Український антарктичний журнал

№ 2 (2021): Український антарктичний журнал
Articles

Вертикальні профілі озону в атмосфері над районами Києва та Антарктичного півострова за спостереженнями Umkehr

PDF (English)
  • Ю. Андрієнко,
  • Г. Міліневський,
  • В. Данилевський
Ю. Андрієнко
Київський національний університет імені Тараса Шевченка, м. Київ, 01601, Україна
Г. Міліневський
Київський національний університет імені Тараса Шевченка, м. Київ, 01601, Україна; Державна установа Національний антарктичний науковий центр Міністерства освіти і науки України, м. Київ, 01601, Україна; Міжнародний центр науки майбутнього, коледж Фізики, Університет Цзілінь, м. Чанчунь, 130012, Китай
В. Данилевський
Київський національний університет імені Тараса Шевченка, м. Київ, 01601, Україна
DOI: https://doi.org/10.33275/1727-7485.2.2021.676
Опубліковано December 31, 2021
Ключові слова
  • загальний вміст озону,
  • клімат,
  • озонова діра,
  • сезонні коливання,
  • cпектрофотометр Добсона,
  • стратосфера
    • ...Більше
    Менше
Як цитувати
Андрієнко, Ю., Міліневський, Г., & Данилевський, В. (2021). Вертикальні профілі озону в атмосфері над районами Києва та Антарктичного півострова за спостереженнями Umkehr. Український антарктичний журнал, (2), 35-47. https://doi.org/10.33275/1727-7485.2.2021.676

Авторське право (c) 2021 Український антарктичний журнал

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

Анотація

Для аналізу вертикального розподілу озону над Києвом та над Антарктичним півостровом (станція «Академік Вернадський») використані спостереження методом Umkehr. Результати спостережень Umkehr були попередньо оброблені з використанням програмного пакету UMK92, запропонованого Всесвітнім центром даних з озону та УФ-випромінювання (WOUDC). В результаті розрахунків отримано набір профілів вертикального розподілу озону для станції Kyiv-Goloseyev (2011–2021 рр.) та антарктичної станції Фарадей/Академік Вернадський (2005–2009 рр.). Аналіз профілів станції Kyiv-Goloseyev, отриманих за допомогою спектрофотометра Добсона D040, вказує на те, що максимум у розподілі озону в одиницях Добсона у шарі атмосфери товщиною ~5 км (DU/layer) спостерігається в
діапазоні 15–25 км висот із середнім значенням висоти 19.8 ± 1.4 км. Це відповідає шару максимального вмісту озону в стратосфері на середніх широтах. Максимальні значення вмісту озону протягом більшої частини років становлять 60–80 DU/layer. У деякі дні є випадки коли ці величини є значно вищими. Характерною особливістю профілів є те, що менші значення максимумів вмісту озону відповідають літнім та осіннім місяцям, знаходяться в межах 60–75 DU/layer. Зимовий та весняний профілі озону демонструють максимальні значення. Дослідження вертикального розподілу
озону в Південному полярному регіоні також розглянуто у статті. Для аналізу вертикальних профілів озону в цій області використані спостереження Umkehr на антарктичній станції Фарадей/Академік Вернадський на спектрофотометрі Добсона D123 у 2005–2009 рр. Обробка даних та розрахунок вертикальних профілів озону проводилася відповідно до методології, розробленої для даних станції Kyiv-Goloseyev. Показано, що озонові профілі на антарктичній станції відрізняються великим діапазоном значень максимальної концентрації озону від 40 до 110 DU/layer. На відміну від даних середньоширотної станції Kyiv-Goloseyev, профілі антарктичної станції з меншими значеннями максимальної концентрації озону мають максимум на більшій висоті. Згідно з розрахунками, значення озону в максимумі розподілу озону різко змінюються від дати до дати в Антарктичному регіоні протягом періоду озонової діри.

PDF (English)

