Об озо­но­вом слое

            Недав­но мы под­во­ди­ли итоги го­до­вой ра­бо­ты нашей ор­га­ни­за­ции. Все было как все­гда – за­га­доч­ные тео­рии, непо­нят­ные ре­зуль­та­ты и стран­ные ис­сле­до­ва­ния. Вме­сте с тем, один ре­зуль­тат меня уди­вил, и я решил его про­пи­а­рить. Я ос­но­вы­ва­юсь на ста­тьях и ку­лу­ар­ных раз­го­во­рах.

Вве­де­ние от себя

            Неко­то­рой время назад, в смут­ные конец 80-х на­ча­ло 90-х годов у фирмы Дюпон слу­чи­лась стаг­на­ция. Ну все как все­гда: про­да­жи па­да­ют, ди­ви­ден­ды не рас­тут. Надо было что-​то пред­при­нять и это что-​то был пред­при­ня­то. А имен­но, было рож­де­но по­ня­тие “озо­но­вая дыра”, вы­де­ле­ны гран­ты для по­ис­ка озо­но­вой дыры, на ко­то­рые были про­ве­де­ны об­шир­ные изыс­ка­ния, по­ка­зав­шие соб­ствен­но на­ли­чие и рост озо­но­вой дыры из-за ряда то­та­ли­тар­ных фре­о­нов, ис­поль­зо­вав­ших­ся в не менее то­та­ли­тар­ных хо­ло­диль­ных ма­ши­нах. Была под­ня­та шу­ми­ха, Грета Тум­берг (тогда ее звали по-​другому) стала бить­ся в пене и все за­кон­чи­лось под­пи­са­ни­ем Мон­ре­аль­ско­го про­то­ко­ла, преду­смат­ри­вав­ше­го отказ от га­ло­ге­ни­ро­ва­ных уг­ле­во­до­ро­дов. Воз­ник­ла ма­лень­кая тех­ни­че­ская про­бле­ма: а чем за­ме­нить га­ло­ге­ни­ро­ва­ные уг­ле­во­до­ро­ды в хо­ло­диль­ных ма­ши­нах. Ам­ми­ак для малых хо­ло­диль­ных машин под­хо­дил не очень, все-​таки это та еще га­дость. Дюпон и брат­ва пред­ло­жи­ла по­этап­ное ре­ше­ние про­бле­мы – сна­ча­ла пе­ре­ход от хлорфто­руг­ле­во­до­ро­дов к гид­ро­хлорфто­руг­ле­во­до­ро­дам (па­тен­ты Дюпон) далее к их сме­сям (па­тен­ты Дюпон), а уж потом к уг­ле­во­до­ро­дам. Стоит от­ме­тить, что в про­цес­се этого пе­ре­хо­да тер­мо­ди­на­ми­че­ские и экс­плу­а­та­ци­он­ные свой­ства ра­бо­чих тел су­ще­ствен­но ухуд­ша­ют­ся, зато рас­тет опас­ность. Есте­ствен­но, что для каж­до­го но­во­го ра­бо­че­го тела необ­хо­ди­мо свое масло, свой ком­прес­сор и свои ис­сле­до­ва­ния, ге­ро­и­че­ски про­во­дя­щи­е­ся мно­же­ством на­уч­ных ра­бот­ни­ков.

            Вер­нем­ся, соб­ствен­но, к озо­но­вой дыре. Наши рус­ские ис­сле­до­ва­те­ли также ре­ши­ли не оста­вать­ся вне озо­но­во­го трен­да и по­лу­чить гран­ты. Но в силу своей неопыт­но­сти про­ве­ли пол­но­цен­ное на­уч­ное ис­сле­до­ва­ние. Дан­ное ис­сле­до­ва­ние не един­ствен­ное по­свя­щен­ное озо­но­вым дырам, но весь­ма ин­те­рес­ное. В ис­сле­до­ва­нии из­ме­ря­лось со­сто­я­ние озо­но­во­го слоя над г. Москва на про­тя­же­нии двух сол­неч­ных цик­лов (11х2 года). Дру­гих экс­пе­ри­мен­тов срав­ни­мой дли­тель­но­сти нигде не про­во­ди­лось, ви­дать это ни­ко­му не ин­те­рес­но (бли­жай­ший ана­лог ис­сле­до­ва­ния в Берне, 11 лет на­блю­де­ний). Спут­ни­ки же дают ин­те­граль­ную кар­ти­ну, очень удоб­ную для любых пред­ска­за­ний.

