Atmosférický výskum poškodzovanie ozónovej vrstvy a zmeny podnebia v Európe - spektrum vedy
Výskum atmosféry: poškodzovanie ozónu a zmeny podnebia v Európe
V posledných rokoch neexistujú vôbec žiadne skutočné zimy, "je bežné vyhlásenie. Klimatológovia môžu potvrdiť, že„ skôr "(v šesťdesiatych rokoch) boli zimy v strednej Európe chladnejšie. Prirodzené výkyvy podnebia, ktoré môžu mať vplyv na celé oblasti Zeme. zohrávajú dôležitú úlohu pri výskyte chladnejších alebo teplejších desaťročí. Jedným z príkladov takýchto viacročných výkyvov podnebia je napríklad El Niño Southern Oscillation (ENSO). Spojenie oceánskych a vzdušných prúdov v rovníkovom Pacifiku ovplyvňuje počasie v južnom Pacifiku. a Severná Amerika.
Pre európske podnebie existuje podobné trvalé kolísanie: severoatlantická oscilácia (NAO), ktorá má vplyv na podnebie najmä v zimnom polroku. Je spojená s teplotnými zmenami v celej severoatlantickej oblasti a prejavuje sa mnohými dôležitými atmosférickými, oceánskymi a ekologickými premennými, napríklad teplotou morskej hladiny, množstvom zrážok a dĺžkou vegetačného obdobia. Meteorológovia to vyjadrujú pomocou indexu, ktorý je definovaný tlakovým rozdielom medzi islandským minimom a vysokým Azorským ostrovom. Vysoký index NAO zodpovedá veľkému tlakovému rozdielu. Výsledkom je, že nad Atlantikom fúka silnejší vietor, ako je dlhodobý priemer, a privádza vzduch ohriaty oceánom na európsky kontinent. V takýchto rokoch sú teda zimy v strednej a severnej Európe pomerne mierne. Ak je index NAO nízky, existuje malý rozdiel v tlaku vzduchu medzi Islandom a Azorskými ostrovmi. Namiesto teplého západného prúdu od Atlantiku v zime čoraz viac prevláda studený prúd z Ruska do strednej Európy, ktorý zaisťuje mrazivé teploty.
Dôsledky distribúcie tlaku vzduchu nad severným Atlantikom
Severoatlantická oscilácia preukázala za posledných tridsať rokov tendenciu k čoraz pozitívnejším fázam. Prispel tak k pozorovanému otepľovaniu v Európe, ako aj k trendom v ďalších klimatických premenných. Ale to nie je všetko: Ako sme dokázali, NAO ovplyvňuje aj hrúbku ozónovej vrstvy, ktorá chráni život na Zemi pred škodlivým UV žiarením zo slnka. (Geophysical Research Letters, zv. 27, s. 1131).
Ozónová diera nad Antarktídou priniesla takmer každú jeseň od polovice 80. rokov 20. storočia nové rekordné správy. Aj v našich zemepisných šírkach sa ozónová vrstva zmenšila, aj keď menej nápadne. Pozorovaný pokles ozónu od 70. rokov je zhruba v súlade s účinkami látok poškodzujúcich ozónovú vrstvu, ako sú chlórfluórované uhľovodíky (CFC), ktoré je možné odvodiť z chemických modelov.
Vyskytli sa však aj určité nevysvetliteľné odchýlky od vyhlásení modelov. V období rokov 1978 až 1991 bol napríklad v marci zistený pokles ozónovej vrstvy o päť percent za desaťročie na švajčiarskej meracej stanici Arosa. Na druhej strane nad Islandom (meracia stanica v Reykjavíku) sa ozónová vrstva za rovnaké obdobie vôbec neznížila a dokonca sa zdalo, že sa zvyšuje. Je to v jasnom rozpore s tvrdeniami chemických modelov, podľa ktorých by malo byť poškodzovanie ozónu väčšie vo vysokých zemepisných šírkach ako v alpskom regióne. Ako možno vysvetliť tento kontrast?
Ako sme zistili, súvisí to so zmenami v dynamike atmosféry, ktoré sú spojené s NAO a zatiaľ neboli zohľadnené. Dôležitú úlohu zohráva umiestnenie takzvanej tropopauzy. Jedná sa o vrstvu vzduchu vo výške asi osem až desať kilometrov, ktorá oddeľuje troposféru chudobnú na ozón, v ktorej sa odohráva každodenné počasie, od stratosféry bohatej na ozón. Presná nadmorská výška tropopauzy sa môže meniť v závislosti od počasia. Tento pohyb zodpovedá zmene tlaku v tropopauze, t. J. Hmotnosti vzduchu na plochu nad tropopauzou.