Посилання

  1. Bahramvash Shams, S., Walden, V. P., Petropavlovskikh, I., Tarasick, D., Kivi, R., Oltmans, S., Johnson, B., Cullis, P., Sterling, C. W., Thölix, L., & Errera, Q. (2019). Variations in the vertical profile of ozone at four high-latitude Arctic sites from 2005 to 2017. Atmospheric Chemistry and Physics, 19, 9733–9751. https://doi.org/10.5194/acp-19-9733-2019
  2. Ball, W. T., Alsing, J., Staehelin, J., Davis, M. S., Froidevaux, L., & Peter, T. (2019). Stratospheric ozone trends for 1985–2018: sensitivity to recent large variability. Atmospheric Chemistry and Physics, 19, 12731–12748. https://doi.org/10.5194/acp-19-12731-2019
  3. Bass, A. M., & Paur, R. J. (1985). The ultraviolet crosssection of ozone: I. The measurements. In C. S. Zerefos, A. Ghazi (Eds.), Atmospheric Ozone (pp. 606—610). Springer, Dordrecht. https://doi.org/10.1007/978-94-009-5313-0_120
  4. Bernhard, G., Petropavlovskikh, I., & Mayer, B. (2017). Retrieving vertical ozone profiles from measurements of global spectral irradiance. Atmospheric Measurement Techniques, 10, 4979–4994. https://doi.org/10.5194/amt-10-4979-2017
  5. Brewer, A. W. (1949). Evidence for a world circulation provided by the measurements of helium and water vapour distribution in the stratosphere. Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society, 75(326), 351–363. https://doi.org/10.1002/qj.49707532603
  6. Dobson, G. M. B., & Harrison, D. N. (1926). Measurements of the amount of ozone in the Earth’s atmosphere and its relation to other geophysical conditions. Proceedings of the Royal Society of London A, 110, 660–693. https://doi.org/10.1098/rspa.1926.0040
  7. Dütsch, H. U. (1959). Vertical ozone distribution from Umkehr observations. Archiv für Meteorologie, Geophysik und Bioklimatologie, Serie A, 11, 240–251.
  8. Evtushevsky, O., Grytsai, A., & Milinevsky, G. (2014). On the regional distinctions in annual cycle of total ozone in the northern midlatitudes. Remote Sensing Letters, 5(3), 205–212. http://dx.doi.org/10.1080/2150704X.2014.894653
  9. Fusco, A. C., & Salby, M. L. (1999). Interannual variations of total ozone and their relationship to variations of planetary wave activity. Journal of Climate, 12(6), 1619–1629. https://doi.org/10.1175/1520-0442(1999)012<1619:ivotoa>2.0.co;2
  10. Gettelman, A., Hoor, P., Pan, L. L., Randel, W. J., Hegglin, M. I., & Birner, T. (2011). The extratropical upper troposphere and lower stratosphere. Reviews of Geophysics, 49(3). https://doi:10.1029/2011RG000355
  11. Götz, F. W. P., Meetham, A. R., & Dobson, G. M. B. (1934). The vertical distribution of ozone in the atmosphere. Proceedings of the Royal Society of London. Seria-A, 145, 416–446. https://doi.org/10.1098/rspa.1934.0109
  12. Hardiman, S. C., Lin, P., Scaife, A. A., Dunstone, N. J., & Ren, H.-L. (2017). The influence of dynamical variability on the observed Brewer-Dobson circulation trend. Geophysical Research Letters, 44(6), 2885–2892. https://doi.org/10.1002/2017GL072706
  13. Harris, N. R. P., Hassler, B., Tummon, F., Bodeker, G. E., Hubert, D., Petropavlovskikh, I., Steinbrecht, W., Anderson, J., Bhartia, P. K., Boone, C.D., Bourassa, A., Davis, S. M., Degenstein, D., Delcloo A., Frith, S. M., Froidevaux, L., Godin-Beekmann, S., Jones, N., Kurylo, M. J., ... & Zawodny, J. M. (2015). Past changes in the vertical distribution of ozone – Part 3: Analysis and interpretation of trends. Atmospheric Chemistry and Physics, 15, 9965–9982. https://doi:10.5194/acp-15-9965-2015
  14. Hartmann, D. L., Klein Tank, A. M. G., Rusticucci, M., Alexander, L. V., Brönnimann, S., Charabi, Y. A. R., Dentener, F. J., Dlugokencky, E. J., Easterling, D. R., Kaplan, A., Soden, B. J., Thorne, P. W., Wild, M., & Zhai, P. (2013). Observations: Atmosphere and Surface. In T. F. Stocker, D. Qin, G.-K. Plattner, M. Tignor, S. K. Allen, J. Boschung, A. Nauels, Y. Xia, V. Bex & P. M. Midgley (Eds.), Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change (pp.159–254). Cambridge: Cambridge University Press, United Kingdom and New York, NY, USA. https://www.ipcc.ch/report/ar5/wg1/
  15. Hassler, B., Petropavlovskikh, I., Staehelin, J., August, T., Bhartia, P. K., Clerbaux, C., Degenstein, D., Mazière, M., Dinelli, B. M., Dudhia, A., Dufour, G., Frith, S. M., Froidevaux, L., Godin-Beekmann, S., Granville, J., Harris, N. R. P., Hoppel, K., Hubert, D., Kasai, Y., ... & Zawodny, J. M. (2014). Past changes in the vertical distribution of ozone – Part 1: Measurement techniques, uncertainties and availability. Atmospheric Measurement Techniques, 7, 1395–1427. https://doi.org/10.5194/amt-7-1395-2014
