Атмосферни изследвания озоновото изчерпване и климатичните колебания в Европа - спектър на науката
Атмосферни изследвания: разрушаване на озоновия слой и промени в климата в Европа
През последните години изобщо няма реални зими ", е често срещано изявление. Климатолозите могат да потвърдят, че" по-рано "(през шейсетте) зимите над Централна Европа са били по-студени. Естествените климатични колебания, които могат да засегнат цели региони по света, играят важна роля в появата на по-студени или по-топли десетилетия. Един пример за такова многогодишно климатично колебание е известен като Южните колебания на Ел Ниньо (ENSO). Съчетание на океански и въздушни течения в екваториалния Тихия океан влияе върху времето в южния Тихи океан и Северна Америка.
Съществува подобно многогодишно колебание за европейския климат: Северноатлантическото колебание (NAO), което засяга климата, особено през зимната половин година. Той е свързан с температурни промени в целия северноатлантически район и се проявява в много важни атмосферни, океански и екологични променливи, например в температурата на морската повърхност, количеството на валежите и продължителността на вегетационните периоди. Метеоролозите го изразяват с помощта на индекс, който се определя от разликата в налягането между нивата на Исландия и Азорските острови. Високият NAO индекс съответства на голяма разлика в налягането. В резултат над Атлантическия океан духат по-силни ветрове от средногодишния и въздухът, затоплен от океана, води до европейския континент. Следователно през тези години зимите в Централна и Северна Европа са относително меки. Ако индексът на NAO е нисък обаче, има малка разлика във въздушното налягане между Исландия и Азорските острови. Вместо топло западно течение от Атлантическия океан, студеното течение от Русия до Централна Европа все повече преобладава през зимата и осигурява мразовити температури.
Последици от разпределението на въздушното налягане над Северния Атлантик
Северноатлантическите колебания показват тенденция към все по-положителни фази през последните тридесет години. По този начин той допринесе както за наблюдаваното затопляне в Европа, така и за тенденциите в други климатични променливи. Но това не е всичко: Както успяхме да покажем, NAO влияе и върху дебелината на озоновия слой, който защитава живота на земята от вредното UV лъчение от слънцето. (Геофизични изследователски писма, том 27, стр. 1131).
Озоновата дупка над Антарктика генерира нови рекордни доклади почти всяка есен от средата на 80-те години. И по нашите географски ширини озоновият слой е изтънял, макар и по-малко зрелищно. Наблюдаваният спад на озона от 70-те години на миналия век е в голяма степен в съответствие с ефектите на озоноразрушаващите вещества като хлорофлуоровъглеводороди (CFC), които могат да бъдат получени от химически модели.
Имаше обаче и някои необясними отклонения от изявленията на моделите. Например в периода от 1978 до 1991 г. в швейцарската измервателна станция Arosa през март е установено намаляване на озоновия слой с пет процента на десетилетие. Над Исландия (измервателна станция в Рейкявик) обаче озоновият слой изобщо не намалява през същия период и дори изглежда се увеличава. Това е в явно противоречие с твърденията на химическите модели, според които изчерпването на озона трябва да бъде по-голямо във високите географски ширини, отколкото в алпийския регион. Как може да се обясни този контраст?
Както установихме, това е свързано с промени в динамиката на атмосферата, които са свързани с NAO и все още не са взети под внимание. Местоположението на така наречената тропопауза играе важна роля. Това е слой въздух на височина от около осем до десет километра, който разделя бедната на озон тропосфера, в която се извършва ежедневното време, от богатата на озон стратосфера. Точната надморска височина на тропопаузата може да се измества нагоре или надолу в зависимост от времето. Това движение съответства на промяна в налягането в тропопаузата, т.е. въздушната маса на площ над тропопаузата.
