Очень интересные результаты получены при наблюдениях откликов озонного слоя на сильные возмущения во время так называемых внезапных стратосферных потеплений - явлений, при которых происходит сильный разогрев слоев стратосферы.
В этот период в зависимости от стадии развития потепления зарегистрированы различные по длительности и амплитуде изменения озонного слоя. Как показали измерения в ФИАН, в результате развития стратосферного потепления над московским регионом образуется устойчивый озонный слой с повышенным содержанием озона. При этом содержание озона характеризуется малой изменчивостью ото дня ко дню. Например, такая ситуация была зарегистрирована ФИАН при наблюдениях с 10 по 16 февраля 1987 г. и с 6 по 8 марта 1989 г. (пример на рис.6б, кривая 2). Этим периодам наблюдения соответствовала последняя стадия развития стратосферных потеплений, когда завершился процесс интенсивного межширотного обмена воздушных масс и поле геопотенциала над Европой на уровне 10 мбар характеризовалось малым градиентом. Необходимо отметить, что изменения стратосферного озона в результате описанных процессов охватывают огромные пространства. Так, например, обнаруженное над московским регионом в период с середины февраля по март 1989 г. увеличение содержания озона отмечалось также над Скандинавским полуостровом и Шпицбергеном. Причем над Швецией повышенное содержание озона в слое 25-37 км было зарегистрировано при наблюдениях на ММ волнах в Космической обсерватории Онсала 6 марта 1989 г.
Повышенное содержание озона в слое 27-37 км над московским регионом было зарегистрировано также во второй половине февраля 1990 г. (пример на рис.6б, кривые 1 и 4 ) при проведении в ФИАН наблюдений по международной программе DYANA. В это время завершалось стратосферное потепление, воздействие которого на озонный слой зарегистрировано было также над большой территорией - не только над московским регионом, но также и над Швецией.
Совершенно неожиданным эффектом явилось обнаруженные на миллиметровых волнах явления быстрых изменений содержания озона, которые были зарегистрированы в ФИАН также во время стратосферных потеплений в марте 1988 г. и в феврале 1990 г. Например, резкое увеличение содержания озона примерно до 2 раз в слое 27-37 км произошло в первую половину суток 6 марта 1988 г., после чего во второй половине этого же дня было зарегистрировано быстрое (за 1 час) уменьшение содержания озона примерно в 1,5 раза. Как показывают исследования динамики стратосферы, в холодные периоды года происходит обмен воздушными массами, охватывающий высокие, средние и низкие широты. При этом в средних широтах в зависимости от той или иной атмосферной ситуации может оказаться воздух из полярного вихря либо из низких широт.
Как показывают наши наблюдения, такая ситуация могла сложиться над Москвой 4-8 марта 1988 года, когда во время стратосферного потепления над московским регионом наблюдалось относительно быстрое чередование бедного озоном (возможно, обработанного химией хлора) воздуха полярного вихря и на этом фоне резко контрастировал богатый озоном воздух, поступивший из более низких широт и обнаруженный нами над московским регионом 6 марта 1988 г.
Быстропротекающие изменения в озонном слое обнаружены также 18 февраля 1990 г. (рис.6б, кривые 3,4). Таким образом, представленная картина вертикального и временного распределения озона в стратосфере свидетельствует об изменчивости этой малой газовой составляющей под влиянием атмосферных процессов в холодное полугодие, во время стратосферных потеплений. При этом изменения в вертикальном профиле озона выше 30 км нередко совпадали с изменениями общего содержания озона.
Важной особенностью дистанционного радиозондирования озонного слоя на ММ волнах является то, что этот метод позволяет получать непрерывную во времени яркую картину откликов озоносферы на происходящие атмосферные процессы. В качестве примера на рис.7 показано высотно-временное распределение содержания озона над Москвой в холодный период 1996 года. На этом рисунке обращает на себя внимание чередование областей, обозначенных теплыми и холодными тонами. Эти области имеют четкие границы и характеризуют различные состояния озонного слоя над Москвой с нормальным или пониженным содержанием озона (чередование теплых и холодных тонов на рис.7).
Как следует из результатов наблюдений (рис.7 и 8), характерной отличительной особенностью состояния озоносферы зимой 1996 г. явилось устойчивое истощение озонного слоя в течение относительно продолжительных периодов. Действительно, представленное на рис.7 содержание озона над Москвой на высоте 35 км, т.е. вблизи максимума отношения смеси, характеризовалось пониженными его значениями в течение всего января и в отдельные периоды февраля и марта. Причем содержание озона на высотах 30-45 км в эти периоды уменьшалось до 40-45% по сравнению со средними значениями (рис.5, 7, 8). Этот эффект также связан с влиянием устойчивого полярного вихря с очень низкими значениями температуры в стратосфере. Однако в начале февраля область высокого давления (стратосферный антициклон) с центром над Средиземным морем переместилась в более высокие широты и охватила стратосферу над Москвой. Благодаря этому в стратосфере над Москвой возросло давление (геопотенциальная высота уровня 10 мбар выросла на 2 км с 28,9 до 30,9 км), появились теплые воздушные массы с повышенным содержанием озона (рис.7, 8).
Важно отметить, что эти изменения озона обнаружены практически одновременно и в общем содержании и в вертикальном распределении содержания озона, но на вертикальном распределении на высотах 30-40 км они проявляются более сильно.
Затем антициклон переместился в обратном направлении к низким широтам. Его влияние на процессы в стратосфере над Москвой уменьшилось, геопотенциальная высота уровня 10 мбар опять уменьшилась и достигла 29,6 км. Озоносфера над Москвой опять вплоть до 20 февраля контролировалась процессами в полярном вихре. Над Москвой снова оказались воздушные массы с пониженным содержанием озона (рис.7,8).
В двадцатых числах февраля 1996 г. в стратосфере возникло возмущение, связанное с активизацией Алеутского антициклона, в результате которого геопотенциальная высота уровня 10 мбар над Москвой медленно стала расти и к концу февраля достигла 30,3 км. Эти процессы сопровождались увеличением содержания озона над Москвой до близких к среднему значений (рис.8).
В начале марта 1996 г. понижение озона над Москвой связано с тем, что полярный вихрь, воздух которого имеет пониженное содержанием озона, переместился в сторону Москвы. Дальнейшие изменения в динамике стратосферы Северного полушария привели к наблюдаемым изменениям..
Список литературы
И.И. Собельман, доктор физико-математических наук. С.В. Соломонов, кандидат физико-математических наук. Озонный слой над Москвой. Результаты зондирования на миллиметровых радиоволнах.