  16. Hood, L. L., & Zaff, D. A. (1995). Lower stratospheric stationary waves and the longitude dependence of ozone trends in winter. Journal Geophysical Research, 100(D12), 25791–25800. https://doi.org/10.1029/95JD01943
  17. Komhyr, W. D., & Evans, R. D. (2008). Operations Handbook – Ozone Observations with a Dobson Spectrophotometer. GAW Report No. 183. World Meteorological Organization, Geneva, 2008. https://gml.noaa.gov/ozwv/dobson/GAW183-Dobson-WEB.pdf
  18. Laeng, A., Grabowski, U., von Clarmann, T., Stiller, G., Glatthor, N., Höpfner, M., Kellmann, S., Kiefer, M., Linden, A., Lossow, S., Sofieva, V., Petropavlovskikh, I., Hubert, D., Bathgate, T., Bernath, P., Boone, C. D., Clerbaux, C., Coheur, P., Damadeo, R., ... & Zawodny, J. (2014). Validation of MIPAS IMK/IAA V5R_O3_224 ozone profiles. Atmospheric Measurement Techniques, 7, 3971–3987. https://doi.org/10.5194/amt-7-3971-2014
  19. Mateer, C. L., & Dütsch, H. U. (1964). Uniform evaluation of Umkehr observations from the world ozone network: Part I, Proposed standard Umkehr evaluation technique. National Center for Atmospheric Research.
  20. Mateer, C. L., & Deluisi, J. J. (1992). A new Umkehr inversion algorithm. Journal of Atmospheric and Terrestrial Physics, 54(5), 537−556. https://doi.org/10.1016/0021-9169(92)90095-3
  21. Milinevsky, G. P., Danylevsky, V. O., Grytsai, A. V., Evtushevsky, O. M., Kravchenko, V. O., Bovchaliuk, A. P., Bovchaliuk, V. P., Sosonkin, M. G., Goloub, Ph., Savitska, L. Y., Udodov, E. V., & Voytenko, V. P. (2012). Recent developments of atmospheric research in Ukraine. Advances in astronomy and space physics, 2(2), 114–120. https://doi.org/10.1007/978-90-481-9618-0_32
  22. Myhre, G., Shindell, D., Bréon, F.-M., Collins, W., Fuglestvedt, J., Huang, J., Koch, D., Lamarque, J.-F., Lee, D., Mendoza, B., Nakajima, T., Robock, A., Stephens, G., Takemura, T., & Zhang, H. (2013). Anthropogenic and Natural Radiative Forcing. In Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change (pp. 659–740). Cambridge: Cambridge University Press. https://doi.org/10.1017/CBO9781107415324.018.
  23. Petropavlovskikh, I., Bhartia, P. K., & DeLuisi, J. (2005). New Umkehr ozone profile retrieval algorithm optimized for climatological studies. Geophysical Research Letters, 32(16). https://doi.org/10.1029/2005GL023323
  24. Rex, M., Salawitch, R. J., von der Gathen, P., Harris, N. R. P., Chipperfield, M. P., & Naujokat, B. (2004). Arctic ozone loss and climate change. Geophysical Research Letters, 31(4), L04116. https://doi.org/10.1029/2003GL018844
  25. Staehelin, J., Kegel, R., & Harris, N. R. P. (1998). Trend analysis of the homogenized total ozone series of Arosa (Switzerland), 1926—1996. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 103(D7), 8389—8399. https://doi.org/10.1029/97JD03650
  26. Staehelin, J., Renaud, A., Bader, J., McPeters, R., Viatte, P., Hoegger, B., Bugnion, V., Giroud, M., & Schill, H. (1998). Total ozone series at Arosa (Switzerland): Homogenization and data comparison. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 103(D5), 5827–5841. https://doi.org/10.1029/97JD02402
  27. Steinbrecht, W., Froidevaux, L., Fuller, R., Wang, R., Anderson, J., Roth, C., Bourassa, A., Degenstein, D., Damadeo, R., Zawodny, J., Frith, S., McPeters, R., Bhartia, P., Wild, J., Long, C., Davis, S., Rosenlof, K., Sofieva, V., Walker, K., ... & Tummon, F. (2017). An update on ozone profile trends for the period 2000 to 2016. Atmospheric Chemistry and Physics, 17, 10675–1069. https://doi.org/10.5194/acp-17-10675-2017
  28. Stone, K., Tully, M. B., Rhodes, S. K. & Schofield, R. (2015). A new Dobson Umkehr ozone profile retrieval method optimising information content and resolution. Atmospheric Measurement Techniques, 8, 1043–1053. https://doi.org/10.5194/amt-8-1043-2015
  29. WMO (World Meteorological Organization). (1998). The fifth biennial WMO consultation on Brewer ozone and UV spectrophotometer operation, calibration, and data reporting (Report No 139). Geneva, Switzerland. https://library.wmo.int/index.php?lvl=notice_display&id=11071#.Ya5DCNBBxZU
  30. WMO (World Meteorological Organization). (2018). Scientific Assessment of Ozone Depletion: 2018. Global Ozone Research and Monitoring Project (Report No. 58). Geneva, Switzerland.