Опи­са­ние ис­сле­до­ва­ния.

            По про­ве­ден­но­му ис­сле­до­ва­нию вышел ряд ста­тей, ин­те­ре­су­ю­щи­е­ся могут по­смот­реть эту: “ОПРЕ­ДЕ­ЛЕ­НИЕ ВЕР­ТИ­КАЛЬ­НЫХ ПРО­ФИ­ЛЕЙ АТ­МО­СФЕР­НО­ГО ОЗОНА ПО НА­ЗЕМ­НЫМ ИЗ­МЕ­РЕ­НИ­ЯМ АТ­МО­СФЕР­НО­ГО ИЗ­ЛУ­ЧЕ­НИЯ В МИЛ­ЛИ­МЕТ­РО­ВОМ  ДИА­ПА­ЗОНЕ”.

            В ра­бо­те из­ме­ря­лась эмис­си­он­ная линия в мил­ли­мет­ро­вом диа­па­зоне, со­от­вет­ству­ю­щая теп­ло­во­му из­лу­че­нию мо­ле­кул озона. На раз­ных вы­со­тах раз­ные тем­пе­ра­ту­ры, со­от­вет­ствен­но, по­лу­ча­ем раз­ный про­филь линии. Ма­те­ма­ти­че­ски за­да­ча не кор­рект­на, но с ис­поль­зо­ва­ни­ем до­пол­ни­тель­ных дан­ных может быть ре­ше­на. В ста­тьях много ма­те­ма­ти­ки, но ав­то­ру уда­лось убе­дить нашу на­уч­ную стаю, что за­да­ча ре­ше­на. Также много вни­ма­ния было уде­ле­но по­греш­но­стям ме­то­да, это был спе­ци­аль­ный во­прос, в ко­то­ром ав­то­рам также уда­лось до­ка­зать, что по­греш­но­сти малы (5-6% но ино­гда до 10% в слу­чае силь­ных из­ме­не­ний кон­цен­тра­ции озона).

Ре­зуль­та­ты из­ме­ре­ний.

            Видно, что озо­но­вый “слой” рас­по­ло­жен на вы­со­тах 30-50км. Кон­цен­тра­ция озона нерав­но­мер­на по вы­со­те, рез­ких из­ме­не­ний кон­цен­тра­ции нет. На  рис.  2  можно  ви­деть  раз­ли­чия  пред­став­лен­ных  рас­пре­де­ле­ний: зна­че­ния  мак­си­му­мов  про­фи­лей  для  де­ка­ды  2007-2017  гг.  на  рис.  2b  в  целом несколь­ко ниже, а сами про­фи­ли вы­гля­дят более сгла­жен­ны­ми по срав­не­нию с рас­пре­де­ле­ни­ем для де­ка­ды 1996-2006 гг. на рис. 2a. Зна­чит из­мен­чи­вость озо­но­во­го слоя в де­ка­де 2007-2017 мень­ше.

На  рис.  4  пред­став­ле­на  се­зон­ная  ди­на­ми­ка  сред­не­ме­сяч­ных  про­фи­лей озона  с  сен­тяб­ря  (9-й  месяц)  по  май  (5-й  месяц),  усред­нен­ных  для  каж­до­го ме­ся­ца по всем годам каж­дой из двух декад на­блю­де­ний. Видно, что зимой озона мень­ше, летом боль­ше.

            Далее про­во­дит­ся ста­ти­сти­че­ский ана­лиз дан­ных, из ко­то­ро­го де­ла­ют­ся сле­ду­ю­щие вы­во­ды:

            До­воль­но  силь­ные  из­ме­не­ния  сред­не­ме­сяч­ных про­фи­лей  озона  между  двумя  де­ка­да­ми,  за­мет­ные  на  рис.  4,  су­ще­ствен­но сгла­жи­ва­ют­ся  при  усред­не­нии  по  ме­ся­цам,  и  ста­ти­сти­че­ская  зна­чи­мость  этих от­кло­не­ний со­от­вет­ствен­но умень­ша­ет­ся. Как след­ствие, сред­нее ин­те­граль­ное со­дер­жа­ние  озона  выше  20  км  оста­лось  прак­ти­че­ски  неиз­мен­ным  (4,61  г/м2 в 1996–2006гг. и 4,58 г/м2 в 2007–2017).

