Физики СПбГУ провели масштабное моделирование общего и тропосферного содержания озона над территорией России в разные сезоны. Выяснилось, что в Сибири токсичный тропосферный озон растет летом, что может быть связано с лесными пожарами. Результаты исследования опубликованы в научном журнале Atmosphere.
Озон играет ключевую роль в климатической системе Земли. Стратосферный защищает биосферу от жесткого ультрафиолета и определяет радиационный баланс, в то время как тропосферный является значимым парниковым газом и опасным загрязнителем приземного воздуха. Для России изучение этого газа имеет особое значение в силу ее географического положения: арктическая зона и северные широты наиболее уязвимы к климатическим изменениям, а обширность территории и неравномерное распределение источников загрязнения создают сложную картину пространственно‑временной изменчивости.
Однако, несмотря на наличие спутниковых систем, комплексный анализ региональных тенденций над РФ до сих пор был проведен недостаточно подробно. Ученые СПбГУ восполнили этот пробел, объединив спутниковые данные с численным моделированием для оценки изменчивости как общего содержания газа, так и его тропосферной составляющей.
В исследовании использовались данные с российского спутникового прибора ИКФС‑2, который измеряет уходящее тепловое излучение. Для интерпретации измерений и моделирования процессов ученые применили две модели разного масштаба: глобальную химико‑климатическую SOCOLv3 и региональную высокого разрешения WRF‑Chem. Моделирование охватило большую часть территории России с учетом антропогенных выбросов, биогенных источников и эмиссий от пожаров. Сравнение модельных данных со спутниковыми измерениями позволило оценить точность расчетов и выявить закономерности полей распределения озона.
«Анализ данных выявил четкие сезонные и региональные различия. В сибирских регионах максимум тропосферного озона наблюдается в июле, что связано с интенсивным фотохимическим образованием в условиях высоких температур, а также с выбросами от лесных пожаров. В европейской же части России и в арктической зоне пик содержания газа смещен на апрель-май», — сообщила сотрудница лаборатории исследований озонового слоя и верхней атмосферы СПбГУ Яна Виролайнен.
По ее словам, модель качественно воспроизвела аномальные значения на примере лета 2021 года, когда на фоне экстремальной пожароопасной обстановки в Сибири и Якутии наблюдался значительный рост концентрации тропосферного озона.
Показатели общего содержания газа подчинялись глобальным закономерностям: максимум в зимне‑весенний период накапливается над восточными районами (Дальний Восток, Камчатка, Охотское море), а минимум в летне‑осенний период наблюдается в арктических широтах. Ученые выяснили, почему в некоторые годы весной его становится значительно меньше.
Это происходит, когда совпадают два природных явления: так называемая положительная фаза Арктического колебания и определенное направление ветров в стратосфере (западная фаза Квазидвухлетнего колебания). В такие периоды над Северным полюсом формируется устойчивый холодный вихрь, внутри которого создаются условия для разрушения молекул озона. Особенно сильно это проявилось в 2011 и 2020 годах, когда ученые зафиксировали рекордно низкое содержание озона над Арктикой.
В ходе работы исследователи пришли к выводу, что сочетание спутниковых измерений и моделирования — наилучший инструмент для понимания пространственно‑временной изменчивости атмосферного озона. Российский спутниковый прибор ИКФС‑2 успешно дополняет мировую систему наблюдений, обеспечивая данные даже в условиях полярной ночи.
Справка
Лаборатория исследований озонового слоя и верхней атмосферы СПбГУ была создана в 2021 году в рамках мегагранта. Ученые под руководством одного из ведущих специалистов по исследованию озонового слоя Евгения Розанова ведут работы по прогнозам развития озонового слоя, вызванного природными и антропогенными факторами, изменениями климата и событиями 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
Источник фото: ru.123rf.com