V oblasti s nízkym tlakom je tropopauza hlbšia ako obvykle, preto je v stĺpci, ktorý sa tiahne od zeme po vrchnú časť atmosféry, viac stratosférického a menej troposférického vzduchu. Pretože stratosférický vzduch obsahuje viac ozónu, je celková koncentrácia ozónu v oblasti nízkeho tlaku vyššia ako v oblasti vysokého tlaku. Už v roku 1929 Gordon M. B. Dobson a kolegovia preukázali, že denné zmeny celkového ozónu v stredných zemepisných šírkach silne závisia od distribúcie maximálnych a nízkych hladín.
Túto úvahu je možné uplatniť aj na dlhodobé zmeny podnebia. Stanovením distribúcie tlaku vzduchu v severoatlantickom regióne v zime ovplyvňuje NAO aj strednú polohu tropopauzy v rôznych oblastiach Európy. Ak je islandské minimum v rokoch zvlášť výrazné s pozitívnym indexom NAO, je tropopauza nad severným Atlantikom nižšia ako priemer. Naproti tomu v strednej Európe je situácia úplne opačná. Tlak vzduchu je tu nadpriemerný, takže tropopauza je vyššia ako dlhodobý priemer. Podľa toho by v rokoch s pozitívnym indexom NAO mala byť koncentrácia ozónu v severnom Atlantiku obzvlášť vysoká, zatiaľ čo v strednej Európe by mala byť obzvlášť nízka.
Na vyskúšanie tohto teoretického očakávania sme vyhodnotili sériu meraní ozónu Arosa. Je najdlhší na svete. Od začiatku 30. rokov sa vracia do doby, keď neexistovali žiadne CFC poškodzujúce ozónovú vrstvu. Okrem toho sme analyzovali merania ozónu na stanici v Reykjavíku.
Výsledok bol jasný: v rokoch s pozitívnym NAO indexom bolo v Arose zaregistrovaných menej celkového ozónu ako v rokoch s negatívnym NAO indexom; Naopak, stanica v Reykjavíku má v rokoch vyššie hodnoty ozónu s pozitívnym NAO indexom a nižšie hodnoty ozónu v negatívnom NAO indexe.
Antropogénny podiel na poškodzovaní ozónu
V súlade s tým sa celkové hladiny ozónu líšia teoreticky predpovedaným spôsobom s NAO. Nie všetky dlhodobé zmeny musia byť spôsobené ľudskými vplyvmi. To samozrejme neznamená, že v stredných zemepisných šírkach nedošlo k žiadnemu antropogénnemu poškodeniu ozónu. Nezodpovedá to však priamo priamo nameranému poklesu ozónu. Aby sme to mohli určiť, je potrebné brať do úvahy prirodzené výkyvy - najmä skutočnosť, že index NAO mal v posledných desaťročiach prevažne výrazne pozitívne hodnoty.
Ako ukázali naše podrobné analýzy, asi tretinu kolísania ozónu od zimy do zimy možno pripísať variabilite NAO. Za účelom stanovenia antropogénneho podielu na poškodzovaní ozónu sme vyvinuli štatistický model, ktorý explicitne zohľadňuje NAO index (alebo tlak v tropopauze); Zahŕňa tiež ďalšie faktory, o ktorých je známe, že ovplyvňujú hladinu atmosférického ozónu - napríklad jedenásťročný cyklus slnečných škvŕn, kvázi dvojročné oscilácie a hlboké sopečné erupcie.
Pre spoločnosť Arosa sme boli schopní prepočítať trend ozónu vytvoreného človekom. Za zimy za posledných tridsať rokov to bolo 2,4 percenta za desaťročie. Predchádzajúce analýzy trendov nadhodnotili antropogénne poškodzovanie ozónu v strednej Európe asi o štvrtinu, pretože nezohľadňovali dlhodobé zmeny v štruktúre atmosféry.
Je tiež potrebné revidovať výpočty trendov v severoatlantickej oblasti, kde predchádzajúce analýzy neodhalili významnú stratu ozónu, aj keď v opačnom smere. Podľa nášho modelu je pokles ozónu v Reykjavíku v zime po očistení od prírodných účinkov teraz 3,8 percenta za desaťročie. Zároveň zmizne zjavný rozpor s predikciami chemických modelov: v súlade s nimi je hodnota pre Reykjavík vyššia ako pre Arosu.
Prirodzené výkyvy v priebehu niekoľkých rokov alebo desaťročí môžu maskovať alebo dokonca zosilňovať antropogénne vplyvy. Ďalšou zaujímavou otázkou je, na čom je založený dlhodobý posun NAO do pozitívnych fáz. Nakoniec to môže byť spôsobené aj ľudskou činnosťou - napríklad emisiou skleníkových plynov, ako je oxid uhličitý, alebo samotným poškodzovaním ozónu. Zatiaľ sa však nerozhodlo, či je to tak.