолетового излучения Солнца. Первые экспериментальные измерения были проведены в 1965—1966 гг. почти одновременно в СССР и в США.
Рисунок 1 – Наблюдение за содержанием озона со спутника
В упомянутых выше экспериментальных спутниковых измерениях использовались данные для одной длины волны. На спутнике США измерения проводились на длине волны 284,0 нм, что позволило оценить содержание озона выше 40—50 км. На советских спутниках устанавливались двойные диффракционные монохроматоры, осуществляющие примерно за 1 мин непрерывные измерения спектра рассеянного излучения в 1965 г. в области 225— 307 нм, а в 1966 г. в области 250—330 нм. Измерения при Х = = 295 нм позволяли оценивать характер широтно-долготных вариаций количества озона выше 30 км.
Большой объем данных о вертикальном распределении озона выше максимума (примерно 25 км) был получен при обработке результатов измерений интенсивности рассеянного излучения Солнца в диапазоне 250—295 нм со спутника OGO4, запущенного в сентябре 1967 г. и работавшего до января 1969 г. Одновременно со спутниковыми измерениями осуществлялись пуски ракет с описанными выше оптическими озонозондами, что позволило осуществить калибровку. Обработка измерений производилась методом, близким к «короткому методу обращения», включающим определение матрицы поглощения для 40 уровней стандартного распределения озона, оценку приборных погрешностей и приборного шума. Затем использовались данные наблюдений на 140 длинах волн, что приводило к четырехкратно переопределенной системе.