Динаміка окремих оптичних властивостей та хімічних складових атмосфери над територією України - Автореферат

Актуальність теми визначається необхідністю досліджень оптичних властивостей та малих газових складових атмосфери (МГСА) як комплексу кліматоутворюючих чинників, що формують складові енергетичного балансу кліматичної системи Землі. Оптичні властивості і хімічний склад атмосфери описуються багатьма параметрами, проте їх використання в дослідженнях потребує забезпечення відповідних умов кількісного та якісного характеру. Враховуючи ці умови, були обрані три найхарактерніші оптичні властивості та хімічні складові атмосфери: загальний вміст атмосферного озону (ЗВО), значення альбедо системи “Земля - атмосфера” та аерозольний індекс. “Дослідити інтенсивність забруднення атмосферного повітря на території України, оцінити його вплив на склад і фізико-хімічні властивості атмосфери” (План НДР Українського науково-дослідного гідрометеорологічного інституту, 2003 - 2005 рр № 9/03); Для досягнення цієї мети необхідно виконати такі завдання: виділення короткоперіодичної (сезонної) та довгоперіодичної (трендової) динаміки вмісту атмосферного озону, аерозолю та значення альбедо системи “Земля - атмосфера”, її кількісна оцінка та обчислення внеску природних (глобальних геофізичних) факторів в сучасну динаміку оптичних властивостей та МГСА. встановлення меж природної мінливості згаданих полів і порівняння цих меж з відповідними даними про зональний пояс, що містить Україну та про території, що з нею межують.Вихідні дані представлені даними американського супутникового приладу TOMS і за часовим інтервалом охоплюють період з листопада 1978 до грудня 2002 рр. В період з квітня 1993 до липня 1996 р. супутник не був привязаний до сонячно-земної орбіти, тому ряди даних за цей період не були включені до аналізу. Проте, враховуючи просторовий розподіл даних TOMS grid, всі дослідження проводились не безпосередньо для території України, а для криволінійного прямокутника України (тобто прямокутник, що утворюється 4-ма вузлами сітки TOMS grid максимально просторово наближеними до крайніх точок України) з координатами від 44 до 53° пн.ш. та від 21 до 40° сх. д. З метою подальшого аналізу результатів досліджень були також використані дані, осереднені для планети в цілому (глобальний рівень досліджень), дані широтного поясу, до якого належить територія України (зональний рівень досліджень) та дані для окремих частин території України з просторовим розподіленням 3° за широтою на 4° за довготою (субрегіональний рівень досліджень). В роботі окремо було проведено дослідження щодо можливості використання даних “reflectivity”, як замінника регіональних та субрегіональних даних альбедо системи “Земля - атмосфера”. Остання включає такі етапи: виведення даних з бази TOMS (яка представлена у вигляді певним чином закодованих dat-файлів) в Excel, осереднення даних по місяцях та у просторі, створення зручної для розрахунків бази даних в табличному редакторі Excel, проведення гармонічного аналізу та знаходження значущих гармонік за критерієм Стьюдента або помісячне осереднення, обчислення амплітуд та фаз сезонних коливань, обчислення коефіцієнту детермінації сезонного ходу, знаходження дати настання мінімуму сезонного ходу, обчислення значень кліматичних норм для кожного місяця року, знаходження залишків сезонного ходу шляхом віднімання від фактичних значень параметру його кліматичної норми, проведення регресійного аналізу між залишками сезонного ходу та рядами аномалій глобальних геофізичних факторів, знаходження значущих регресорів за допомогою критерію Стьюдента, обчислення параметрів моделей та рядів залишків моделей, знаходження коефіцієнту детермінації.Результати досліджень можна викласти в наступних висновках: Хімічні складові та оптичні властивості атмосфери які досліджені в даній роботі через свою здатність поглинати, розсіювати та відбивати сонячну радіацію повністю визначають температурну стратифікацію стратосфери, тому будь-які довготривалі зміни цих характеристик можуть призвести до кліматичних змін. Розроблено спеціальну методику обробки даних, яка базується на стандартних методах математичної статистики з використанням вбудованих функцій Microsoft Excel, орієнтовану на дослідження короткоперіодичних коливань та обчислення довготермінових змін хімічних складових та оптичних властивостей атмосфери. Обчислено кліматичні норми загального вмісту озону, значення альбедо та аерозольного індексу для різних рівнів досліджень та виявлено відмінності між ними, які полягають у збільшенні регіональної складової та істотному запізненні фаз сезонних коливань при зменшенні площі досліджуваного регіону. Змодельовано вплив глобальних геофізичних факторів на довготермінові зміни хімічних складових та оптичних властивостей атмосфери. Доведено, що коливальний характер довготермінових змін ЗВО не є наслідком заходів із збереження озонового шару, які передбачені Монреальською угодою та подальшими угодами, адже мінімуми спостережених значень ЗВО мали місце через 3 - 4 роки після підписання цієї угоди, коли кількість окислів хлору ще продовжувала зростати.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

В дисертації запропонований новий підхід до дослідження динаміки обраних оптичних властивостей та хімічних складових атмосфери. Результати досліджень можна викласти в наступних висновках: Хімічні складові та оптичні властивості атмосфери які досліджені в даній роботі через свою здатність поглинати, розсіювати та відбивати сонячну радіацію повністю визначають температурну стратифікацію стратосфери, тому будь-які довготривалі зміни цих характеристик можуть призвести до кліматичних змін.

