1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Геомагнетизм и аэрономия
  4. T. 63, № 5, 2023

Геомагнетизм и аэрономия, 2023, T. 63, № 5, стр. 644-656

Длительные микроволновые наблюдения озона средней атмосферы в Апатитах в течение трех зим

Ю. Ю. Куликов 1, *, А. Ф. Андриянов 1, В. И. Демин 2, В. М. Демкин 3, А. С. Кириллов 2, В. Г. Рыскин 1, В. А. Шишаев 2

1 Институт прикладной физики РАН (ИПФ РАН)
Нижний Новгород, Россия

2 Полярный геофизический институт (ПГИ)
Апатиты, Россия

3 Высшая школа экономики (ВШЭ)
Нижний Новгород, Россия

* E-mail: yuyukul@appl.sci-nnov.ru

Поступила в редакцию 08.11.2022
После доработки 30.03.2023
Принята к публикации 25.05.2023

Аннотация

Приведены результаты наземных микроволновых наблюдений озона средней атмосферы в Апатитах (67° N, 33° E) в течение трех зим (2017–2018, 2018–2019 и 2019–2020 гг.). Длительные наблюдения озона проводились в период минимальной солнечной активности − 24–25-й циклы. В измерениях был использован мобильный микроволновый спектрометр с рабочей частотой 110.8 ГГц, который позволяет отслеживать поведение озона в средней атмосфере с 15-минутным разрешением по времени. Выполнено сравнение микроволновых данных озона из наземных измерений с бортовыми данными MLS/Aura. Наземные и бортовые данные сопоставлены с данными контактных измерений с помощью озонозондов на ст. Sodankylä (67° N, 27° E). Кроме того, данные MLS/Aura по температурному зондированию средней атмосферы использованы для интерпретации возмущений в озоновом слое, связанных с внезапными стратосферными потеплениями. Обнаружено значительное влияние внезапных стратосферных потеплений на вертикальное распределение озона на высотах 22–60 км. При этом масштаб изменчивости мезосферного озона (60 км) над Апатитами сопоставим или превышает известные модельные расчеты по оценке воздействия солнечных протонных событий и высыпания авроральных электронов на озон полярных областей.

Список литературы

  1. − Белоглазов М.И. Демкин В.М., Красильников А.А., Кукин Л.М., Куликов Ю.Ю., Рыскин В.Г., Шанин В.Н. Микроволновые измерения содержания озона в зимней стратосфере Арктики // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 50. № 2. С. 265–272. 2010.

  2. − Бочковский Д.А., Виролайнен Я.А., Куликов Ю.Ю., Маричев В.Н., Поберовский А.В., Рыскин В.Г., Тимофеев Ю.М. Наземный микроволновый мониторинг озона средней атмосферы над Санкт-Петербургом и Томском во время стратосферного потепления зимой 2013–2014 гг. // Изв. вузов. Радиофизика. Т. 59. № 4. С. 299–307. 2016.

  3. − Варгин П.Н., Кирюшов Б.М. Внезапное стратосферное потепление в Арктике в феврале 2018 г. и его влияние на тропосферу, мезосферу и озоновый слой // Метеорология и гидрология. № 2. С. 41–56. 2019.

  4. − Красильников А.А., Куликов Ю.Ю., Мазур А.Б., Рыскин В.Г., Серов Н.В., Федосеев Л.И., Швецов А.А. Обнаружение “озоновых облаков” в верхней стратосфере Земли методом миллиметровой радиометрии // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 37. № 3. 174–183. 1997.

  5. − Красильников А.А., Куликов Ю.Ю., Рыскин В.Г., Федосеев Л.И. Микроволновое радиометрическое зондирование верхней атмосферы над Нижним Новгородом // Изв. вузов. Радиофизика. Т. 41. № 11. С. 1405–1423. 1998.

  6. − Красильников А.А., Куликов Ю.Ю., Рыскин В.Г. Полярные стратосферные облака и вариации озона по данным микроволновой радиометрии // Труды ХХ Всероссийской конференции по распространению радиоволн. Нижний Новгород. 2–4 июля 2002 г. С. 358–359. 2002а.

