Том 39, номер 05, статья № 7

Аннотация:

Началом образования полярных стратосферных облаков (ПСО) и активации хлора до сих пор считается температурный порог образования тригидрата азотной кислоты T_NAT, ниже которого резко возрастает концентрация HNO₃ в частицах ПСО. В статье на основе данных по минимальной температуре, максимальным отрицательным отклонениям отношения смеси озона от многолетнего среднего и максимальному отношению смеси азотной кислоты (HNO₃) в стратосфере Арктики для пунктов Эврика (Канада), Ню-Олесунн (Норвегия), Туле (Гренландия) и Резольют (Канада) рассчитаны максимальные отношения смеси и общее содержание HNO₃. Максимальные отношения смеси HNO₃ сокращаются в течение зимы вплоть до конца февраля во всех рассмотренных пунктах наблюдения, что обусловлено конденсацией газообразной HNO₃ на частицах ПСО. Отношения смеси начинают расти с возвращением солнечного освещения в полярные широты вследствие сублимации ПСО и экспорта HNO₃ из периферийных областей вихря во время его деформации. Выбранные для анализа годы (2010/11, 2019/20, 2020/21, 2021/22 гг.) кардинально различались по динамике стратосферы и состоянию озонового слоя зимой и весной в Арктике. Результаты работы могут быть полезны для понимания временной динамики отношения смеси HNO₃ в весенне-зимней стратосфере Арктики и ее роли в химическом разрушении озона.

Ключевые слова:

озон, внезапное стратосферное потепление, полярная ночь, азотная кислота, температура, наблюдения Aura MLS, профили отношения смеси, испарение полярных стратосферных облаков

Иллюстрации:

Список литературы:

