Микроволновые наземные исследования вариаций озона над антарктидой тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.03 ВАК РФ

На правахрукописи

КУЗНЕЦОВ Игорь Владимирович

МИКРОВОЛНОВЫЕ НАЗЕМНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВАРИАЦИЙ ОЗОНА НАД АНТАРКТИДОЙ

01.04.03 - радиофизика

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Нижний Новгород - 2004

Работа выполнена в Институте прикладной физики Российской академии наук (г. Нижний Новгород).

Научный руководитель:

доктор физико-математических наук А. Г. Кисляков

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук А. В. Троицкий,

кандидат физико-математических наук И. Б. Коновалов

Ведущая организация:

Защита состоится «

Центральная аэрологическая обсерватория г. Долгопрудный, Московская обл.

» июня 2004 г. в

45-00

часов на заседании

диссертационного совета Д 212.161.01 при Научно-исследовательском радиофизическом институте (НИРФИ) по адресу: 603950 г. Нижний Новгород, ул. Большая Печерская, 25.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НИРФИ.

Автореферат разослан «

» мая 2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук

№

А. В. Калинин

Актуальность работы и особенности метода

Способность стратосферного озона поглощать ультрафиолетовое излучение Солнца, губительное для всего живого на Земле, предопределяет необходимость не только постоянно контролировать его содержание и распределение в стратосфере, но и всевозможными методами исследовать влияющие на озон процессы. Это каталитическое воздействие активного хлора, динамика циркумполярного стратосферного циклона, его взаимодействие с планетарными волнами и фотохимические реакции образования и разрушения озона [1].

Особенность Антарктики в том, что здесь циркумполярный циклон более мощный, чем в Арктике, планетарные волны обычно нестационарные, а их взаимодействие с циклоном трудно моделируется. В то же время, этот обширный, длительный и сложный процесс труднодоступен и экспериментальным исследованиям, Он начинается в мезосфере и достаточно быстро охватывает всю стратосферу. Первое «главное» стратосферное потепление происходит в середине полярной ночи, а после «финального» потепления наступает период, когда циркуляция, обусловленная «диабатическим» теплом, может превышать волновые возмущения [2] и вызвать суточную изменчивость озона. Причем в этот период в верхней части стратосферы уже устанавливается летняя циркуляция, но поскольку в нижней части еще сохраняется циклон, то «озонная дыра» долго не «затягивается». Специфика, полярных широт еще и в том, что они открыты для космических частиц, которые могут воздействовать на озон, особенно во время мощных протонных вспышек на Солнце [3,4].

Наиболее актуальны исследования всех этих процессов были сразу после обнаружения «озонной дыры», когда не были еще ясны ни природа этого опасного для жизни на Земле явления, ни особенности его возникновения и «затягивания», ни степень влияния на густонаселенные регионы [5]. ИПФ РАН одним из первых начал эти исследования с помощью метода наземного микроволнового зондирования атмосферных газов, проведя в 1988 - 90 гг. наблюдения вариаций теллурических линий озона в атмосфере над Антарктидой. Данная работа в значительной степени базируется на этих наблюдениях.

Основой радиофизического метода микроволнового зондирования является наличие спектральных линий поглощения или излучения атмосферы вблизи частот вращательных переходов молекул. Достоинства - отсутствие рассеяния микроволн на аэрозолях, меньшее, чем в оптике и инфракрасном диапазоне, ослабление в тропосфере, особенно в облаках. Более высокие спектральная чувствительность и спектральное разрешение приборов позволяют измерять форму теллурических линий и по ней восстанавливать вертикальное распределение концентрации газа на высотах от 15 до 70 км. Измерения по собственному излучению атмосферы позволяют вести круг-

лосуточные наблюдения, в том числе и полярной ночью. При хорошей чувствительности прибора можно реализовать высокое разрешение по времени, а с помощью наземных наблюдений более высокое, чем со спутников, пространственное разрешение [6].

В то же время, в реализации метода есть трудности. Необходимы высокочувствительный, высокостабильный автоматизированный анализатор спектра микроволнового излучения атмосферы и адаптированная методика измерений. Важны исследования возможных ошибок и причин, к ним приводящих. Для получения необходимой информации требуются длительные, практически непрерывные круглосуточные наблюдения, например в регионе, где развиваются планетарные волны и процесс взаимодействия циклон -волна наиболее существенен. Кроме того, измеряемый спектр связан с концентрацией газа интегральным уравнением. Для решения этой некорректной задачи восстановления подынтегральной величины разработано много численных процедур, но у них есть общий недостаток - наличие ошибок, которые могут сильно зависеть от точности измерений [7, 8]. И наконец, форма спектральной линии зависит еще и от высотных профилей температуры и давления, т. е. требуются и их измерения, особенно в исследованиях как раз стратосферного озона, поскольку он, поглощая основную часть ультрафиолетового излучения Солнца, нагревает стратосферу и изменяет ее температуру и давление [9].

Цель и задачи исследований

Целью работы являлись исследования динамических и фотохимических вариаций вертикального распределения озона в атмосфере над Антарктидой, которые трудно осуществить другими методами. Это вариации в период полярной ночи, в течение суток, с характерным временем сутки - двое, а также в слоях выше 30 - 40 км. При этом решались следующие задачи:

- создание высокочувствительного, стабильного автоматизированного спектрального измерительного комплекса в 2- и 3-миллиметровых «окнах прозрачности» атмосферы с частотным разрешением 0.1 МГц и с низкой систематической ошибкой измерений;

- совершенствование методики измерений и калибровки по тепловому излучению атмосферы;

- совершенствование процедуры восстановления вертикального распределения озона из измеренных спектров;

- проведение экспериментальных исследований особенностей излучения фона, попадающего в диаграмму антенны, и особенностей излучения атмосферы в облачную погоду и во время снегопадов;

- проведение круглосуточных наблюдений одной из теллурических линии озона в регионе, где развиваются планетарные волны и взаимодействие циклон - волна наиболее существенно, начиная с полярной ночи до устойчивой летней циркуляции стратосферы;

- обработка и анализ полученных данных, их интерпретация, поиск закономерностей, сопоставление с результатами других исследований и т. п.;

- исследование воздействия на озон мощной протонной вспышки на Солнце.

Достоверность полученных данных

Научные положения, результаты экспериментальных исследований и выводы диссертации обоснованы высоким качеством созданных и используемых в измерениях приборов, анализом и оценками основных факторов, влияющих на точность измерений микроволновых спектров, сопоставлением полученных данных с большим числом результатов наблюдений, проведенных в этот же период другими исследователями. Например, с общим содержанием озона, с высотными профилями этого газа в нижней части стратосферы, с высотными профилями температуры, с характеристиками ионизации атмосферы, с вариациями геомагнитного поля Земли и т. п. Проводилось также сопоставление с теоретическими и экспериментальными результатами других исследований. Контролировалось и микроволновое поглощение в тропосфере, которое определяет условия наблюдений. Все это позволяет считать сформулированные в диссертации результаты и выводы вполне достоверными.

Новизна результатов, научное и практическое значение

Проведенные микроволновым радиофизическим методом наблюдения вариаций озона над Антарктидой были первыми в стране и вторыми в мире. Впервые с разрешением несколько часов исследованы вариации вертикального распределения озона во время внезапных стратосферных потеплений и при окончательном разрушении циркумполярного циклона. Обнаруженные особенности важны для понимания и моделирования процессов возникновения нестационарных планетарных возмущений и их воздействия на циклон.

1 В более ранней работе [12] вертикальное распределение озона над Антарктидой микроволновым методом измерялось лишь раз в три дня.

5

Впервые исследованы суточные вариации отношения смеси озона как в мезосфере, обусловленные фотолизом, так и в более низких слоях. Обнаружена их квазирегулярная компонента в нижней части стратосферы, которая не объясняется фотохимическими процессами.

Впервые вариации вертикального распределения озона во время уникально мощной протонной вспышки на Солнце исследованы микроволновым методом. Подтверждено уменьшение на 15% отношения смеси озона в верхней стратосфере в течение нескольких недель, которое ассоциируется с длительным воздействием на озон азотных радикалов. Результат получен сопоставлением вертикального распределения газа в периоды высокой и низкой активности азотного каталитического цикла впервые с усреднением его динамических вариаций в изоэнтропических координатах и в интервалах, приблизительно кратных периоду планетарных волн, отдельных для зимней и летней циркуляции стратосферы и исключающих заметные внезапные потепления. Обнаружено уменьшение на 40% отношения смеси озона в нижней части стратосферы в течение нескольких часов в период ионизации атмосферы, которое не укладывается в рамки фотохимических представлений.

Созданы уникальные для своего времени анализаторы спектра в 2- и 3-миллиметровых «окнах прозрачности» атмосферы с высокой чувствительностью и с низким уровнем систематической ошибки измерений. Усовершенствованы методика измерений теллурических линий по собственному излучению атмосферы и процедура восстановления вертикального распределения отношения смеси озона на высотах приблизительно от 22 до 65 км. Проведено сопоставление получаемых вертикальных распределений озона с высотными профилями этого газа, измеренными в нижней части стратосферы озоновыми зондами. Проведены исследования суточных вариаций излучения снежного покрова, попадающего в боковые лепестки диаграммы направленности антенны и приводящего к ошибкам измерений. Проведены исследования излучения атмосферы во время снегопадов, рассеяние в которых заметно искажает измеряемые спектры. Все это полезно в исследованиях и при экологическом контроле стратосферных и мезосферных примесей микроволновым радиофизическим методом.

Вклад автора и благодарности

Работа выполнена на основе двух авторских работ и 9-ти работ в соавторстве с участниками наблюдений на обсерватории «Мирный» и другими сотрудниками ИПФ РАН. В этих работах соискатель определял постановку задач, участвовал в подготовке аппаратуры и непосредственно руководил экспериментальными исследованиями. Он создал измерительные и вычислительные методики, активно участвовал в обсуждении результатов и вы-

водов, а также в полном объеме выполнил обработку всех полученных данных и провел их анализ. В статье [9] соискатель выполнил самостоятельно часть работы, посвященной радиометрии снежного покрова на волнах 2.2 и 3.3 мм. Вклад авторов в совместные работы равноценен.