  7. − Красильников А.А., Куликов Ю.Ю., Рыскин В.Г. Особенности поведения озона верхней атмосферы зимой 1999/2000 гг. по результатам одновременных микроволновых наблюдений в Нижнем Новгороде (56° N, 44° E) и Апатитах (67° N, 35° E) // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 42. № 2. С. 265–273. 2002б.

  8. − Красильников А.А., Куликов Ю.Ю., Рыскин В.Г., Щитов А.М. Микроволновые приемники для диагностики малых газовых составляющих земной атмосферы // Изв. РАН. Сер. физическая. Т. 67. № 12. С. 1791–1795. 2003.

  9. − Красильников А.А., Куликов Ю.Ю., Рыскин В.Г., Демкин В.М., Кукин Л.М., Михайловский В.Л., Шанин В.Н., Шейнер М.З., Шумилов В.А., Щитов А.М. Новый малогабаритный микроволновый спектрорадиометр – озонометр // Приборы и техника эксперимента. № 1. С. 127–133. 2011.

  10. − Куликов Ю.Ю., Красильников А.А., Рыскин В.Г. Результаты микроволновых исследований структуры озонового слоя полярных широт во время зимних аномальных потеплений стратосферы // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. Т. 38. № 2. С. 182–191. 2002.

  11. − Куликов Ю.Ю., Рыскин В.Г., Красильников А.А., Кукин Л.М. Микроволновые наблюдения изменчивости озона в стратосфере высоких широт зимой 2002–2003 годов // Изв. вузов. Радиофизика. Т. 48. № 2. С. 134–141. 2005.

  12. − Куликов Ю.Ю., Красильников А.А., Демкин В.М., Рыскин В.Г. Вариации концентрации мезосферного озона во время полного солнечного затмения 29 марта 2006 года по данным микроволновой радиометрии // Изв. РАН Физика атмосферы и океана. Т. 44. № 4. С. 522–526. 2008.

  13. − Куликов Ю.Ю., Поберовский А.В., Рыскин В.Г., Юшков В.А. Обнаружение больших флуктуаций в содержании озона средней атмосферы во время внезапных стратосферных потеплений в приполярных широтах Арктики // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 60. № 2. С. 261–269. 2020. https://doi.org/101134/S0016793220020097

  14. − Соломонов С.В., Кропоткина Е.П., Розанов С.Б., Игнатьев А.Н., Лукин А.Н. Влияние сильных внезапных стратосферных потеплений на озон в средней стратосфере по наблюдениям на миллиметровых волнах // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 57. № 3. С. 392–400. 2017.

  15. − Цветкова Н.Д., Варгин П.Н., Лукьянов А.Н., Кирюшов Б.М., Юшков В.А., Хаттатов В.У. Исследование химического разрушения озона и динамических процессов в стратосфере Арктики зимой 2019/20 г. // Метеорология и гидрология. № 9. С. 70–83. 2021. https://doi.org/10.52002/0130-2906-2021-9-70-83

  16. − Barnett J.J., Corney M. Middle atmosphere reference model derived from satellite data / ICSU Middle Atmosphere Program. Handbook for MAP. V. 16. P. 47–85. 1985.

  17. − Connor B.J., Siskind D.E., Tsou J.J., Parrish A., Remsberg E.E. Ground-based microwave observations of ozone in the upper stratosphere and mesosphere // J. Geophys. Res. – Atmos. V. 99. № 8. P. 16 757–16 770. 1994. https://doi.org/10.1029/94JD01153

  18. − Hilsenrath E., Seiden L., Goodman P. An ozone measurement in the mesosphere and stratosphere by means of a rocket sonde // J. Geophys. Res. – Oc. Atm. V. 74. № 28. P. 6873–6879. 1969. https://doi.org/10.1029/JC074i028p06873

  19. − Hilsenrath E. Ozone measurements in the mesosphere and stratosphere during two significant geophysical events // J. Atmos. Sci. V. 28. № P. 295–297. 1971. https://doi.org/10.1175/1520-0469(1971)028<0295:OMITMA>2.0.CO;2