1. Farahani E., Fast H., Mittermeier R.L., Makino Y., Strong K., McLandress C., Shepherd T.G., Chipperfield M.P., Hannigan J.W., Coffey M.T., Mikuteit S., Hase F., Blumenstock T., Raffalski U.E. Nitric acid measurements at Eureka obtained in winter 2001–2002 using solar and lunar Fourier transform infrared absorption spectroscopy: Comparisons with observations at Thule and Kiruna and with results from three-dimensional models // J. Geophys. Res. 2007. V. 112. P. D01305. DOI: 10.1029/2006JD007096.
2. Peter T. Microphysics and heterogeneous chemistry of polar stratospheric clouds // Ann. Rev. Phys. Chem. 1997. V. 48, N 1. P. 785–822. DOI: 10.1146/annurev.physchem.48.1.785.
3. Lindenmaier R., Strong K., Jonsson A.I., Kolonjari F., Walker K.A., Batchelor R.L., Bernath P.F., Chabrillat S., Chipperfield M.P., Feng W., Daffer W.H., Manney G.L., Drummond J.R., McLinden C., Ménard R. A study of the Arctic NO budget above Eureka, Canada // J. Geophys. Res.: Atmos. 2011. V. 116, N 23. DOI: 10.1029/2011JD016207.
4. Davies D.S. Denitrification and ozone loss in the Arctic stratosphere: PhD Thesis. England: University of Leeds, School of the Environment, 2003. 382 p.
5. Tritscher I., Pitts M.C., Poole L.R., Alexander S.P., Cairo F., Chipperfield M.P., Grooß J.-U., Höpfner M., Lambert A., Luo B.P., Molleker S., Orr A., Salawitch R., Snels M., Spang R., Woiwode W., Peter T. Polar stratospheric clouds: Satellite observations, processes, and role in ozone depletion // Rev. Geophys. 2021. V. 59, N 2. DOI: 10.1029/2020RG000702.
6. Khosrawi F., Urban J., Pitts M.C., Voelger P., Achtert P., Kaphlanov M., Santee M.L., Manney G.L., Murtagh D., Fricke K.-H. Denitrification and polar stratospheric cloud formation during the Arctic winter 2009/2010 // Atmos. Chem. Phys. 2011. V. 11. P. 8471–8487. DOI: 10.5194/acp-11-8471-2011.
7. Molleker S., Borrmann S., Schlager H., Luo B., Frey W., Klingebiel M., Weigel R., Ebert M., Mitev V., Matthey R., Woiwode W., Oelhaf H., Dörnbrack A., Stratmann G., Grooß J.-U., Günther G., Vogel B., Müller R., Krämer M., Meyer J., Cairo F. Microphysical properties of synoptic-scale polar stratospheric clouds: In situ measurements of unexpectedly large HNO₃^–containing particles in the Arctic vortex // Atmos. Chem. Phys. 2014. V. 14, N 19. P. 10785–10801. DOI: 10.5194/acp-14-10785-2014.
8. Spang R., Hoffmann L., Müller R., Grooß J.-U., Tritscher I., Höpfner M., Pitts M., Orr A., Riese M. A climatology of polar stratospheric cloud composition between 2002 and 2012 based on MIPAS/Envisat observations // Atmos. Chem. Phys. 2018. V. 18, N 7. P. 5089–5113. DOI: 10.5194/acp-18-5089-2018.
9. Schoeberl M.R., Kawa S.R., Douglass A.R., McGee T.J., Browell E.V., Waters J., Livesey N., Read W., Froidevaux L., Santee M.L., Pumphrey H.C., Lait L.R., Twigg L. Chemical observations of a polar vortex intrusion // J. Geophys. Res. 2006. V. 111, N D20. P. D20306. DOI: 10.1029/2006JD007134.
10. Smale D., Strahan S.E., Querel R., Frieß U., Nedoluha G.E., Nichol S.E., Robinson J., Boyd I., Kotkamp M.R., Gomez M., Murphy M., Tran H., McGaw J. Evolution of observed ozone, trace gases, and meteorological variables over Arrival Heights, Antarctica (77.8° S, 166.7° E) during the 2019 Antarctic stratospheric sudden warming // Tellus B: Chem. Phys. Meteorol. 2021. V. 73, N 1. P. 1–18. DOI: 10.1080/16000889.2021.1933783.
11. Northway M.J., Popp P., Gao R., Fahey D., Toon G., Bui T. Relating inferred HNO₃ flux values to the denitrification of the 1999–2000 Arctic vortex // Geophys. Res. Lett. 2002. V. 29, N 16. P. 1816. DOI: 10.1029/2002GL015000.
12. Feng W., Dhomse S.S., Arosio C., Weber M., Burrows J.P., Santee M.L., Chipperfield M.P. Arctic ozone depletion in 2019/20: Roles of chemistry, dynamics and the Montreal Protocol // Geophys. Res. Lett. 2021. V. 48. P. e2020GL091911. DOI: 10.1029/2020GL091911.
13. Manney G.L., Livesey N.J., Santee M.L., Froidevaux L., Lambert A., Lawrence Z.D., Millán L.F., Neu J.L., Read W.G., Schwartz M.J., Fuller R.A. Record low Arctic stratospheric ozone in 2020: MLS observations of chemical processes and comparisons with previous extreme winters // Geophys. Res. Lett. 2020. V. 47. P. e2020GL089063. DOI: 10.1029/2020GL089063.
14. Solomon S., Kinnison D., Bandoro J., Garcia R. Simulation of polar ozone depletion: An update // J. Geophys. Res.: Atmos. 2015. V. 120, N 15. P. 7958–7974. DOI: 10.1002/2015JD023365.
15. Irie H., Koike M., Kondo Y., Bodeker G.E., Danilin M.Y., Sasano Y. Redistribution of nitric acid in the Arctic lower stratosphere during the winter of 1996–1997 // J. Geophys. Res.: Atmos. 2001. V. 106, N D19. P. 23139–23150. DOI: 10.1029/2001JD900240.
16. Crutzen P.J., Arnold F. Nitric acid cloud formation in the cold Antarctic stratosphere: A major cause for the springtime “ozone hole” // Nature. 1986. V. 324, N 6098. P. 651–655.
17. Roy R., Kuttippurath J. The dynamical evolution of sudden stratospheric warmings of the Arctic winters in the past decade 2011–2021 // SN Appl. Sci. 2022. V. 4. P. 105. DOI: 10.1007/s42452-022-04983-4.
18. Kuttippurath J., Feng W., Müller R., Kumar P., Raj S., Gopikrishnan G.P., Roy R. Exceptional loss in ozone in the Arctic winter/spring of 2019/2020 // Atmos. Chem. Phys. 2021. V. 21. P. 14019–14037. DOI: 10.5194/acp-21-14019-2021.
19. Rao J., Garfinkel C.I. Arctic ozone loss in March 2020 and its seasonal prediction in CFSv2: A comparative study with the 1997 and 2011 cases // J. Geophys. Res.: Atmos. 2020. V. 125, N 21. DOI: 10.1029/2020JD033524.
20. Баженов О.Е. Оксид хлора как индикатор разрушения озона в зимне-весенней стратосфере Арктики по данным спутниковых (Aura MLS) наблюдений // Оптика атмосф. и океана. 2023. Т. 36, № 11. С. 904–909. DOI: 10.15372/AOO20231105; Bazhenov O.E. Chlorine oxide as an indicator of ozone destruction in the winter–spring Arctic stratosphere based on Aura MLS observations // Atmos. Ocean. Opt. 2024. V. 37, N 1. P. 48–54.
21. Vargin P.N., Koval A.V., Guryanov V.V. Arctic stratosphere dynamical processes in the winter 2021–2022 // Atmosphere. 2022. V. 13. P. 1550. DOI: 10.3390/atmos13101550.