В подготовку аппаратуры, проведение наблюдений и в успех работы определяющий вклад внесли участники экспедиции, сотрудники ИПФ РАН

A.Ф. Андриянов, СЮ. Дрягин, Л.М. Кукин и П.Л. Никифоров.

Автор глубоко признателен руководителю работы д. ф.-м. н. А.Г. Кис-лякову за своевременное внимание и поддержку работы. Автор также благодарит всех сотрудников 34-й, 35-й САЭ, ИПФ РАН, ААНИИ, ГТО им. Воейкова, ЦАО и НИИПП (г. Томск) и других, оказавших неоценимую помощь на разных этапах работы, в первую очередь Е.М.Блюма, Ю.Я. Бобко-ва, Д.А. Бокова, А.Б. Бурова, Ю.А Дрягина, ТЛ. Ерухимову, И.И. Зинчен-ко, Е.Н. Кадыгрова, И.Б. Коновалова, А.И. Копейчука, А.А. Красильникова, Ю.Ю. Куликова, К.И. Куркана, А.Б. Мазура, А.И. Макова, Мальцева В.А., О.С. Моченеву, А.Ф. Парфенова, В.И. Пилипенко, В.Г. Рыскина, Г.Г. Саку-нова, Е.В. Суворова, В.Ю. Трахтенгерца, Л.И. Федосеева, A.M. Фейгина,

B.У. Хатгатова, А.П. Шкаева и Г.Г. Щукина. Большой вклад в работу сделан безвременно ушедшими из жизни А.И. Воскресенским, В.Н. Вороновым, А.В. Кузнецовым, А.И. Наумовым и В.М. Юрковым. Работа завершена при поддержке РФФИ (грант № 99-05-65322).

Положения, выносимые на защиту

1. Создан высокочувствительный, стабильный анализатор спектра микроволнового излучения атмосферы, усовершенствована методика дистанционного зондирования с его помощью вертикального распределения озона на высотах 22 - 65 км, проведены уникальные наблюдения вариаций этого распределения в Антарктиде, данные проанализированы и сопоставлены с результатами других исследований.

2. Вариации вертикального распределения озона при взаимодействии антарктического циклона с нестационарными планетарными волнами впервые исследованы с временным разрешением, в несколько часов. Впервые измерены суточные вариации озона над Антарктидой и обнаружена их квазирегулярная компонента в стратосфере, связанная с ее динамикой.

3. Вариации вертикального распределения озона во время уникально-Мощной протонной вспышки на Солнце впервые исследованы микроволновым методом. Обнаружена уверенная корреляция уменьшения интенсивности линии озона и всплесков потока высокоэнергичных протонов. Подтверждено 15%-е воздействие азотных радикалов на озон верхней стратосферы и обнаружено 40%-е кратковременное уменьшение озона в нижней части стратосферы.

Апробация работы и публикации

Результаты, изложенные в диссертации, докладывались на IV Всезоюз-ном симпозиуме по мм- и субмм- волнам (Харьков, 1984 г.), на IV Всесоюзной школе по распространению мм- и субмм- радиоволн в атмосфере (Н. Новгород, 1991), на IV Всесоюзном симпозиуме «Метеорологические исследования в Антарктике (Ленинград, 1992), на Inemational workshop «Electrodynamics and composition of mesosphere» (N. Novgorod, Russia, 1992), на 20 Annual European meeting on atmospheric studies by optical methods (Apatity, Russia, 1993), а также на семинарах и совещаниях в ИПФ РАН, ИФА, ИРЭ, ААНИИ, ЦАО и Института космической физики (Кируна, Швеция).

По результатам работы опубликованы 6 статей, 4 работы в трудах конференций и издан 1 препринт.

Содержание работы

Диссертация состоит из введения, трех глав и заключения и имеет объем в 120 страниц вместе с 49 рисунками, 2 таблицами и списком литературы.

Во введении дается обзор характерных для Антарктики атмосферных процессов, влияющих на вертикальное распределение отношения смеси озона. Излагается современное состояние проблемы и методы ее исследования. Рассматриваются задачи, решение которых наземным радиофизическим микроволновым методом может быть наиболее эффективным. Обосновываются методика исследований и процедура получения конечного результата. Приводится краткое описание диссертации.

Глава 1 посвящена основам микроволнового метода, аппаратуре, методике измерений и обработки результатов, а также исследованиям возможных ошибок и выбору.

В разделе 1.1 рассмотрены радиофизические основы формирования спектров микроволнового излучения озона, механизмы их уширения и приведены все необходимые для расчетов квантово-механические параметры. Изложена физически более обоснованная двухслойная изотермичная модель атмосферы, где стратосферный и мезосферный озон представляет собой слой за пределами тропосферы, излучение которой определяется водяным паром и кислородом.

В разделе 1.2 на основе этой модели усовершенствована методика измерений микроволновых спектров по тепловому излучению атмосферы. Получены выражения для определения оптической толщины линий озона в рамках некоторых приближений и проведены оценки соответствующих ошибок измерений.

В разделе 1.3 дано краткое описание аппаратуры. По сравнению с предыдущими приборами здесь был применен балансный смеситель на диодах с барьером Шоттки («Корсаж-2»), выполнена необходимая фазовая автоподстройка частоты используемых генераторов и развернут дополнительный анализатор для измерения спектра мезосферного озона. Приведены примеры спектров озона, измеренных в дневное и ночное время суток.

В разделе 1.4 исследованы основные факторы, влияющие на точность измерений микроволновых спектров: искажения «базовой линии», которые определяются характером шумов гетеродина и уровнем их стоячей волны во входном тракте анализатора, особенности излучения фона, которым являлся, в основном, снежный покров, и излучения атмосферы во время снегопадов. Искажения «базовой линии» уменьшены до уровня 0.1 К, излучение снежного покрова, самого сложного для моделирования фона, исследовались экспериментально в условиях средней полосы. Для наблюдений в Антарктиде проведена оценка суточных вариаций измеряемого спектра, вызваииых таянием снега в дневные и замерзанием в ночные часы. Получено, что амплитуда этих вариаций не должна превышать 3.5-10"4 Нп. На основе Исследований снегопадов, проведенных также в средней полосе, предложен критерий для исключения из рассмотрения данных, искаженных рассеянием на снежинках.

В результате всех этих исследований для основных наблюдений была выбрана теллурическая линия озона с частотой перехода 142175 МГц.

В разделе 1.5 рассмотрена процедура восстановления вертикального распределения отношения смеси озона из измеренных спектров.

Проведен анализ часто используемых методов, но предпочтение отдано методу Рандеггера в комбинации с подходом Роджерса. В этом случае восстановление осуществляется по итерационной процедуре Шахина, а

систематическая часть ошибки вычисляется восстановлением априорного профиля. Эффективность метода в верхней стратосфере и в мезосфере оценивается в Главе 3.

В разделе 1.6 проведено сопоставление профилей (Л), измеренных

в нижней части стратосферы микроволновым методом и с помощью баллонных озоновых зондов ЕСС-4А. Зонды пускались ЦАО, данные были любезно предоставлены В. И. Пилипенко и В.У. Хаттатовым. Сопоставление проведено в разных погодных условиях и при разных состояниях циркумполярного циклона, в том числе во время внезапных потеплений, как в южных, так и в северных полярных широтах. Получено удовлетворительное совпадение результатов, полученных этими методами.

В главе 2 приведены результаты экспериментальных исследований динамических вариаций озона над Антарктидой и проведен их анализ.

В разделе 2.1 изложены основы динамических процессов в средней атмосфере полярных широт с точки зрения их влияния на вертикальное распределение озона.

В разделе 2.2 рассмотрены вариации интегральных микроволновых характеристик - содержания озона выше 22 км Х22 и оптической толщины в центре линии X0j(V0), усредненной в полосе 3 МГц. Проведено их сопоставление с общим содержанием озона, с температурой стратосферы и скоростью стратосферного ветра. Особое внимание уделено вариациям Хп и во время полярной ночи и после «финального» потепления. Показано, что эти характеристики достаточно хорошо иллюстрируют динамические события. Обнаружено незначительное уменьшение Xи и X0j (V0) во

время полярного сияния, исследованы сильная изменчивость во время «главного» (зимнего) потепления с характерным временем 2-6 часов и устойчивые суточные вариации в период после «финального» потепления.

В разделе 23 проведено сопоставление средней за сутки концентрации озона на высотах 25 и 42 км с данными аэрологического зондирования: температурой, зональной и меридиональной составляющими скорости стратосферного ветра. В результате идентифицированы основные динамические события: нестационарные волновые возмущения, «главные» и «минорные» внезапные потепления, отдельные моменты смены стратосферной циркуляции и т. д. Обсуждается характер соответствующих планетарных волн. Обнаружено также 40%-е уменьшение средней за сутки концентрации озона на высоте 42 км в конце октября и в ноябре, в период максимальной активности азотного каталитического цикла после протонных вспышек на Солнце. Рассмотрены суточные вариации интенсивности теллурической линии озона усредненной в полосе 3 МГц, в периоды, близкие к

идентифицированным внезапным потеплениям, по которым выявлены непосредственно их моменты в течение суток и определены оптимальные интервалы усреднения данных для восстановления вертикального распределения отношения смеси озона

В разделе 2.4 более подробно рассмотрены вариации отношения смеси озона во время внезапных потеплений и при смене стратосферной циркуляции. Проведено их сопоставление с температурой стратосферы и со средне-зональными амплитудами геопотенциальной высоты планетарных волн с волновыми числами 1 и 2. Конфигурация циклона при взаимодействии поток - волна контролировалась по измерениям общего содержания озона TOMS.

В разделе 2.4.1 подробно анализируется «финальное» стратосферное потепление. Показано, что оно произошло при разрушении квазистационарной планетарной волны с волновым числом 1 на критическом уровне

вблизи высоты 30 км. При этом обнаружен существенный всплеск отношения смеси озона на высоте 32 км (32 км) непосредственно в послеполуденные (P-часы) дня события. Здесь же рассмотрены вариации N0) (Л) при

последующих процессах и обнаружены характерное растекание и дальнейшая адвекция озона, в основном, вниз. Обсуждается изменение конфигурации циклона во время этого потепления.

В разделе 2.4.2 рассмотрены вариации озона во время внезапных потеплений, произошедших в конце сентября и октября. Установлено, что событие в конце сентября минорное и состоит из двух частей. Первое увеличение (32 км) было вызвано нестационарным возмущением с волновым

числом 2, второе, более позднее - с волновым числом 1. Замечено некоторое смещение (А) вверх по сравнению с «финальным» потеплением.

В конце события наблюдалась релаксация циклона к состоянию невозмущенной циркуляции, характерная для минорных потеплений. Событие в конце октября, как и «финальное» потепление, скорее всего, было вызвано разрушением квазистационарной волны. Во время обоих потеплений также был, обнаружен всплеск N^ (32км) в Р-часы дня события, который

связывается с действием «радиационного сжатия» [2]. Проведено сопоставление вариаций при всех трех внезапных потеплениях.

В разделе 2.43 анализируются вариации N0j(A) во время главного

(зимнего) стратосферного потепления. Это событие было идентифицировано по изменениям температуры стратосферы над ст. Молодежная, измеренным с помощью ракет. Установлено, что величина отношения смеси озона увеличивалась почти в 3 раза на высотах от 30 до 45 км, но из-за высокого среднеквадратичного отклонения от среднего в . измеренных спектрах ошибка в определении N0}(h) достигала 100%. Проведено сопоставление

микроволновых данных с данными TOMS в близлежащих регионах, которое иллюстрирует возможности радиофизического микроволнового метода.

В разделе 2.4.4 рассмотрены вариации озона на обоих этапах смены стратосферной циркуляции с зимней на летнюю - при стихании стратосферного ветра и при перемешивании над обсерваторией воздуха полярных и средних широт.

В разделе 2.5 проведено исследование суточных вариаций озона. Установлено, что изменения озона в мезосфере и в верхней стратосфере, обусловленные его фотолизом, подобны вариациям в средних широтах,

но с большей длительностью переходных процессов и с большим провалом отношения смеси в начале дня. На высоте 40 км и ниже вариаций N0] (Л),

вызванных фотолизом, уже нет. Но здесь обнаружены квазирегулярные

суточные вариации вертикального распределения озона в стратосфере. Выявлено, что в период зимней циркуляции происходит подъем (или сжатие снизу) Л^ (Л) в P-часы и опускание (или растяжение) в другие часы суток.

Причем амплитуда вариаций отношения смеси озона на высотах 22 и 35 км резко возрастает после «финального» потепления и составляет около 0.5 ррют. Соответствующие изменения интенсивности теллурической линии озона составляют около 10_3 Нп, что существенно превышает отклонения в спектре, возможные из-за нагрева Солнцем калибровочного поглотителя или из-за таяния-замерзания снежного покрова. В период с 31 октября по 3 ноября характер суточных вариаций профиля менялся практи-

чески на противоположный, характерный для летней циркуляции. Обнаруженные вариации подтверждены соответствующими изменениями

стратосферной температуры.

Глава 3 целиком посвящена исследованиям вариаций озона во время протонных событий на Солнце и их интерпретации с точки зрения как уже известных механизмов воздействия на озон, так и новых.

В разделе 3.1 рассмотрены основы водородной и азотной фотохимии средней атмосферы при увеличении количества этих радикалов и активности соответствующих каталитических циклов уничтожения нечетного кислорода. Водородный цикл в течение нескольких часов может уменьшить концентрацию озона в мезосфере на 70%, а азотный в течение несколько недель - в верхней стратосфере на 18%.

В разделе 3.1.1 обсуждается теоретический прогноз [3] длительной изменчивости Оз после протонных событий в августе - ноябре 1989 г., выполненный в рамках 2-мерной модели атмосферы. В соответствии с ним на широте обс. «Мирный» максимальное уменьшение концентрации озона в верхней стратосфере должно составить около 15%.

В разделе 3.1.2 обсуждается прогноз [4], выполненный в рамках 3-мерной Модели, и его сопоставление с данными SBUV/2. Согласно этому прогнозу максимальное уменьшение концентрации озона в верхней стратосфере на широте обе. «Мирный» должно было составить около 30%. Результаты измерений SBUV/2 показали изменения в 1%.

В разделе 3.2 проведена оценка возможностей микроволнового метода по обнаружению этой изменчивости озона. Получено, что уменьшение концентрации О3 в верхней стратосфере на 30% уменьшит интенсивность теллурической линии озона вблизи частоты 142175 МГц на 4 • 10~э Нп. Ошибка восстановления эффекта составит 20%. В то же время, уменьшение концентрации О3 в Мезосфере на 50% уменьшит ту же интенсивность на 2-Ю"5 Нп. Здесь же приводятся наблюдавшиеся во время протонных событий октября 1989 г. вариации интенсивности теллурической линии измеренной

с частотным разрешением 0.3 и 3 МГц. По их разности оценивается верхний предел обнаруженных изменений озона в мезосфере под воздействием водородных радикалов. Проводится сопоставление ^(У,,), как с потоком

протонов, так и с риометрическим поглощением радиоволн в атмосфере. Обращается внимание на то, что если не учитывать суточной изменчивости озона (см. раздел 2.5), то результаты сопоставления могут привести к неправильным выводам.

В разделе 3.3 исследованы вариации вертикального распределения отношения смеси озона непосредственно во время наиболее мощного

потока протонов. Этот период «полярной шапки» совпал с последствиями «финального» потепления, поэтому исследования проводились с учетом характерной адвекции воздушных масс и характерных для этого периода суточных вариаций Показано, что временные вариации отношения

смеси озона на высоте 22 км определяются, в основном, суточной изменчивостью (22 км). Исключение составляет кратковременное уменьшение

на 40% отношения смеси озона 23 октября в А-часы, начало которого совпадает со всплеском риометрического поглощения А > 4.5 Нп. На вертикальном распределении отношения смеси эффект выглядит как смещение Ж (И) вверх, причем оно существенно превышает сдвиг профиля в Р-

часы, характерный для данного времени суток.

В разделе 3.4 рассмотрены наиболее заметные вариации вертикального распределения отношения смеси озона в период максимальной ак-

тивности азотного каталитического цикла (конец октября - ноябрь 1989 г.). Особое внимание уделено профилям, имеющим характерное «плато» в верхней стратосфере, которое по области высот, по срокам и по соответствующему похолоданию воздуха можно ассоциировать с прогнозируемым воздействием на озон азотных радикалов. Но сопоставление вариаций и температуры стратосферы в этот же период показало, что подобные изменения в озоне могут быть вызваны и адиабатической адвекцией воздушных масс после предыдущего минорного потепления (30 октября) с последующей релаксацией ветрового потока. Поэтому проведено сопоставление вариаций еще и с периодом после другого минорного потепления (11 - 12 октября), но при низкой активности азотных радикалов. В результате делается вывод, что наиболее заметные вариации

в период максимальной активности азотных радикалов имели динамическое происхождение, обусловленное нестационарными волновыми возмущениями.

Пролюзируемое воздействие азотных радикалов на озон верхней стратосферы было выделено сопоставлением вертикального распределения озона в периоды высокой и низкой активности азотного каталитического цикла с усреднением его динамических вариаций. Усреднение проводилось в течение суток в изоэнтропических координатах и в интервалах, приблизительно кратных периоду планетарных волн, отдельных для зимней и летней циркуляции стратосферы и исключающих заметные внезапные потепления. Это позволило уменьшить влияние адиабатических движений воздушных масс, воздействия неявных волновых возмущений и учесть смену стратосферной Циркуляции с зимней на летнюю.

На рис. 1, а приведены абсолютные изменения отношения смеси озона которые можно ассоциировать с длительным воздействием азотных радикалов на озон. Значения ДЛ^^) в первой половине ноября взяты относительно августа, т. е. при зимней циркуляции стратосферы (данные 2), во второй половине ноября - относительно января, т. е. при летней циркуляции (данные 3). На рис. 1, б приведены изменения

т. е. в процентах, а также данные за сентябрь

(кривая 1) и результаты ракетных измерений [11], проведенных ЦАО (Москва) между 20 и 23 октября при 55° ю.ш. (данные 4).

' I '__I_I_!_

0.5 0 0.5 И0 0 Ю

ЛЛ^.ррту б0з#,%

Рис* 1 14

Из рисунка видно, что уменьшение отношения смеси в верх-

ней стратосфере в период зимней циркуляции составляет 0.7 рршу при

= 1300 К, а в период летней - 0.5 рршу при = 1600 К. Это соответствует предположению [4], что абсолютная величина эффекта не должна сильно измениться при смене стратосферной циркуляции. Уменьшение 8Л/(9 ) приблизительно на 15% при зимней циркуляции стратосферы хорошо согласуется с данными ракетных наблюдений [11] в нижней части области зондирования и с результатами прогноза [3]. Изменения 5^(9^)

при летней циркуляции стратосферы составляют 38% (на рисунке не приводятся). По-видимому, значение завышено уменьшением концентрации озона на соответствующих высотах при смене циркуляции стратосферы, а не величиной фотохимического эффекта. В сентябре изменения величины в верхней стратосфере составили не более 5%.

В заключении сформулированы основные результаты диссертации:

1. Создан автоматизированный высокостабильный анализатор спектра 2-миллиметрового диапазона длин волн с частотным разрешением 0.1 - 8 МГц в полосе анализа 110 МГц. Чувствительность прибора при постоянной времени 1 с составила 3 К в полосе 3 МГц, неравномерность «базовой линии» не превышала 0.1 К.

2. Усовершенствована методика измерений и калибровки оптической толщины теллурических линий по тепловому радиоизлучению атмосферы. Применение ее двухслойной модели с поправками на неизотермичность и сферичность верхнего слоя позволило улучшить точность измерений на 10-15%.

3. Исследовано влияние снегопадов и снежного покрова на точность измерений оптической толщины теллурических линий. Предложен критерий для исключения из рассмотрения данных, искаженных рассеянием излучения в снегопадах.

4. Разработана процедура восстановления вертикального распределения отношения смеси озона из измеренных спектров, которая позволила

снизить ошибку восстановления и реализовать восстановление до высоты к приблизительно 65 км.

5. Проведено сопоставление результатов микроволновых измерений

и данных озоновых зондов ЕСС-4А в условиях взаимодействия

циркумполярного циклона с планетарными волнами. Получено удовлетворительное совпадение данных.

6. Впервые в атмосфере над Антарктидой исследованы вариации

в течение суток. Выявлено, что мезосфере они подобны изменчивости в средних широтах, но с большей длительностью переходных процес-

сов и с большим провалом отношения смеси газа в начале дня. В стратосфере наиболее заметные вариации N0t (А) наблюдались во время внезапных потеплений, причем в большинстве случаев поток богатого озоном и теплого воздуха в сторону полюса отмечался только в послеполуденные часы дня события, а обратный поток - в другие часы. Исключение составило главное (зимнее) потепление, когда была обнаружена изменчивость N0j (А) с периодом 2-6 часов. После «финального» потепления обнаружены квазирегулярные суточные вариации N0i (А), обусловленные его подъемом (сжатием снизу) в послеполуденные часы и опусканием (растяжением) в другое время суток. При смене стратосферной циркуляции характер изменений N0} (Л) меняется на противоположный.

7. Впервые микроволновым методом исследованы вариации вертикального распределения озона в полярных широтах во время уникально мощной протонной вспышки на Солнце. Прогнозируемое уменьшение концентрации озона верхней стратосферы, вызванное длительным воздействием азотных радикалов, впервые выделено с усреднением динамических вариаций вертикального распределения газа и составляет 0.7 ppmv (около 15%) для зимней циркуляции стратосферы и 0.5 ppmv (38%) для летней при потенциальных температурах 1300 К и 1600 К соответственно. Кратковременное уменьшение содержания мезосферного озона, вызванное воздействием водородных радикалов, оценивается не более чем на 50%. Обнаружен подъем (или сжатие снизу) N0i(h) во время сильной ионизации стратосферы, который в течение нескольких часов на 40% уменьшил отношение смеси озона на высоте 22 км.

Список работ по теме диссертации

1. Кузнецов И.В. Измерения распределения излучения атмосферы во время снегопадов на волнах 22 и 3.3 мм // Радиотехника. 1986. № 10. С. 79-81.

2. Андриянов А.Ф., Дрягин С.Ю., Кузнецов И.В., Кукин Л.М., Никифоров П.Л. Предварительные результаты наблюдений стратосферного озона на мм волнах в Антарктиде: Препринт ИПФ РАН №295. Н. Новгород, 1991. 44 с.

3. Andrianov A.F., Borisov O.N., Dryagin S.Yu., Kuznetsov I.V., Kukin L.M., Mocheneva O.S., Nikiforov P.L. Annomalous variations of stratospheric ozone in Antarctic // Workshop «Electrodynamics and composition of mesosphere»: Abstracts. N. Novgorod, 1992. P. 3.

4. Andrianov A.F., Dryagin S.Yu., Kuznetsov I.V., Kukin L.M., Nikiforov P.L. The discovery of quick variations of stratospheric ozone in Antarctic // Workshop «Electrodynamics and composition of mesosphere»: Abstracts. N. Novgorod, 1992. P. 2.

5. Andrianov A.F., Borisov O.N., Dryagin S.Yu., Kuznetsov I.V., Kukin L.M., Mocheneva O.S., Nikiforov P.L. Stratospheric ozone variations and aurora // Workshop «Electrodynamics and composition of mesosphere»: Abstracts. N. Novgorod, 1992. P. 4.

6. Kuznetsov I.V., Andrianov A.F., Dryagin S.Yu., etc. Stratospheric ozone depletion over Antarctica during October 1989 events //20 Annual European meeting on atmospheric studies by optical methods: Abstracts. Apatity, 1993. P. 31.

7. Kulikov Y.Y., Kuznetsov I.V., Andriyanov A.F., etc. Stratospheric ozone variability in high latitudes from microwave observations // J. Geophys. Res. 1994. V. 99, № D10. P. 21109-21116.

8. Kuznetsov I.V., Andrianov A.F., Dryagin S.Yu., etc. Ozone depletion over Antarctica during October 1989 events // Geomagnetizm and aeronomy. 1994. V.34,№5,P. HI.

9. Кузнецов И.В., Федосеев Л.И., Швецов А.А. Радиометрия снежного покрова в коротковолновой части миллиметрового диапазона // Изв. вузов. Радиофизика. 1997. Т. XL. № 9, С. 1113-1125.

10. Кузнецов И.В., Андриянов А.Ф., Дрягин, С.Ю., Кукин Л.М., Никифоров П.Л.,.Мазур А.Б. Экспериментальные исследования динамических вариаций вертикального распределения озона над Антарктидой // Геомагнетизм и аэрономия. 2002. Т. 42, № 5. С. 649-660.

11. Кузнецов И.В. Вариации вертикального распределения озона над Антарктидой во время протонных вспышек в августе - ноябре 1989 г. // Геомагнетизм и аэрономия. 2002. Т. 42, № 5. С. 661-669.

Цитируемая литература.

1. Solomon S., Progress towards a quantitative understanding of Antarctic ozone depletion // Nature. 1990. V. 347. P. 347-354.

2. Holton J.R. The dynamics of sudden stratospheric warmings // Ann. Rev. Earth. Planet. Sci. 1980. V. 8. P. 169-190.

3. Reid G.C., Solomon S., Garcia R.R. Response of the middle atmosphere to the Solar proton events of August-December, 1989 // Geophys. Res. Lett. 1991. V. 18, №6. P. 1019.

4. Jackman C.H., Nielsen J.E., Allen D.J., etc. The effects of the October 1989 Solar proton events on the stratosphere as computed using a three-dimensional model // Geophys. Res. Lett. 1993. V. 20, № 6. P. 459-62.

5. World Meteorological Organization (WMO), Scientific assessment of ozone depletion: 1994 // WMO Rep. 37, Geneva. 1995.

6. Кисляков А.Г., Куликов Ю.Ю., Рыскин В.Г. Поглощение радиоволн примесными газами атмосферы // Спектральные исследования космического и атмосферного излучения. Горький: ИПФ АН СССР, 1979.

7. Randegger A.K. On the determination of the atmospheric ozone profile for ground based microwave measurements // Pageoph. 1980. V. 118. P. 1052-1065.

8. Rodgers CD. Characterization and error analysis of profiles retrieved from remote sounding measurements // J. Geophys. Res. 1990. V. 95, № D5. P.5587-5595.

9. Брасье Г., Соломон С. Аэрономия средней атмосферы, Л.: Гидроме-теоиздат, 1987.413 с.

10. Сакунов Г.Г., Блюм Е.М. Некоторые особенности формирования озоносферы над обсерваторией Мирный в 1989 г. // Информационный бил-лютень Русской Антарктической экспедиции. СПб: Гидрометеоиздат, 1993. Т. 117. С. 5.

11. Задорожный A.M., Кихтенко В.Н., Кокин Г.А. и др. Реакция средней атмосферы на солнечные протонные события в октябре 1989 г. // Геомагнетизм и аэрономия. 1992. Т. 32, № 2. С. 32-40.

12. Connor B.J., Barrett J.M., Parrish A., Solomon P.M., de Zafra R.L., Jaramillo M. Ozone over McMurdo Station, Antarctica, austral spring 1986: Altitude profiles for the middle and upper stratosphere // J. Geophys. Res. 1987. V. 92. P. 13221-13230.

Оглавление диссертации

Введение.....................................................................................................4

I. Основы метода, аппаратура и методика измерений

спектра и профиля озона......................................................................13

1.1. Радиофизические основы микроволнового метода...........................13

1.2. Методика измерений и калибровки.....................................................16

1.3. Конструкция анализатора....................................................................19

1.4. Исследования возможных ошибок измерений спектра.....................24

1.4.1. Искажения «базовой линии»...............................................24

1.4.2. Влияние излучения фона....................................................28

1.4.3. Влияние излучения атмосферы во время снегопадов.......30

1.5. Процедура восстановления вертикального распределения озона ... .34

1.6. Сопоставление метода с данными озоновых зондов..........................40

П. Результаты исследований динамических вариаций

стратосферного озона...........................................................................48

2.1. Природа динамических вариаций........................................................48

2.2. Динамические вариации интегральных характеристик озона..........51

2.3. Идентификация основных динамических событий..........................56

2.4. Вариации озона во время потеплений и при смене циркуляции.......61

2.4.1. Вариации озона во время финального потепления..........62

2.4.2. Вариации озона во время минорных потеплений.............67

2.4.3. Вариации озона во время главного (зимнего) потепления.. 72

2.4.4. Вариации озона при смене стратосферной циркуляции... 74

2.5. Исследования регулярных суточных вариаций озона.......................77

Ш. Результаты исследований воздействия на озон

протонных вспышек 1989 г................................................................88

3.1. Природа воздействия протонных вспышек на озон и его прогнозы... 88

3.1.1. Прогноз в рамках 2-мерной модели атмосферы...............90

3.1.2. Прогноз в рамках 3-мерной модели и его сопоставление

с данными 8ВЦУ/2...............................................................92

3.2. Ожидаемые и наблюдаемые изменения теллурической

линии озона..........................................................................................94

3.3. Вариации озона в период «полярной шапки».....................................99

3.4. Вариации озона в период активности азотных радикалов...............102

Заключение................................................................................................112

Список литературы........................................................................114

Ш291Т

Игорь Владимирович Кузнецов

МИКРОВОЛНОВЫЕ НАЗЕМНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВАРИАЦИЙ ОЗОНА НАД АНТАРКТИДОЙ

Автореферат

Подписано к печати 21.05.2004 г. Формат 60 х 90 'Л». Бумага офсетная № 1. Усл. печ. л. 1,25. Тираж 100 эю. Заказ №66(2004).

Отпечатано в типографии Института прикладной физики РАН, 603950 Н. Новгород, ул. Ульянова, 46

ВВЕДЕНИЕ

ОГЛАВЛЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОСНОВЫ МЕТОДА, АППАРАТУРА И МЕТОДИКА ИЗМЕ

РЕНИЙ СПЕКТРА И ПРОФИЛЯ ОЗОНА.

1.1. Радиофизические основы микроволнового метода.

1.2. Методика измерений и калибровки.

1.3. Конструкция анализатора.

1.4. Исследования возможных ошибок измерений спектра.

1.4.1. Искажения «базовой линии».

1.4.2. Влияние излучения фона.

1.4.3. Влияние излучения атмосферы во время снегопадов.

1.5. Процедура восстановления вертикального распределения озона.

1.6. Сопоставление метода с данными озоновых зондов.

ГЛАВА 2. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ ДИНАМИЧЕСКИХ

ВАРИАЦИЙ СТРАТОСФЕРНОГО ОЗОНА

2.1. Природа динамических вариаций.

2.2. Динамические вариации интегральных характеристик озона.

2.3. Идентификация основных динамических событий

2.4. Вариации озона во время потеплений и при смене циркуляции

2.4.1. Вариации озона во время финального потепления.

2.4.2. Вариации озона во время минорных потеплений.

2.4.3. Вариации озона во время главного (зимнего) потепления.

2.4.4. Вариации озона при смене стратосферной циркуляции.

2.5. Исследования регулярных суточных вариаций озона.

ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ ВОЗДЕЙСТВИЯ

НА ОЗОН ПРОТОННЫХ ВСПЫШЕК 1989 г.

3.1. Природа воздействия протонных вспышек на озон и его прогнозы.

3.1.1. Прогноз в рамках 2-мерной модели атмосферы.

3.1.2. Прогноз в рамках 3-мерной модели и его сопоставление с данными SBUV/2.

3.2. Ожидаемые и наблюдаемые изменения теллурической линии озона.

3.3. Вариации озона в период «полярной шапки».

3.4. Вариации озона в период активности азотных радикалов

Способность стратосферного озона поглощать ультрафиолетовое излучение Солнца, губительное для всего живого на Земле, предопределяет необходимость не только постоянно контролировать его содержание и распределение в стратосфере, но и всевозможными методами исследовать процессы на них влияющие. В результате озон, воздействующие на него газовые составляющие и их перенос в средней атмосфере изучаются дистанционно почти во всех диапазонах электромагнитных волн, как с поверхности Земли, так и с помощью баллонов, самолетов и спутников, а также различными контактными методами (см., например, [1-3]).

Микроволновые наблюдения вращательных спектров озона и других стратосферных примесей были начаты более 30 лет назад с поверхности Земли и сразу показали преимущества этого метода по сравнению с оптическими и инфракрасными наблюдениями. Микроволны практически не рассеиваются на аэрозолях и значительно меньше ослабляются в облаках. Лучшая спектральная чувствительность и более высокое спектральное разрешение позволяют измерять не просто интенсивность отдельной теллурической линии, а и ее форму, и не только с помощью внеземного источника (Солнца), но и по собственному излучению атмосферы. Форма линии определяется уширением соударениями молекул газа с другими молекулами в сочетании с тепловым уширением Доплера и связана с вертикальным распределением его концентрации на высотах от 15 до 70 км интегральный уравнением. А наблюдения по собственному излучению атмосферы могут быть круглосуточными и практически непрерывными, в том числе и полярной ночью [4-7].

Для решения интегральных уравнений разработаны численные процедуры восстановления вертикального распределения газа по измерениям его микроволнового спектра (см., например [8]). Их общий недостаток - наличие ошибок восстановления, которые сильно зависят от точности измерений [9]. Другая особенность метода связана с тем, что механизмы уширения, кроме квантово - механических характеристик, зависят еще и от высотных профилей температуры и давления. Это требует и их измерений, особенно в исследованиях стратосферного озона, поскольку он, поглощая основную часть ультрафиолетового излучения Солнца, нагревает атмосферу, т.е. изменяет ее температуру и давление [10]. А неоднородности вертикального распределения этих параметров в свою очередь увеличивают ошибки восстановления [11].

Несмотря на все эти трудности, микроволновые исследования развиваются очень широко, особенно бортовые (с самолетов, баллонов и спутников), и уже недалеко до глобального микроволнового мониторинга основных атмосферных составляющих [1-3]. Но наземные наблюдения, несмотря на ограничения их эффективности ослаблением в тропосфере, обеспечивают более высокое пространственное разрешение, чем заатмосферные методы, и всегда актуальны в регионах, где зарождаются или протекают наиболее важные атмосферные процессы. Это полярные широты и в первую очередь-Антарктида [12-14].

Полярная атмосфера и ее озонный слой имеют характерные особенности. Главное - это ежегоднре образование циркумполярного стратосферного циклона, который зимой изолирует полярный воздух, а весной внутри него на стратосферных облаках происходит интенсивное уничтожение озона хлорными примесями. В результате образуется так называемая «озонная дыра» - катастрофическое уменьшение общего содержания озона над всем полярным районом. Основным фактором, противоборствующим «озонной дыре», являются волновые возмущения планетарного масштаба, которые возникают в тропосфере, а затем распространяются в стратосферу и мезосферу. При их торможении или разрушении теплый и богатый озоном воздух средних широт переносится в полярные регионы, что приводит к внезапному стратосферному потеплению и изменению конфигурации циклона. После серии потеплений циклон разрушается и именно планетарная волна является толчком к окончательному перемешиванию полярного и среднеширотного воздуха, которое прекращает уничтожение «защитного экрана планеты» и устанавливает летнюю циркуляцию стратосферы [15-17]. Правда, в результате взаимодействия циклона и планетарных волн обедненный озоном полярный воздух может переноситься в другие регионы, казалось бы, отдаленные от «озонной дыры».

Над Антарктидой циклон значительно мощнее, а «озонная дыра» более существенна, чем в северных полярных широтах. Планетарные волны развиваются преимущественно над районами с 90°в.д. - 90° з.д. [18], в большинстве своем нестационарные [17] и поэтому могут воздействовать на озон иначе, чем характерные для Арктики стационарные волны [19,20]. В моделях [17,19] для таких возмущений только предполагается, что, как и при стационарной волне, возникает меридионально - вертикальный поток к полюсу, но не вблизи критического уровня, а в слое торможения ветра, где, например, волновая амплитуда уменьшается с высотой. Чаще всего такое взаимодействие поток - волна приводит к «минорным» внезапным потеплениям с характерной релаксацией циклона к невозмущенному состоянию. «Главных» потеплений, когда изменения в циклоне необратимы, может быть всего два (одно в середине полярной ночи, а другое - «финальное» - в октябре-ноябре) и они наблюдаются при «нелинейном» разрушении квазистационарных волн. При финальном потеплении температура и концентрация озона в стратосфере не просто резко возрастают, а происходит сжатие циклона. В верхней стратосфере может возникнуть антициклон, но внизу холодное ядро часто сохраняется и задерживает разрушение циркумполярного циклона вплоть до декабря [17-19,21].

Задержка определяет особую для Антарктиды смену стратосферной циркуляции с зимней на летнюю. Этот процесс начинается со смены направления стратосферного ветра с западного на восточное, а заканчивается глобальным перевешиванием воздуха средних и полярных широт. В Антарктике между финальным потеплением и окончательным перемешиванием воздуха может пройти больше месяца. В этот период в верхней части стратосферы может уже установиться летняя циркуляция, а в нижней части еще сохраняться зимняя. Поэтому, могут возникнуть особенности и в вертикальном распределении озона, и в его вариациях. Кроме того, волновые возмущения в это время уже слабы, а атмосфера еще далека от радиационного равновесия [21,22]. Согласно моделям [17,19], в таких условиях возможно превышение «диабатической» циркуляции, которая первоначально вынуждается диабатическим теплом, над планетарными волнами. А на практике поток тепла всегда управляет ускорением ветрового потока, а значит и процессами переноса [17]. Поскольку тепло поставляется солнечной радиацией, то здесь возможны суточные вариации вертикального распределения озона, особенно вблизи главной струи циклона, где высокий меридиональный градиент концентрации этого газа.

Другая особенность полярной атмосферы - она открыта для космических частиц, поток которых резко возрастает во время протонных вспышек на Солнце [2326]. Это приводит к росту концентрации азотных и водородных радикалов, которые активизируют соответствующие каталитические циклы уничтожения нечетного кислорода. Водородный каталитический цикл в течение нескольких часов может уменьшать концентрацию озона в мезосфере на 70% [24], а азотный в течение несколько недель - в верхней стратосфере на 18% [25,26]. Это представление подтверждено ракетными и спутниковыми наблюдениями мощных протонных событий 1969, 1972 и 1983 гг.

Возможен еще механизм влияния протонных вспышек на озон - увеличение тех же водородных радикалов, но под воздействием релятивистских электронов с энергией до нескольких МеВ, высыпающих в атмосферу субавроральной зоны (широты 60° -70°) в период геомагнитных бурь, часто сопровождающих протонные вспышки. Но все эти механизмы приводят к незначительным (по сравнению с «озонной дырой») изменениям в общем содержании газа. Поэтому после открытия этого явления проблема воздействия протонных вспышек на озон стала рассматриваться скорее не с точки зрения сохранности озонного слоя, а как природный тест всей азотной и водородной фотохимии средней атмосферы [10].

Динамика взаимодействия циркумполярного циклона и планетарных волн экспериментально исследуется по данным аэрологического и спутникового зондирования температуры, скорости ветра, его направления и т.п. По ним определяются основные динамические характеристики возмущенной стратосферы: потенциальная завихренность Эртеля, балансный зональный ветер, поток теплоты, поток импульса, а также Фурье-компоненты геопотенциальной высоты с зональными волновыми числами 1 и 2 (см., например, [27]). В последнее время исследования динамики нижней стратосферы ведутся с помощью трассера N2O [14].

Воздействие на озон динамических процессов, как и хлорных примесей, широко контролируется контактными баллонными зондами и оптическими методами, измеряющими общее содержание газа на луче зрения как со спутников [29], так и с поверхности Земли [21,29]. Эта величина определяется концентрацией озона на высотах 15-30 км, где его время жизни составляет несколько месяцев и более быстрые вариации, если они есть, имеют заведомо динамическое происхождение [10].

Но на точность оптических измерений сильно влияет рассеяние на аэрозолях. Они, как и аэрологическое зондирование, малоэффективны полярной зимой (первые - из-за низкой высоты Солнца, а второе - из-за ограничения высоты подъема зондов при низкой температуре). Кроме того, этим методам совершенно недоступна изменчивость концентрации озона в верхней стратосфере и мезосфере, как динамическая, так и фотохимическая, например, вызванная фотолизом озона [30] или воздействием азотных и водородных радикалов во время тех же протонных вспышек на Солнце [24,26]. Эти наблюдения проводятся с помощью дорогих ракет и спутников [31,32]. И для большинства методов труднореализуемы круглосуточные наблюдения. Видимо, поэтому в моделях атмосферной динамики ее особенности в течение суток даже не рассматриваются [17-19,33].

В Арктике микроволновые исследования динамических вариаций вертикального распределения стратосферного озона, в том числе полярной ночью и в течение суток, были начаты в 1986 г. авторами работ [34,35]. Их целесообразность была обусловлена тем, что теллурическая линия озона существенно сильнее линий других возможных трассеров, а вклад в нее слоя 20-30 км является определяющим [7]. При этом можно одновременно контролировать изменчивость концентрации озона и в более высоких слоях средней атмосферы. Идея подтвердилась микроволновыми наблюдениями стратосферного потепления и корреляции между вариациями вертикального распределения озона и изменениями геопотенциала [36]. В Антарктике микроволновые наблюдения стратосферного озона были начаты примерно в тот же период, но долгое время проводились лишь раз в три дня, поскольку основное внимание уделялось хлорным примесям [12,13].

Первоначально целью данной работы было подробное изучение наземным микроволновым методом динамических вариаций вертикального распределения озона в атмосфере над Антарктидой. Ее актуальность была обусловлена недостатком информации для понимания и моделирования волновых процессов, препятствующих истощению озонного слоя, особенно в тех слоях атмосферы, в то время года и суток, которые были труднодоступны другим методам исследования. Поэтому наши наблюдения проводились по возможности круглосуточно и непрерывно [37]. Частотное разрешение прибора и его чувствительность позволяли исследовать не только стратосферный, но и мезосферный озон. Наблюдения охватили период с июня 1989 г. по февраль 1990 г., т.е. от «главного» (зимнего) внезапного потепления до устойчивой летней циркуляции стратосферы. Долгота обсерватории «Мирный» (93° в.д.) соответствовала району, где развиваются планетарные волны [18]. Широта (66,5° ю.ш.) была близка к главной струе стратосферного циклона, где динамические процессы наиболее существенны на сравнительно небольших пространственных масштабах [28]. Для идентификации и изучения этих процессов, полученные результаты сопоставлялись с данными аэрологического зондирования температуры и скорости ветра [38], с данными озоновых зондов ЕСС-4А [39], с вариациями общего содержания озона [28,29], а также со средне - зональными амплитудами геопотенциальной высоты [27].

Но позднее было выяснено, что в период наблюдений произошли уникальные по мощности протонные вспышки на Солнце, которые по количеству образовавшихся азотных радикалов даже превосходили знаменитые события 1972 г. [40]. Их воздействие на озон было спрогнозировано в работах [40,41] на основе азотной фотохимии и данных о потоке протонов, полученных со спутника GEOS-7 [42]. В тоже время, одни результаты наблюдений этих вспышек [31] совпали с прогнозами [40,41], а другие [41,31,32, 43] - нет. И вообще, исследования мощных протонных вспышек 22 цикла солнечной активности показали существенное уменьшение общего содержания озона под их воздействием, что противоречило сложившемуся представлению. Одни авторы [43] связывали обнаруженные эффекты с теми же водородным и азотным каталитическими циклами, но в нижней части стратосферы, а другие [31] считали более правдоподобной гипотезу о нарушении зональности стратосферной циркуляции во время протонных событий. Предполагалось даже [32], что эти процессы могут существенно уменьшить содержание озона в атмосфере во время «озонной дыры». Поскольку микроволновых наблюдений этих событий не проводилось, то это увеличило ценность наших данных и предопределило второе актуальное направление работы - анализ вариаций вертикального распределения озона, которые можно отнести к воздействию на него протонных вспышек.

В Главе 1 рассматриваются радиофизические основы формирования микроволновых спектров озона и приводятся все необходимые для их расчета квантово - механические параметры. Излагается обоснование физически более понятной двухслойной модели атмосферы [9,44], на основе которой была усовершенствована [37] методика измерений и калибровки спектров по ее собственному излучению [45]. Дается краткое описание аппаратуры и исследуются аспекты, влияющие на точность измерений: искажения «базовой линии», особенности излучения фона, которым являлся снежный покров [46], и излучения атмосферы во время снегопадов

47]. Рассматривается процедура восстановления вертикального распределения озона из измеренных спектров, разработанная на основе метода Рандеггера-Шахина [9], адаптированного к измерениям спектра оптической толщины в работе

48]. Процедура была апробирована в работах [49-53], после чего скорректирована в [54], что позволило уменьшить ошибки восстановления и продлить ее в мезосферу. Высотные профили температуры и давления брались из данных аэрологического и ракетного зондирования [38]. Проводится сопоставление вертикальных распределений озона, измеренных микроволновым методом, с данными 21 озоновых зондов ЕСС-4А [39]. Сопоставление проведено в разных погодных условиях и при разных состояниях циркумполярного циклона, в том числе во время внезапных потеплений, как в южных, так и в северных полярных широтах [54,55].

В Главе 2 рассмотрена природа динамических вариаций озона и приводятся результаты их экспериментальных исследований над Антарктидой. Вначале анализируются вариации интегральных характеристик - содержания озона выше 22 км и интенсивности теллурической линии. Проведено их сопоставление с общим содержанием озона. Особое внимание уделено вариациям этих величин в течение суток, полярной ночью, а также в период, когда ожидалась максимальная активность азотных радикалов [41]. Далее по изменениям стратосферной температуры, зональной составляющей скорости ветра, а также общего содержания озона на луче зрения, идентифицируются основные динамические события - внезапные потепления и смена стратосферной циркуляции с зимней на летнюю. Рассматривается их влияние на изменчивость концентрации озона в нижней и в верхней части стратосферы. Для обоснования периода усреднения измеренных спектров определяется время суток, когда начинаются внезапные потепления. Затем во время идентифицированных событий подробно анализируются вариации отношения смеси озона в стратосфере. Проводится их сопоставление с изменчивостью здесь температуры, скорости ветра, геопотенциала и общего содержания озона, измеренного, в том числе, и со спутников [28] (по ним контролируется конфигурация циклона). Рассматриваются вариации и вертикального распределения отношения смеси озона в стратосфере. Проводится их сопоставление при трех внезапных потеплениях и при последующей адвекции воздушных масс. Особое внимание уделено «главному» (зимнему) потеплению и смене стратосферной циркуляции. В завершении главы исследуются суточные вариации отношения смеси озона как в мезосфере, обусловленные его фотолизом, так и в стратосфере, вероятно вызванные взаимодействием циклона и планетарных волн. Обнаруженные вариации интерпретируются.

Глава 3 целиком посвящена исследованиям воздействия на озон протонных вспышек на Солнце в августе-октябре 1989 г. и интерпретации их результатов. Рассмотрены механизмы этого воздействия и теоретические прогнозы роста количества азотных радикалов и соответствующего уменьшения концентрации озона в верхней стратосфере [40,41]. Проведена оценка возможностей микроволнового метода по обнаружению этого уменьшения [57]. Исследуются вариации интенсивности теллурической линии озона, усредненной в полосе 3 и 0.3 МГц во время этих событий, и проводится их сопоставление с результатами сделанной оценки, с изменчивостью потока протонов [51 ] и с данными риометрического поглощения радиоволн, которое характеризует степень ионизации атмосферы [38]. Результаты используются для оценки воздействия водородных радикалов на мезосферный озон [57]. Далее анализируются вариации отношения смеси озона в стратосфере в период сильной ионизации атмосферы (так называемой «полярной шапки»), вызванной наиболее мощными протонными вспышками в октябре. Выделены изменения в озоне, которые коррелируют с резким ростом риометрического поглощения. Проводится сопоставление в этот период вариаций вертикального распределения отношения смеси озона Nq3 (h) с его вариациями во время динамических событий.

В завершении главы рассмотрены наиболее характерные вариации Nq^ (h) в период, когда прогнозировалась максимальная активность азотного каталитического цикла [40,41]. Проводится их сопоставление с вариациями температурного профиля. Поскольку изменения этих величин могут быть вызваны как фотохимическим воздействием азотных радикалов на озон, так и динамическими процессами, то предпринимается попытка выделить первое усреднением второго. Выделение проводится сопоставлением вертикального распределения отношения смес^ озона в периоды высокой и низкой активности азотного каталитического цикла, усредненного в изэнтропических координатах в интервалах, приблизительно кратных периоду вращения воздушных масс в циркумполярном циклоне, исключающих сильные внезапные потепления и отдельных для зимней и летней циркуляции стратосферы. Полученные результаты сопоставляются с прогнозами [40,41] и с данными ракетных измерений [31].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Создан автоматизированный высокостабильный анализатор спектра 2х- миллиметрового диапазона длин волн с частотным разрешением 0.1-8 МГц в полосе анализа 110 МГц. Чувствительность прибора при постоянной времени 1сек составила 3°К в полосе 3 МГц, неравномерность «базовой линии» не превышала 0.10 К.

2. Усовершенствована методика измерений и калибровки оптической толщины теллурических линий по тепловому радиоизлучению атмосферы. Применение ее двухслойной модели с поправками на неизотермичность и сферичность верхнего слоя позволило улучшить точность измерений на 10-15%.

3. Исследовано влияние снегопадов и снежного покрова на точность измерений оптической толщины теллурических линий. Предложен критерий для исключения из рассмотрения данных, искаженных рассеянием излучения в снегопадах.

4. Разработана процедура восстановления вертикального распределения отношения смеси озона Nq^ (Ji) из измеренных спектров, которая позволила снизить ошибку восстановления и реализовать восстановление до высоты h приблизительно 70 км.

5. Проведено сопоставление результатов микроволновых измерений Nq^ (h) и данных озоновых зондов ЕСС-4А в условиях взаимодействия циркумполярного циклона с планетарными волнами. Получено удовлетворительное совпадение данных.

6. Впервые в атмосфере над Антарктидой исследованы вариации Nq(h) в течение суток. Выявлено, что мезосфере они подобны изменчивости в средних широтах, но с большей длительностью переходных процессов и с большим провалом отношения смеси газа в начале дня. В стратосфере наиболее заметные вариации Nq2 (h) наблюдались во время внезапных потеплений, причем в большинстве случаев поток богатого озоном и теплого воздуха в сторону полюса отмечался только в послеполуденные часы дня события, а обратный поток - в другие часы. Исключение составило главное (зимнее) потепление, когда была обнаружена изменчивость Nq (h) с периодом 2-6 часов. После «финального» потепления обнаружены квазирегулярные суточные вариации Nq3 (Л), обусловленные его подъемом (сжатием снизу) в послеполуденные и опусканием (растяжением) в другие часы. При смене стратосферной циркуляции характер изменений Nq3 (h) меняется на противоположный.

7. Впервые микроволновым методом исследованы вариации вертикального распределения озона в полярных широтах во время уникально мощной протонной вспышки на Солнце. Прогнозируемое уменьшение концентрации озона верхней стратосферы, вызванное длительным воздействием азотных радикалов, впервые выделено с усреднением динамических вариаций вертикального распределения газа и составляет 0.7 ppmv (14%) для зимней циркуляции стратосферы и 0.5 ppmv (38%) для летней при потенциальных температурах 1300° К и 1600° К, соответственно. Кратковременное уменьшение содержания мезосферного озона, вызванное воздействи-' ем водородных радикалов, оценивается не более чем на 50%. Обнаружен подъем (или сжатие снизу) Nq3 (h) во время сильной ионизации стратосферы, который в течение нескольких часов на 40% уменьшил отношение смеси озона на высоте 22 км. Эффект объясняется искривлением ветрового потока в сторону от полюса. Автор благодарит всех сотрудников 34-35 САЭ, ИПФ РАН, ААНИИ, ГГО им.

Воейкова, ЦАО, НИИПП (г.Томск) и др., оказавших неоценимую помощь на раз ■ < ных этапах работы, в первую очередь А.Ф. Андриянова, С.Ю. Дрягина, J1.M. Куки-на, П.Л. Никифорова, Е.М.Блюма, Ю.Я. Бобкова, Д.А. Бокова, А.Б. Бурова, Ю.А. Дрягина, Т.Д. Ерухимову, Е.Н. Кадыгрова, И.Б. Коновалова, А.И. Копейчука, А.А. Красильникова, Ю.Ю. Куликова, К.И. Куркана, А.Б. Мазура, А.И. Макова, О.С. Моченеву, А.Ф. Парфенова, В.И. Пилипенко, В.Г. Рыскина, Г.Г. Сакунова, Е.В. Суворова, В.Ю. Трахтенгерца, Л.И. Федосеева, В.У. Хаттатова, А.П. Шкаева и Г.Г. Щукина. Большой вклад в работу сделан безвременно ушедшими из жизни В.Н. Вороновым, А.И. Воскресенским, А.В. Кузнецовым и В.М. Юрковым. Работа завершена при поддержке РФФИ (грант № 99-05-65322).

1. Stachnic R.A., J.C. Hardy, J.A. Tarsala, and J.M. Waters, N.R. Erickson, Sub millimeter wave heterodyne measurements of stratospheric CIO, HCl, 03, and H02' first results, Geophys. Res. Lett., v. 19, No. 19, pp. 1931-1934, 1992.

2. Waters W., L. Froidevaux, W.G. Read, G.L. Manney, L.S. Elson, D.A. Flower, R.F. Jarnot, and R.S. Harwood, Stratospheric CIO and ozone from the Microwave limb sounder on the upper atmosphere research satellite, Nature, v. 362, pp. 597-602, 1993.

3. Crewell S., K. Kunzu, H. Nett, T. Wehr, Aircraft measurements of CIO and HCl during EASOE 1991/92, Geophys. Res. Lett., v.21, No. 13, pp. 1267-1270, 1994.

4. Caton W.M., Mannella G.J., Kalaghan P.M., Barrington A.E., Ewen H.I. Radio measurement of the atmospheric ozone transition of 101.7 GHz.// Astroph. J., 1968, V.151, P.153.

5. Воронов B.H., Кисляков А.Г., Кукина Э.П., Наумов А.И., О содержании СО и N20 в земной атмосфере по наблюдениям их линий вращательного спектра.// Изв. АН СССР, сер. «Физика атмосферы и океана», 1972, Т.8, № 1, С.29.

6. Куликов Ю.Ю., Ризов Е.Ф., Федосеев Л.И., Швецов А.А., Кузнецов И.В., Кукина Э.П., Измерения оптической толщи атмосферы Земли в линиях СО и 03 (А = 1.3-1.4лш).// Изв. АН СССР, сер. «Физика атмосферы и океана», 1975, Т.11, С.1071.

7. Кисляков А.Г., Куликов Ю.Ю., Рыскин В.Г., Поглощение радио§олн примесными газами атмосферы, Сб. "Спектральные исследования космического и атмосферного излучения", ИПФ АН СССР, Горький, 1979.

8. Puliafito Е., R. Bevilacqua, J. Olivero, and W. Degenhardt, Retrieval error comparison for several inversion techniques used in limb-scanning millimeter-wave spectroscopy, J. Geophys. Res., v. 100, No.D7, pp.14257- 14267, 1995.

9. Randegger A.K., On the determination of the atmospheric ozone profile for ground based microwave measurements, Pageoph., v. 118, pp. 1052-1065, 1980.

10. Брасье Г., С.Соломон, Аэрономия средней атмосферы, Ленинград, Гидроме-теоиздат 1987 г., 413 с.

11. Rodgers C.D., Characterzation and error analysis of profiles retrieved from remote sounding measurements, J. Geophys. Res., v.95, No.D5, pp.5587 5595, 1990.

12. Connor B.J., J.M. Barrett, A. Parrish, P.M. Solomon, R.L. de Zafra, and M. Jaramillo, Ozone over McMurdo Station, Antarctica, austral spring 1986: Altitude profiles for the middle and upper stratosphere, J. Geophys. Res., v.92, pp. 1322113230,1987.

13. Cheng D., de Zafra R. L., and T.Curtis. Millimeter wave spectroscopic measurements over the South Pole .2 . An 11-month cycle of stratospheric ozone observations during 1993-1994. J. Geophys. Res., V. 101, № D3, pp.6781-6794,1996.

14. Klein U.; Crewell, S., and de Zafra, R. L. Correlated millimeter wave measurements of CIO, N20, and HN03 from McMurdo, Antarctica, during polar spring 1994. J. Geophys. Res., V. 101, № D15, pp.20925-20932, 1996.

15. Solomon S., Progress towards a qwantative understanding of Antarctic ozone depletion, Nature, v.347, pp. 347-354, 1990.

16. Webster C.R., R.D. May, D.W. Toohey, etc., Chlorine chemistry on polar stratospheric cloud particles in the Arctic winter, Science, v. 261, pp. 1130-1133, 1993.

17. Schoeberl M.R., Stratospheric warmings: observations and theory, Rev. Geophys. Space Phys., v. 16, No.4, pp. 521-538, 1991.

18. World'Meteorological Organization (WMO), Scientific assessment of ozone depletion: 1994 . // WMO Rep. 37, Geneva. 1995 .

19. J.R. Holton, The dynamics of sudden stratospheric warmings, Ann. Rev. Earth. Planet. Sci.,v.8, pp.169-190,1980.

20. Matsuno Т., К. Nakamura, The Euleran- and Lagrangian mean meridional circulations in the stratosphere at the time of a sudden warming, J. Atmosph. Sci., v.36, pp. 640-654, 1979.

21. Newman P. A., The final warming and polar vortex disappearance during the southern hemisphere spring, Geophys. Res. Lett., v. 13, No. 12, pp. 1228-1231, 1986.

22. Rosenfield J.E., M.R. Schoeberl, and M.A. Geller, A computation of the stratospheric diabatic circulation using an accurate radiative transfer model, J. Atmosph. Sci., v.44, № 5, pp. 859 &76, 1987.

23. Swider W., and T.J. Keneshea, Decrease of ozone and atomic oxygen in the lower mesosphere during a PCA event, Planet. Space Sci., v. 21, pp. 1969-1973, 1973.

24. Solomon S., G.C. Reid, D.W. Rusch, R.J. Thomas, Mesospheric ozone depletion during the Solar proton event of July 13, 1982, Part 2. Comparison between theory and measurements, Geophys. Res. Lett., v.10, No.4, pp.257- 260, 1983.

25. Heath D.F., A.J. Krueger, and P.J. Crutzen, Solar proton events: Influence on stratospheric ozone, Science, v. 197, p. 886, 1977.

26. Сакунов Г.Г., E.M. Блюм, Некоторые особенности формирования озоносферы ' над обсерваторией Мирный в 1989 г., Информационный биллютень Русской Антарктической экспедиции, т. 117, с. 5, Гидрометеоиздат, Санкт-Петербург, 1993.

27. Connor B.J., D.E. Siskind, J.J. Tsou, A. Parrish, and E.E. Remsberg, Ground-based microwave observations of ozone in the upper stratosphere and mesosphere,

28. J. Geophys. Res., v.99, No. D8, pp. 16757-16770, 1994.

29. Задорожный A.M., В.Н.Кихтенко, Г.А.Кокин и др., Реакция средней атмосфеiры на солнечные протонные события в октябре 1989 г., Геомагнетизм и аэрономия, т.32, № 2, с.32-40.

30. Stephenson А.Е., and M.W.J. Scourfield, Ozone deplation over the Polar caps caused by Solar protons, Geophys. Res. Lett., v. 12, №24, pp. 2425 2428, 1992.

31. Schoeberl M.R., L.R. Lait, P.A. Newman, and J.E. Rosenfield, The structure of the polar vortex, J., Geophys. Res., v.197, No. D8, pp. 7859- 7882, 1992.

32. Борисов O.H., B.M. Демкин, Ю.Ю. Куликов, В.Г. Рыскин, В.Н. Шанин, и ф' В.М. Юрков. Вариации стратосферного озона в полярных широтах.// Изв. АН

33. СССР. Физика атмосферы и океана, т. 25, No. 10, с. 1033 1039, 1989 г.

34. Solomonov S.V., Е.Р. Kropotkina, A.N. Lukin, N.I. Ponomarenko, and S.B. Ro-zanov, Vertical profiles of the ozone content retrieved from millimeter-wave observations in LPI on the DYANA program, Preprint 192, Moscow, FIAN,1990.

35. Андриянов А.Ф., С.Ю. Дрягин, И.В. Кузнецов, JI.M. Кукин и П.Л. Никифоров. Предварительные результаты наблюдений стратосферного озона на мм волнах в Антарктиде, Препринт №295, Институт прикладной физики, АН СССР, Нижний Новгород, 1991.

36. Отчет о работе 34-й САЭ и частные сообщения А.Н. Макова, А. Копейчука, В. Овсянникова, Г.Г. Сакунова и Е.Н. Кадыгрова.

37. Хаттатов В.У., Пилипенко В.И., частное сообщение

38. Reid G.C., S. Solomon, R.R. Garcia, Responce of the middle atmosphere to the Solar proton events of August-December, 1989, Geophys. Res. Lett., v.18, №6, p. 1019,1991.

39. Jackman C.H., J.E. Nielsen, D.J. Allen, etc., The effects of the october 1989 Solar proton events on the stratosphere is' computed using a three-dimensional model, Geophys. Res. Lett., v. 20, No.6, pp. 459-462, 1993.

40. Solar Geophysical Data, Prompt Reports, No. 543, Part 1, pp. 13-16.

41. Shumilov O.I., K.Henriksen, O.M.Raspopov, and E.A.Kasatkina, Arctic pzone abundance and Solar proton events, Geophys. Res. Lett., v.19, №16, pp. 1647- 1650,1992.

42. Parrish A., R.L. de Zafra, P.M. Solomon, and J.W. Barrett, A ground based technique for millimeter wave spectroscopic observations of stratospheric trace constituents, Radio Science, v. 23, pp. 106-118, 1988.

43. Кисляков А.Г., Об определении поглощения радиоволн в атмосфере по ее собственному излучению, Радиотехника и электроника, т. 13, № 7, с. 1161, 1968.

44. Кузнецов И.В., Л.И. Федосеев, А.А. Швецов, Радиометрия снежного покрова в коротковолновой части миллиметрового диапазона, Изв. ВУЗов, Радиофизика, t.XL, № 9, сс. 1113- 1125, 1997.

45. Кузнецов И.В., Измерения распределения излучения атмосферы во время снегопадов на волнах 2.2 и 3.3 мм, Радиотехника, № 10, сс. 79- 81, 1986.

46. Моченева О.С., Т.Л. Ерухимова, Е.В. Суворов, О методике определения содержания озона по данным микроволновых измерений, Изв. ВУЗов, Радиофизика, т. 38,No.8, сс. 751-770, 1995.

47. Kuznetsov I.V., A.F. Andriyanov, S.Yu. Dryagin, etc., Stratospheric ozone depletion over Antarctica during October 1989 events, 20 Annual European meeting on atmospheric studies by optical methods, Apatity, Russia, September 1993, Abstracts, p.31.

48. Kuznetsov I.V., A.F. Andriyanov, S.Yu. Dryagin, etc., Ozone depletion over Antarctica during October 1989 events, Geomagnetizm and aeronomy, v.34, №5, p.l 11, 1994.

49. Kulikov Y.Y., I.V. Kuznetsov, A.F. Andriyanov, etc., Stratospheric ozone variability in high latitudes from microwave observations, J. Geophys. Res., v.99, No.DIO, pp.21109-21116, 1994.

50. Кузнецов И.В., А.Ф. Андриянов, С.Ю. Дрягин, JI.M. Кукин, П.Л. Никифоров, А.Б. Мазур, Экспериментальные исследования динамических вариаций вертикального распределения озона над Антарктидой, Геомагнетизм и аэрономия,1. X HZ^S-, С. 6 е?S £OOZ.

51. Кузнецов И.В. Вариации вертикального распределения озона над Антарктидой во время протонных вспышек в августе ноябре 1989 г., Геомагнетизм и аэрономия, Т.

52. Жевакин С.А.,Троицкий В.С.,Цейтлин Н.М., Радиоизлучение атмосферы и исследование поглощения сантиметровых волн. Изв. вузов. Радиофизика, т.1, № 1,с.19, 1958.

53. Hargtogh P., Chirptransformations Spektrometer fur die passive millimeterwel-lenradiometrie: messung der 142 GHz emissionslinie des atmospharischen ozons,

54. Max-Planck-Institut fur Aeronomie, 1989.

55. Kielkopf J.F., New approximation to the Voigt function with applications to spectral-line profile analysis, J. Optic. Soc. of America, v. 63, No. 8, pp. 987-995, 1973.

56. Keating G.M., Pitts M.C., Young D.F., Ozone reference models for the middle atmosphere (NEW CIRA), Handbook for MAP, v.31, p.l, 1989.

57. Krueger A.J., R.A. Minzner, J. Geophys. Res., v.81, p.4477, 1976.

58. Воронов B.H., B.M. Демкин, Ю.Ю. Куликов, В.Г. Рыскин, В.М. Юрков, Анализатор спектра миллиметрового диапазона волн и результаты исследования озона верхней атмосферы, Известия ВУЗов, Радиофизика, т. 29, No. 12, сс. 14031413,1986.

59. J. de La Noe, О. Lezeaux, G. Guillemin, R. Lauque, P. Baron, Ricaud P., A ground-based microwave radiometer dedicated to stratospheric ozone monitoring, J. Geophys. Res., v. 103, No. D17, pp. 22147-22161, 1998.

60. Koistinen О. H. valmu, A. Raisanen, V. Vdovin, Y. Dryagin, I. Lapkin, A 110 GHz ozone radiometer with a cryogenically cooled planar Schottky mixer, IEEE Trans. Mi-crovawe Theoty Tec., v. 41, p. 2232, 1993.120 !j

61. Solomonov S.V., E.P. Kropotkina, A.N. Lukin, N.I. Ponomarenko, S.B. Rosanov, Vertical profiles of the ozone content retrieved from millimeter wave observations in LPI on the DYANA program, Preprint 192, FIAN, Moscow, 1990.

62. Clancy R.T., B.J. Sandor, and D.W. Rusch, Microwave observations and modeling of 03, H20, and H02 in the mesosphere, J. Geophys. Res., v.99, No. D3, pp. 5465-5473, 1994.

63. Ulaby F.T., W.H.,Stiles, J. Geophys. Res., v.80, No. C2, p. 1045, 1980.

64. Kuntz M, G. Hochschild, and R. Krupa, Retrieval of ozone mixing ratio profiles-Ifrom ground based millimeter wave measurements disturbed by standing waves, J. >i

65. Geophys. Res., v. 102, N0.DI8, pp.21,965 21,975, 1997.

66. A.A. Красильников, Ю.Ю. Куликов, А.Б. Мазур, В.Г. Рыскин и др., Обнару- ! жение «озоновых облаков» в верхней стратосфере Земли методом миллиметро- ; вой радиометрии, Геомагнетизм и аэрономия, т. 37, № 3, с. 174- 183, 1997. |

67. Chahine "М.Т., A general relaxation method for inverse solution of the full jradiative transfer equation, J. Atoms.' Sci., v.27, pp.741-747, 1972. j1

68. Thorne R.M., The importance of energetic particle precipitation on the chemical ! composition of the middle atmosphere, Pageoph., v.118, pp. 128- 151, 1980. j

69. Ионосферно-магнитные возмущения в высоких широтах, под ред. i О.А.Трошичева, Ленинград, Гидрометеоиздат, 1986 г., 256 с. ;