NOAA: Весна 2020 года приносит в Арктику редкую озоновую «дыру»
Наряду с мягкой зимой на большей части восточной части Соединённых Штатов и возвращением чего-то более похожего на настоящую зиму на Аляске, есть ещё кое-что, в чём можно обвинить полярный вихрь: редкая «дыра» в озоновом слое над Арктикой образовалась в феврале и марте 2020 г.
Стратосферный озоновый слой является естественным барьером для высокоэнергетического ультрафиолетового (УФ) излучения, которое может вызывать рак кожи и другие повреждения ДНК у людей, животных и растений. В конце 1970-х годов учёные обнаружили, что хлорфторуглероды (ХФУ), используемые в системах охлаждения и аэрозольных распылителях, повреждают озоновый слой. Открытие привело к международному договору о поэтапном отказе и в конечном итоге о прекращении их использования.
Хотя она не чета озоновой дыре, образующейся каждый год на Южном полюсе, арктическая дыра этого года является рекордной для Северного полушария. С тех пор как наблюдения за озоном начались в 1970-х годах, подобные события происходили только дважды, зимой 1996-97 и 2010-11 годов. В каждом случае экстремальная потеря озона была результатом неординарной погоды, характеризующейся более низкими температурами и большей изоляцией Арктики в конце зимы, чем обычно.
При чём здесь холод?
В нижних слоях атмосферы ХФУ инертны, но под воздействием ультрафиолетового излучения в стратосфере они распадаются, при этом образуются более химически активные газы. Процесс ускоряется в полярных стратосферных облаках, известных как серебристые («светящиеся ночью»), они образуются только при температуре ниже -78°C. В Арктике редко бывает так холодно, даже зимой. Вот почему, когда мы говорим об «озоновой дыре», мы обычно имеем в виду то, что происходит каждую весну над Южным полюсом, где такие температуры случаются регулярно.
Но зима 2019-2020 была крайне необычной, объяснил Крейг Лонг (Craig Long) из Центра климатического прогнозирования NOAA. «Низкие температуры в полярном регионе Северного полушария присутствовали всю зиму, и нарушения характера циркуляции не происходило», - сообщил он. «Были предыдущие годы, когда часть зимы была холодной, например, 2010-2011, но не всю зиму. Эта зима также интересна тем, что стратосфера и тропосфера были связаны на протяжении большей части зимы. Под этим я подразумеваю, что в полярной области (60–90° с.ш.) были холодные аномалии повсюду в тропосфере и стратосфере».
Обилие полярных стратосферных облаков в течение тёмных зимних месяцев способствовало созданию намного большего, чем обычно, резервуара активных побочных продуктов ХФУ. Когда Солнце вернулось в конце февраля и начале марта, разрушение озона происходило быстро.
Необычно для Арктики, но не так плохо, как настоящая озоновая дыра
Согласно спутниковым наблюдениям NOAA, самые низкие значения озона над Арктикой в марте были порядка 200 единиц Добсона. Анализ NASA обнаружил такие же низкие значения. Это важно для Арктики, но гораздо менее масштабно, чем дыра, которая образуется каждую весну над Антарктидой. Там эксперты классифицируют любое значение ниже 220 единиц Добсона как часть озоновой дыры, и площадь, соответствующая этому определению, достигает в среднем 21 миллиона квадратных километров. Местами уровни озона могут опускаться ниже 100 единиц Добсона.
Во всём виноват полярный вихрь
Ключом к пониманию того, почему озоновая дыра образуется каждый год в Антарктике, но редко в Арктике, является полярный вихрь. Полярный вихрь - это большой бассейн чрезвычайно холодного воздуха, окружённый кольцом яростных сильных западных ветров. Он возникает в верхней стратосфере на каждом полюсе зимой. Внутри вихря температура воздуха резко падает. Чем сильнее полярный вихрь и чем дольше он длится, тем холоднее становится воздух внутри.
Полярный вихрь ослабевает, когда его оттесняют снизу, что часто случается в Северном полушарии. Ниже стратосферы состояние атмосферы в Северном полушарии зависит от поверхности суши с неровной топографией. Подобно валунам в реке, эти препятствия могут генерировать в атмосфере волны, которые прорываются вверх в стратосферу. Волны замедляют или иногда даже останавливают полярный вихрь. Когда вихрь ослабляется, воздух внутри опускается и нагревается.
В Южном полушарии такие ситуации редки, потому что Южный полюс окружён относительно гладкой поверхностью огромного океана. Различия в физической географии означают, что полярный вихрь в южном полушарии сильнее, больше и стабильнее, чем в северном, и воздух там становится намного холоднее.
В нижней стратосфере, где происходит разрушение озона, полярный вихрь Северного полушария достигает среднего размера около 14 миллионов квадратных километров в конце января или начале февраля. В течение марта он быстро сокращается, и в среднем за год он полностью исчезает к 1 апреля. Этой зимой он достиг максимума около 19 миллионов квадратных километров в середине февраля и оставался на уровне более 15 миллионов квадратных километров до середины апреля (выше окончательное стратосферное сезонное потепление обычно происходит в середине апреля).
Удивительный прогноз: модели долгосрочного прогноза ожидали в этом году исключительный полярный вихрь
По словам эксперта по полярному вихрю Эми Батлер (Amy Butler) из лаборатории химических наук CIRES / NOAA, размеры и мощность полярного вихря этого года были действительно удивительными. Даже по состоянию на середину апреля ветры, окружающие вихрь, были настолько сильными, что воздух внутри не содержал озона, поскольку он был отрезан от обогащённого озоном воздуха из средних широт.
Но необычное поведение полярного вихря Северного полушария этого года, возможно, даже не самое интересное в этом событии.
«Удивительно, - говорит Батлер, - модели долгосрочного прогноза предсказывали это событие ещё прошлой осенью. Они даже предсказали сильную связь между стратосферой и тропосферой и сильное арктическое колебание», что привело к чрезвычайно мягкой зиме на востоке США.
«Независимо от того, что «видели» модели, - говорит Батлер, - должно быть что-то, что оказывает на модели столь длительное влияние, что-то вроде температуры поверхности моря в тропиках. Специалисты уже начинают исследования с целью выяснить, почему модели смогли так успешно запечатлеть это событие».
Тем временем эксперты по стратосферному климату будут наблюдать за Арктикой и задаться вопросом: когда же окончательно разрушится полярный вихрь этой зимы?