            Среди  мно­го­чис­лен­ных  ис­сле­до­ва­ний  озо­но­сфе­ры  пред­став­лен­ные в дан­ной ра­бо­те ре­зуль­та­ты из­ме­ре­ний пред­став­ля­ют осо­бый ин­те­рес, по­сколь­ку их на­ча­ло в 1996 г. прак­ти­че­ски сов­па­ло с на­ча­лом вос­ста­нов­ле­ния, при­мер­но с 1997 г., озон­но­го слоя в верх­ней стра­то­сфе­ре. Как от­ме­че­но в пред­ста­ви­тель­ном об­зо­ре  [1],  с  1997  г.  де­кад­ный  тренд  воз­рас­та­ния  ин­те­граль­но­го  со­дер­жа­ния озона в стол­бе ат­мо­сфе­ры в сред­них и вы­со­ких ши­ро­тах был незна­чи­тель­ным и по­ло­жи­тель­ным (около 1%) с боль­ши­ми меж­го­до­вы­ми ва­ри­а­ци­я­ми около 5%. Ре­зуль­та­ты  22-​летних  ис­сле­до­ва­ний  по­ка­за­ли,  что  де­кад­ный  тренд со­дер­жа­ния  озона  в  стол­бе  ат­мо­сфе­ры  выше  20  км  над  Моск­вой  также  был незна­чи­тель­ным (ста­ти­сти­че­ски незна­чи­мым), но от­ри­ца­тель­ным –  около –0.7%.

            Наи­бо­лее  неожи­дан­ным  и  нуж­да­ю­щим­ся  в  объ­яс­не­нии  ре­зуль­та­том про­ве­ден­но­го  ста­ти­сти­че­ско­го  ана­ли­за  яв­ля­ет­ся  об­на­ру­же­ние  рез­ко­го умень­ше­ния из­мен­чи­во­сти (ва­ри­а­ций и ко­ва­ри­а­ци­он­ных па­ра­мет­ров) про­фи­ля озона  выше  30  км  в  2007–2017  гг.  в  срав­не­нии  с  1996–2006  гг.  В  ка­че­стве ос­нов­ных  фак­то­ров,  ко­то­рые  могли  при­ве­сти  к  та­ко­му  зна­чи­тель­но­му умень­ше­нию,  рас­смат­ри­ва­ли  раз­лич­ный  ха­рак­тер  круп­но­мас­штаб­ной ди­на­ми­ки  стра­то­сфе­ры  Се­вер­но­го  по­лу­ша­рия  в  рас­смот­рен­ные  пе­ри­о­ды (де­ка­ды), а также силь­ное па­де­ние сол­неч­ной ак­тив­но­сти в 24 -м цикле в 2007–2017  гг.  по  срав­не­нию  с  23-м  цик­лом  в  1996-2006  гг.  Дей­стви­тель­но, ана­ли­зи­ру­е­мый 22-​летний пе­ри­од почти точно сов­пал с двумя по­след­ни­ми 11-​летними цик­ла­ми сол­неч­ной ак­тив­но­сти. Сол­неч­ная ак­тив­ность в 24-м цикле была почти вдвое мень­ше,  чем  в  23-м.  Это  могло  при­ве­сти  к  от­ме­чен­но­му  выше  неболь­шо­му сни­же­нию со­дер­жа­ния озона в вер­ти­каль­ном стол­бе ат­мо­сфе­ры в 24-м цикле по срав­не­нию с 23-м. В [1] вли­я­ние ва­ри­а­ций сол­неч­ной ак­тив­но­сти на со­дер­жа­ние озона  в  стол­бе  ат­мо­сфе­ры  оце­ни­ва­ет­ся  в  1–2%  с  мак­си­му­мом  в  по­ляр­ных ши­ро­тах.  Од­на­ко сле­ду­ет  от­ме­тить,  что  свя­зан­ные  с  сол­неч­ной  ак­тив­но­стью ва­ри­а­ции  про­фи­лей  со­дер­жа­ния  озона  могут  быть  более  зна­чи­тель­ны,  чем ва­ри­а­ции со­дер­жа­ния озона в стол­бе ат­мо­сфе­ры.

            Более су­ще­ствен­ный вклад в на­блю­да­е­мые трен­ды может быть свя­зан с меж­го­до­вы­ми  из­ме­не­ни­я­ми  круп­но­мас­штаб­ной  стра­то­сфер­ной  ди­на­ми­ки  в хо­лод­ные  се­зо­ны  (для  крат­ко­сти  на­зы­ва­е­мые  далее  «зи­ма­ми»),  в  част­но­сти,  с ха­рак­те­ром и сро­ка­ми вне­зап­ных стра­то­сфер­ных по­теп­ле­ний, силь­но вли­яв­ших на озон в сред­ней стра­то­сфе­ре над Моск­вой во время зим с 1995–1996 по 2014–2015 гг. Далее об­суж­да­ет­ся боль­шое ко­ли­че­ство стра­то­сфер­ных те­че­ний в раз­ные вре­ме­на года.

Общие вы­во­ды та­ко­вы:

            Су­ще­ствен­ные  меж­де­кад­ные  трен­ды про­фи­лей  озона  для  от­дель­ных  ме­ся­цев  су­ще­ствен­но  сгла­жи­ва­ют­ся  в  трен­де, по­лу­чен­ном  путем  их  усред­не­ния;  в  ре­зуль­та­те  такой  ин­те­граль­ный  тренд ока­зал­ся  су­ще­ствен­но  менее  ста­ти­сти­че­ски  зна­чи­мым:  об­на­ру­же­но  лишь умень­ше­ние  сред­не­де­кад­но­го  про­фи­ля  озона  на  вы­со­те  19  км  (–5.7±1.5%)  и вбли­зи  мак­си­му­ма  озон­но­го  слоя  на  вы­со­те  37  км  (–2.6±1.5%)  при  его уве­ли­че­нии  на  вы­со­тах  28  км  (1.7±1.7%)  и  47  км  (2.5±1.7%)  (ниже  и  выше мак­си­му­ма про­фи­ля озона). При этом сред­нее ин­те­граль­ное со­дер­жа­ние озона в стол­бе ат­мо­сфе­ры выше 20 км оста­лось прак­ти­че­ски неиз­мен­ным (4.61 г/м2 для де­ка­ды 1996-2006  гг.  и  4.58  г/м2 для  де­ка­ды  2007-2017  гг.).  Об­суж­да­ют­ся воз­мож­ные при­чи­ны рез­ко­го па­де­ния из­мен­чи­во­сти озона выше 30 км в 2007-2017 гг., свя­зан­ные со  зна­чи­тель­ным умень­ше­ни­ем сол­неч­ной ак­тив­но­сти в 24-м цикле и боль­ши­ми  меж­го­до­вы­ми  раз­ли­чи­я­ми  ди­на­ми­ки  стра­то­сфе­ры Се­вер­но­го по­лу­ша­рия в пе­ри­о­ды на­блю­де­ний в 1996-2006 и 2007-2017 гг.

До­бав­лю мои вы­во­ды из ку­лу­ар­ных раз­го­во­ров:

Из­ме­не­ния кон­цен­тра­ции озона це­ли­ком и пол­но­стью опре­де­ля­ют­ся сол­неч­ной ак­тив­но­стью солн­ца и дви­же­ни­ем воз­душ­ных масс из об­ла­стей, где сол­неч­ной ра­ди­а­ции мало, вли­я­ния от де­я­тель­но­сти че­ло­ве­ка над Моск­вой (!!!) не об­на­ру­же­но.

Нет рез­кой гра­ни­цы озо­но­во­го слоя снизу, ко­то­рая долж­на быть при воз­дей­ствии озо­но­уни­что­жа­ю­щих газов.

Со­вре­мен­ная гран­то­вая наука про­даж­на. В на­ча­ле 90-х был про­сто поток ста­тей о росте озо­но­вых дыр, а спу­стя 20 лет ока­за­лось, что име­ют­ся сла­бые трен­ды из­ме­не­ний на фоне огром­ных го­до­вых скач­ков.