  20. − Hilsenrath E. Rocket observations of the vertical distribution of ozone in the polar night and during a mid-winter stratospheric warming // Geophys. Res. Lett. V. 7. № 8. P. 581–584. 1980. https://doi.org/10.1029/GL007i008p00581

  21. − http://gml.noaa.gov/dv/iadv/graph.php?code=SUM&program=ozmw&type=vp

  22. − http://mls.jpl.nasa.gov

  23. − https://mls.jpl.nasa.gov/data/NRT-user-guide-v42.pdf

  24. − https://acd-ext.gsfc.nasa.gov/Data_services/met/ann_ data.html

  25. − https://gmao.gsfc.nasa.gov

  26. − http://cds-espri.ipsl.fr/etherTypo/index.php?id=1663&L=1

  27. − Keating G.M., Pitts M.C., Young D.F. Ozone reference model for the middle atmosphere (New CIRA) / ICSU Middle Atmosphere Program. Handbook for MAP. V. 31. P. 1–36. 1989.

  28. − Kulikov Y.Y., Andriyanov A.F., Demin V.I., Demkin V.M., Kirillov A.S., Ryskin V.G., Shishaev V.A. The microwave monitoring of the middle atmosphere ozone on Kola Peninsula during last three winters // “Physics of Auroral Phenomena”. Proc. XLIV Annual Seminar. Apatity. March 15– 19, 2021. P. 168–171. 2021. https://doi.org/10.51981/2588-0039.2021.44.039

  29. − Kulikov Y.Y., Krasilnikov A.A., Shchitov A.M. New mobile ground-based instrument for research of stratospheric ozone (some results of observation) // The Sixth International Kharkov Symposium on Physics and Engineering of Microwaves, Millimeter and Submillimeter Waves (MSMW’07) Proceedings. Kharkov, Ukraine. June 25–30, 2007. V. 1. P. 62–66. 2007.

  30. − Kulikov Yu.Yu., Kuznetsov I.V., Andrianov A.F. et al. Stratospheric ozone variability in high latitudes from microwave observations // J. Geophys. Res. – Atmos. V. 99. № 10. P. 21109–21116. 1994. https://doi.org/10.1029/94.JD01102

  31. − Kulikov Yu.Yu., Ryskin V.G. Relation between ozone and temperature in the Arctic stratosphere // Int. J. Geomagn. Aeronomy. V. 1. № 3. P. 253–257. 1999.

  32. − Kulikov Yu.Yu., Ryskin V.G., Krasilnikov A.A. Microwave sounding measurements of the ozone layer in the polar and mid-latitude stratosphere in the winter seasons of 1998–2001 // Izv. Atm. Oc. Phys. V. 39. Suppl. P. S56–S61. 2003.

  33. − Lee J.-H., Jee G., Kwak Y.-S., Hwang H., Seppälä A., Song I.-S., Turunen E., Lee D.-Y. Polar middle atmospheric responses to medium energy electron (MME) precipitation using numerical model simulations // Atmosphere. V. 12. № 2. ID 133. 2021. https://doi.org/10.3390/atmos12020133

  34. − Lobsiger E. Künzi K.F. Night-time increase of mesospheric ozone measured with ground-based microwave radiometry // J. Atmos. Terr. Phys. V. 48. № 11–12. P. 1153–1158. 1986. https://doi.org/10.1016/0021-9169(86)90035-8

  35. − Manney G.L., Schwartz M.J., Krüger K. et al. Aura Microwave Limb Sounder observations of dynamics and transport during the record-breaking 2009 Arctic stratospheric warming // Geophys. Res. Lett. V. 36. № 12. ID L12815. 2009. https://doi.org/10.1029/2009GL038586

  36. − Manney G.L., Livesey N.J., Santee M.L. et al. Record-low Arctic stratospheric ozone in 2020: MLS observations of chemical processes and comparisons with previous extreme winters // Geophys. Res. Lett. V. 47. № 16. ID e2020GL089063. 2020. https://doi.org/10.1029/2020GL089063

  37. − Manney G.L., Millan L.F., Santee M.L., Wargan K., Lambert A. et al. Signatures of anomalous transport in the 2019/2020 Arctic stratospheric polar vortex // J. Geophys. Res. – Atmos. V. 127. № 20. ID e2022JD037407. 2022. https://doi.org/10.1029/2022JD037407