В зоната с ниско налягане тропопаузата е по-дълбока от нормалното, така че има повече стратосферен и по-малко тропосферен въздух в колона, която се простира от земята до върха на атмосферата. Тъй като стратосферният въздух съдържа повече озон, общата концентрация на озон в зоната с ниско налягане е по-висока, отколкото в зоната с високо налягане. Още през 1929 г. Гордън М. Б. Добсън и колеги са показали, че дневните вариации на общия озон в средните ширини силно зависят от разпределението на върховете и минимумите.
Тези разсъждения могат да се прилагат и за дългосрочни климатични промени. Чрез определяне на разпределението на въздушното налягане през региона на Северния Атлантик през зимата, NAO влияе и върху средното положение на тропопаузата в различните райони на Европа. Ако нивото на Исландия е особено изразено в години с положителен NAO индекс, тропопаузата над Северния Атлантик е по-ниска от средната. За разлика от тях, ситуацията е точно обратната в Централна Европа. Въздушното налягане тук е над средното, така че тропопаузата е по-висока от средната за дълго време. Съответно, в години с положителен NAO индекс, концентрацията на озон над Северния Атлантик трябва да бъде особено висока, докато в Централна Европа тя трябва да бъде особено ниска.
За да тестваме това теоретично очакване, ние оценихме поредицата за измерване на озона Arosa. Той е най-дългият в света. Тъй като започва в началото на 30-те години на миналия век, той се връща към времето, когато не е имало CFC, разрушаващи озона. Освен това анализирахме измерванията на озона в станция Рейкявик.
Резултатът беше ясен: в години с положителен NAO индекс в Arosa се регистрира по-малко общ озон, отколкото в години с отрицателен NAO индекс; обратно, станцията в Рейкявик има по-високи нива на озон през годините с положителен NAO индекс и по-ниски нива на озон при отрицателен NAO индекс.
Антропогенен дял в разрушаването на озона
Съответно, общите нива на озон варират по теоретично предвиден начин с NAO. Не всички дългосрочни промени трябва да се дължат на човешко влияние. Разбира се, това не означава, че в средните ширини не е имало антропогенно разрушаване на озона. Това обаче не просто отговаря директно на измереното намаляване на озона. За да може да се определи, трябва по-скоро да се вземат предвид естествените колебания - по-специално фактът, че индексът NAO има предимно силно положителни стойности през последните няколко десетилетия.
Както показаха нашите подробни анализи, около една трета от колебанията на озона от зимата до зимата могат да се отдадат на променливостта на NAO. За да определим антропогенния дял в изчерпването на озоновия слой, разработихме статистически модел, който изрично взема предвид NAO индекса (или налягането в тропопаузата); Включва и други фактори, за които е известно, че влияят на атмосферните нива на озон - като 11-годишния цикъл на слънчевите петна, квази-двугодишното трептене и широкообхватните вулканични изригвания.
За Arosa успяхме да преизчислим създадената от човека тенденция към озон. За зимите през последните тридесет години това е 2,4 процента на десетилетие. По-ранните анализи на тенденциите са надценили антропогенното разрушаване на озона в Централна Европа с около една четвърт, тъй като не са взели предвид дългосрочните промени в структурата на атмосферата.
Изчисленията на тенденциите в северната част на Атлантическия океан, където по-ранните анализи не са установили значителна загуба на озон, също трябва да бъдат преразгледани - макар и в обратна посока. Според нашия модел спадът на озона в Рейкявик през зимата, коригиран за природни ефекти, сега е 3,8 процента на десетилетие. В същото време очевидното противоречие с предсказанията на химичните модели изчезва: В съответствие с тях стойността за Рейкявик е по-голяма от тази за Ароза.
Естествените колебания за период от няколко години или десетилетия могат да прикрият или дори да засилят антропогенните влияния. Друг интересен въпрос е на какво се основава дългосрочното преминаване на NAO към положителни фази. В крайна сметка това може да бъде причинено и от човешка дейност - например чрез емисии на парникови газове като въглероден диоксид или чрез самото разрушаване на озона. Все още не е решено дали това е така.