Створена сумісна база даних спостережень (супутникові і дані наземних спостережень) за досліджуваними параметрами атмосфери та спеціальне програмне забезпечення в VBA та Visual Basic для роботи з нею.

Розроблено спеціальну методику обробки даних, яка базується на стандартних методах математичної статистики з використанням вбудованих функцій Microsoft Excel, орієнтовану на дослідження короткоперіодичних коливань та обчислення довготермінових змін хімічних складових та оптичних властивостей атмосфери.

Обчислено кліматичні норми загального вмісту озону, значення альбедо та аерозольного індексу для різних рівнів досліджень та виявлено відмінності між ними, які полягають у збільшенні регіональної складової та істотному запізненні фаз сезонних коливань при зменшенні площі досліджуваного регіону.

Змодельовано вплив глобальних геофізичних факторів на довготермінові зміни хімічних складових та оптичних властивостей атмосфери. Встановлено істотну залежність впливу цих факторів від географічного положення регіону. Виявлено, що на формування досліджуваних характеристик над територією України вирішальний вплив здійснюють такі фактори, як Північно-Атлантичне (NATL) та Південно-Атлантичне (TROP) коливання.

Встановлено, що багаторічна динаміка досліджуваних характеристик описується параболічними трендами, які є більш статистично значущими, ніж лінійні. Це свідчить про коливальний характер часової динаміки обраних хімічних складових та оптичних властивостей.

Доведено, що коливальний характер довготермінових змін ЗВО не є наслідком заходів із збереження озонового шару, які передбачені Монреальською угодою та подальшими угодами, адже мінімуми спостережених значень ЗВО мали місце через 3 - 4 роки після підписання цієї угоди, коли кількість окислів хлору ще продовжувала зростати.

Виявлено від‘ємні лінійні тренди значення альбедо на всіх рівнях досліджень, що вказує на постійне зменшення величини альбедо для різних за площею регіонів, а також для Земної кулі в цілому.

Доведено, що вплив глобальних геофізичних факторів істотно покриває вплив решти факторів, які формують сучасні зміни обраних оптичних властивостей та хімічних складових атмосфери. Саме ці фактори є однією з основних причин коливального характеру цих складових та полів їх концентрації.

Виявлено, що сучасні зміни динаміки аерозольного індексу тісно повязані з виверженням вулкану Пінатубо в 1991 р, яке призвело до істотної зміни генетичної структури поля аерозолю, тобто його гомогенізації;

Показано, що гомогенізація аерозолю в сучасний період спричинила однотипність впливу на нього глобальних геофізичних факторів на всіх рівнях досліджень.

Белокриницкая Л.М., Калинина И.В., Крученицкий Г.М. Мониторинг поля общего содержания озона над Украиной средствами наземного и космического базирования // Космическая наука и технологии. - 2004. - Т. 10. - №4. - С. 96 - 103.

Дворецька І.В. Особливості сучасної динаміки концентрації аерозолів в земній атмосфері // Збірник наукових праць військового інституту Київського національного університету імені Тараса Шевченка. - 2006. - Вип. 5. - С. 219 - 227.

Калініна І.В. Кліматичні норми загального вмісту озону // Фізична географія та геоморфологія. - 2005. - Вип. 48. - С. 257 - 263.

Калініна І.В. Особливості сучасної динаміки загального вмісту аерозолю в земній атмосфері // Матеріали міжнародної науково-практичної конференції студентів, аспірантів та молодих вчених, присвяченої 15-й річниці незалежності України “Шевченківська весна”. - 2006. - Вип. 4. - частина 1. - С. 64 - 65.

Калініна І.В., Крученицький Г.М., Скоробогатий Т.В. Дослідження можливості розрахунку кліматичних норм альбедо за даними супутникового зондування // Наукові праці УКРНДГМІ. - 2004. - Вип. 253 - С. 120 - 130.

Калініна І.В., Крученицький Г.М., Сніжко С.І. Вплив глобальних геофізичних факторів на загальний вміст озону над територією України // Метеорологія, кліматологія та гідрологія. - 2005. - Вип. 49. - С. 60 - 71.

Kalinina I., Snizhko S., Kruchenitsky G. Climatic norms of aerosol index and its global distributions // Abstracts of AAAR 2005 Aerosol Conference. - 2005. - №8PJ4. - С. - 266 Available from: .>.

Размещено на .ru