Ученые из Санкт-Петербургского государственного университета осуществили детальное моделирование общего и тропосферного содержания озона над Россией в различные времена года. Согласно полученным данным, летом в Сибири наблюдается увеличение концентрации тропосферного озона, потенциально вызванного лесными пожарами. О результатах исследования сообщается в научном журнале Atmosphere.
Озон выполняет важную функцию в климатической системе Земли. Стратосферный озон служит защитой для биосферы, предохраняя ее от вредного ультрафиолетового излучения и влияя на радиационный баланс планеты. Тропосферный озон, в свою очередь, выступает в роли значительного парникового газа и представляет собой серьезный загрязнитель приземного воздуха. Для Российской Федерации изучение этого газа имеет особое значение, учитывая ее географическое положение: арктические зоны и северные регионы особенно чувствительны к климатическим изменениям, а большая территория и неравномерное расположение источников загрязнения формируют непростую картину пространственно-временных колебаний.
Несмотря на использование спутниковых систем, всесторонний анализ региональных особенностей атмосферы над территорией Российской Федерации до настоящего времени оставался недостаточным. Специалисты Санкт-Петербургского государственного университета устранили эту проблему, объединив данные со спутников с численным моделированием для оценки колебаний как общего количества газа, так и его тропосферной составляющей.
При проведении исследования были задействованы данные, полученные с российского спутникового аппарата ИКФС‑2, фиксирующего тепловое излучение, покидающее Землю. Для анализа полученных данных и моделирования происходящих процессов исследователи использовали две модели, различающиеся по масштабу: глобальную химико‑климатическую модель SOCOLv3 и региональную модель WRF‑Chem с высоким разрешением. Моделирование распространилось на значительную часть территории России, с учетом выбросов, вызванных деятельностью человека, биогенных источников и выбросов, связанных с пожарами. Сопоставление результатов моделирования со спутниковыми измерениями дало возможность оценить достоверность расчетов и определить особенности распределения озона.
«Согласно результатам анализа данных, зафиксированы выраженные сезонные и региональные колебания. В сибирском регионе максимальная концентрация озона в тропосфере приходится на июль, что обусловлено активным фотохимическим процессом в условиях повышенных температур, а также выбросами, вызванными лесными пожарами. В свою очередь, в европейской части России и в арктической зоне пик содержания этого газа наблюдается в апреле-мае, — проинформировала Яна Виролайнен, сотрудник лаборатории исследований озонового слоя и верхней атмосферы Санкт-Петербургского государственного университета.
По ее словам, модель точно смоделировала отклонения от нормы, проявившиеся летом 2021 года. В этот период, из-за высокой пожарной опасности в Сибири и Якутии, существенно увеличилась концентрация озона в тропосфере.
Общее содержание газа определялось глобальными тенденциями: наивысшие значения достигались в зимне-весенний период над восточными территориями (Дальний Восток, Камчатка, Охотское море), а самые низкие – в летне-осенний период в арктических широтах. Исследователи установили причину, по которой в отдельные годы весной его концентрация существенно снижается.
Такая ситуация возникает при одновременном развитии двух природных процессов: положительной фазы Арктических колебаний и определенного направления ветров в стратосфере, известного как западная фаза Квазидвухлетнего колебания. В это время над Северным полюсом формируется стабильный холодный вихрь, в котором создаются условия для распада молекул озона. Яркими примерами являются 2011 и 2020 годы, когда исследователи зафиксировали минимальный уровень озона над Арктикой.
Анализ, проведенный исследователями, показал, что наиболее эффективным способом понять, как меняется концентрация озона в атмосфере во времени и пространстве, является комплексное использование спутниковых данных и математических моделей. Российский прибор ИКФС‑2, размещенный на спутнике, успешно расширяет глобальную сеть наблюдений, предоставляя информацию даже в период полярной ночи.
Справка
В 2021 году при поддержке мегагранта была организована Лаборатория исследований озонового слоя и верхней атмосферы СПбГУ. Под руководством известного специалиста в области изучения озонового слоя Евгения Розанова научные сотрудники проводят исследования, направленные на прогнозирование изменений озонового слоя, обусловленных естественными и деятельностью человека факторами, климатическими сдвигами и явлениями космической погоды. Они улучшили моделирование озонового слоя в Южном полушарии, измерили содержание концентрации озона над Петербургом, исследовали влияние извержения вулкана в Тихом океане и другое.
Информация предоставлена пресс-службой СПбГУ