  38. − Matthes K., Funke B., Andersson M.E. et al. Solar forcing for CMIP6 (v3.2) // Geosci. Model Dev. V. 10. № 6. P. 2247–2302. 2017. https://doi.org/10.5194/gmd-10-2247-2017

  39. − Okui H., Sato K., Koshin D., Watanabe S. Formation of a mesospheric inversion layer and the subsequent stratopause associated with the major stratospheric sudden warming in the 2018/19 // J. Geophys. Res. – Atmos. V. 126. № 18. ID e2021JD034681. 2021. https://doi.org/1029/2021JD034681

  40. − Palm M., Hoffmann C.G., Golchert S.H.W., Notholt J. The ground-based MW radiometer OZORAM on Spitsbergen – description and status of stratospheric and mesospheric O3 measurements // Atmos. Meas. Tech. V. 3. № 6. P. 1533–1545. 2010. https://doi.org/10.5194/amt-3-1533-2010

  41. − Penfield H., Litvak M.M., Gottlieb C.A., Lilley A.E. Mesospheric ozone measured from ground-based millimeter wave observations // J. Geophys. Res. V. 81. N 34. P. 6115–6120. 1976. https://doi.org/10.1029/JA081i034p06115

  42. − Rao J., Ren R., Chen H., Yu J., Zhou J. The stratospheric sudden warming event in February 2018 and its prediction by a climate system model // J. Geophys. Res. – Atmos. V. 123. № 23. P. 13 332–13 345. 2018. https://doi.org.1029/2018JD028908

  43. − Schoeberl M.R. Stratospheric warming: Observations and theory // Rev. Geophys. V. 16. № 4. P. 521–538. 1978. https://doi.org/10.1029/RG016i004p00521

  44. − Schranz F., Fernandez S., Kämpfer N., Palm M. Diurnal variation in middle-atmospheric ozone observed by ground-based microwave radiometry at Ny-Ǻlesund over 1 year // Atmos. Chem. Phys. V. 18. № 6. P. 4113–4130. 2018. https://doi.org/10.5194/acp-18-4113-2018

  45. − Schranz F., Tschanz B., Rüfenacht R., Hocke K., Palm M., Kämpfer N. Investigation of Arctic middle-atmospheric dynamics using 3 years of H2O and O3 measurements from microwave radiometers at Ny-Alesund // Atmos. Chem. Phys. V. 19. № 15. P. 9927–9947. 2019. https://doi.org/10.5194/acp-19-9927-9947

  46. − Seppälä A., Clilverd M.A. Energetic particle forcing of the Northern Hemisphere winter stratosphere: Comparison to solar irradiance forcing // Frontier in Physics. V. 2. 2014. https://doi.org/10.3389/fphy.2014.00025

  47. − Smyshlyaev S.P., Vargin P.N., Motsakov M.A. Numerical modeling of ozone loss in the exceptional arctic stratosphere winter-spring of 2020 // Atmosphere. V. 12. № 11. ID 1470. 2021. https://doi.org/10.3390/atmos12111470

  48. − Waters J.W., Froidevaux L., Harwood R.S. et al. The earth observing system microwave limb sounder (EOS MLS) on the Aura satellite // IEEE Trans. Geosci. Remote. V. 44. № 5. P. 1075–1092. 2006. https://doi.org/10.1109/TGRS.2006.873771

  49. − Wilson W.J., Schwartz P.R. Diurnal variations of mesospheric ozone using millimeter-wave measurements // J. Geophys. Res. – Oceans. V. 86. № 8. P. 7385–7388. 1981. https://doi.org/10.1029/JC086iC08p07385

  50. − Zommerfelds R.M., Künzi K.F., Summers M.E., Bevilacqua R.M., Strobel D.F., Allen M., Sawchuck W.J. Diurnal variations of mesospheric ozone obtained by ground-based microwave radiometry // J. Geophys. Res. – Atmos. V. 94. № 10. P. 12 819–12 832. 1989. https://doi.org/10.1029/JD094iD10p12819

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Геомагнетизм и аэрономия

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал