Исследование связи распределения озона и других газовых примесей с волновыми процессами в атмосфере

• Автор: Груздев, Александр Николаевич
• Шифр специальности: 01.04.12
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1985
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 120 c. : ил

Глава I. Краткий обзор литературы

1.1. Моделирование процессов в озоносфере

1.2. Исследование атмосферных примесей во время солнечного затмения

1.3. Вопросы возбуждения и распространения внутренних гравитационных волн

1.4. Теоретические и экспериментальные исследования

горных подветренных волн

1.5. Озон и планетарные волны

Глава 2. Одномерная фотохимическая модель атмосферы и ее

апробация на примере солнечного затмения

2.1. Одномерная фотохимическая модель атмосферы

2.2. Фотохимическая релаксация атмосферного озона

2.3. Расчет изменения содержания малых газовых примесей в стратосфере во время солнечного затмения и сопоставление с результатами измерений
Глава 3. Распределение малых примесей в зоне орографического воздействия и использование результатов их наблюдения дан изучения горных подветренных волн
3.1. Механизмы влияния горных подветренных волн на распределение атмосферных примесей
3.2. Оценка воздействия горных подветренных волн на вариации концентраций малых газовых примесей
в тропосфере
3.3. Метод исследования горных подветренных волн, основанный на измерении концентрации примесей с самолета

3.4. Наблюдения озона как индикатора волновых процессов
в области горных подветренных волн
3.5. Оценка воздействия горных подветренных волн на вариации общего содержания примесей
Глава 4. Оценка воздействия внутренних гравитационных волн на вариации содержания озона и взаимодействующих с ним примесей
4.1. Результаты фотохимического моделирования
4.2. Некоторые результаты измерений концентрации озона вблизи атмосферных фронтов и струйных течений
Глава 5. Влияние озонного нагревания на динамику планетарных волн в двумерной бароклинной модели атмосферы
5.1. Основные уравнения модели
5.2. Волновые решения. Дисперсионное уравнение
5.3. Эффект озонного нагревания
Заключение
Литература
Приложение. Реакции, используемые в фотохимической модели

Исследование атмосферных примесей связано с широким крутом проблем, касающихся, в частности, изучения химического состава атмосферного воздуха, радиационных и климатических эффектов, динамики и общей циркуляции атмосферы. Особенно актуальной задача изучения малых газовых примесей стала в связи с проблемой антропогенного загрязнения атмосферы. Ключевым элементом в этой задаче является озон, что обусловлено лучшей его изученностью по сравнению с другими примесями, сравнительной простотой и точностью его измерения, а также его химической активностью и той важной ролью, которую озон играет в радиационных и динамических процессах атмосферы.
Озон, в разных количествах образующийся в различных областях атмосферы, перераспределяется ее воздушными течениями. Не принимая во внимание циркуляцию атмосферы, нельзя объяснить особенности пространственного и временного поведения озона и связанных с ним примесей. О том, что озон может быть использован в качестве трассера воздушных течений, известно уже давно. Однако на практике это его свойство до настоящего времени реализуется недостаточно эффективно. Основная сложность такого его использования состоит в том, что озон является фотохимически активной примесью. Его перенос сопровождается фотохимическим взаимодействием с другими составляющими атмосферы, и связанные с этим его изменения необходимо учитывать. Сделать это в общем виде практически пока невозможно из-за неопределенности многих факторов и коэффициентов реакций. Лучший возможный путь использования озона /и других атмосферных примесей/ для целей изучения динамики атмосферы состоит в отборе таких ситуаций и процессов, в которых фотохимия играет второстепенную роль и может быть довольно корректно описана на основе из-

ных волн.
Расчеты, выполненные в предыдущем разделе, показывают, что для большинства примесей их горизонтальное распределение в области волн обусловливается главным образом эффектами переноса. Фактически при достаточно больших значениях вертикальных градиентов ’йя.с/Эг распределение большинства измеряемых в настоящее время примесей можно описывать уравнением (з.п), полученным для случая консервативной
I
примеси. Отметим также, ЧТО при И-о |”дИ-оЛ>г | %/6о /что
часто выполняется/ предположение об адиабатичности обтекания необязательно
Таким образом, зная вертикальное распределение примеси в набегающем потоке, можно по измерениям /г' восстанавливать картину ламинарного обтекания препятствия /конкретно: определять вертикальные смещения линий тока/. Такой способ восстановления при больших вертикальных градиентах концентрации примеси и в условиях, когда волны имеют малую амплитуду или адиабатичность течения нарушается
[63], может быть более эффективным, чем восстановление по данным
измерений температуры и пульсаций скорости ветра.
Наблюдение концентрации примесей удобно проводить с борта самолета, совершающего горизонтальные полеты на разных высотах /либо вдоль линий тока/. При полете в области волн самолет частично увлекается вертикальными потоками воздуха. При полетах на высоте нескольких км вертикальные смещения самолета контролируют по измерениям давления. Изменения давления на трассе полета могут быть обусловлены двумя причинами: I) вертикальными смещениями самолета;
2) волновыми возмущениями давления, связанными с ускорением. Пусть вертикальное смещение линий тока в области волн описывается формулой (з.1). Тогда, воспользовавшись (3.8) и барометрической формулой, можно найти разность высот А2 в невозмущенном потоке, которой соответствует изменение давления, равное р' :