Atmospheric Chemistry and Physics: Моделирование арктического озона в нижней тропосфере: процессы, контролирующие сезонные изменения
Предыдущие исследования, основанные на моделировании арктического тропосферного озона (O3), показали, что большинство атмосферных моделей по-прежнему испытывают трудности, особенно с учётом сезонных вариаций в прибрежных районах, что в первую очередь связано с недостаточной репрезентативностью описания химии брома в арктическом поверхностном слое. В данном исследовании для моделирования состояния арктического озона в нижней тропосфере в 2015 году использовались две независимые транспортно-химических модели: DEHM (датская полушарная эйлерова модель) и GEM-MACH (глобальная многомасштабная модель окружающей среды – моделирование качества и химии воздуха). Они были использованы для моделирования арктического O3 в нижней тропосфере в 2015 году с существенно более высоким горизонтальным разрешением (25 и 15 км соответственно), чем крупномасштабные модели в предыдущих исследованиях. Обе модели учитывают химию брома, но с различными механистическими представлениями источников брома из покрытых снегом и льдом полярных регионов: механизм источника брома из низовой метели в DEHM и механизм источника брома из снежного покрова в GEM-MACH. Результаты моделирования сравнивались с набором данных наблюдений в Арктике, включая ежечасные наблюдения с наземных станций и мобильных платформ (буёв и судов), а также профили озонозондов, чтобы оценить способность моделей воспроизводить концентрацию O3 в нижней тропосфере Арктики, в частности, в плане учёта сезонных колебаний и ключевых процессов, контролирующих эти колебания.
Обнаружено, что обе модели ведут себя весьма схожим образом вне весеннего периода и способны фиксировать наблюдаемый общий сезонный цикл O3 на поверхности и изменчивость синоптического масштаба, а также воспроизводить вертикальные профили концентрации O3 в Арктике. GEM-MACH (с механизмом источника брома в снежном покрове) смогла хорошо воспроизводить большинство наблюдаемых весенних событий истощения озонового слоя на побережье и буях, в то время как DEHM (с механизмом источника брома в низовой метели) смоделировала гораздо меньше таких событий. Настоящее исследование показывает, что процесс истощения O3 весной играет центральную роль в управлении сезонным циклом поверхностного O3 в центральной Арктике и что истощения озонового слоя, вызванные бромом, хотя и происходят наиболее заметно в нижних нескольких сотнях метров воздуха над Северным Ледовитым океаном, могут вызвать 5–7 % потери общего панарктического тропосферного содержания O3 весной. Модельные оценки также показали общее повышение панарктической концентрации O3 из-за выбросов лесных пожаров в северной бореальной зоне летом 2015 года; это повышение более существенно на больших высотах. Более высокие значения избытка O3 (ΔO3/ΔCO), обнаруженные на больших высотах по сравнению с поверхностными слоями атмосферы, указывают на более высокую эффективность фотохимического образования O3 на больших высотах в воздушных массах, затронутых пожарами. Модельные расчёты также показали увеличение концентрации NOy в Арктике из-за лесных пожаров; значительная часть NOy, образующегося в результате выбросов лесных пожаров, находится в форме полиакриламида (PAN), который переносится в Арктику, особенно на больших высотах, потенциально способствуя образованию там O3.
