Studiuj dzięki licznym zasobom udostępnionym na Docsity
Zdobywaj punkty, pomagając innym studentom lub wykup je w ramach planu Premium
Przygotuj się do egzaminów
Studiuj dzięki licznym zasobom udostępnionym na Docsity
Otrzymaj punkty, aby pobrać
Zdobywaj punkty, pomagając innym studentom lub wykup je w ramach planu Premium
Społeczność
Odkryj najlepsze uniwersytety w twoim kraju, według użytkowników Docsity
Bezpłatne poradniki
Pobierz bezpłatnie nasze przewodniki na temat technik studiowania, metod panowania nad stresem, wskazówki do przygotowania do prac magisterskich opracowane przez wykładowców Docsity
W raporcie przedstawiono analizę stanu warstwy ozonowej i poziomu promieniowania. UV-B na podstawie pomiarów wykonanych w IMGW-PIB i IGF PAN w 2019 roku.
Typologia: Prezentacje
1 / 31
Ta strona nie jest widoczna w podglądzie
Nie przegap ważnych części!
Główny Inspekt o rat Ochrony Środowiska
Warszawa, 2020
obawie o dalszy los warstwy ozonowej podpisano w 1987 roku Protokół Montrealski (PM), a po szeregu rewizji w kolejnych latach wytwarzanie freonów i halonów zostało zakazane. Pomiary atmosferyczne potwierdzają skuteczność PM w zmniejszaniu ilości substancji szkodliwych dla warstwy ozonowej. Konwencja Narodów Zjednoczonych o ochronie warstwy ozonowej z 1985 r. (Dz. U. z 1992 r. Nr 98, poz. 488) i Protokół Montrealski dotyczący ograniczenia emisji substancji niszczących warstwę ozonową z 1987 r. wraz z uzupełnieniami (Dz. U. z 1992 r. Nr 98, poz. 490), których Polska jest sygnatariuszem, nakładają obowiązek monitorowania stanu warstwy ozonowej i natężenia promieniowania nadfioletowego przy powierzchni Ziemi. W raporcie przedstawiono analizę stanu warstwy ozonowej i poziomu promieniowania UV-B na podstawie pomiarów wykonanych w IMGW-PIB i IGF PAN w 2019 roku.
Całkowita zawartość ozonu
Pomiary całkowitej zawartości ozonu wykonywane są od 1963 roku w Centralnym Obserwatorium Geofizycznym PAN w Belsku przy pomocy spektrofotometru Dobsona, a od 1992 roku, równolegle, spektrofotometru Brewera. Przebieg średnich wartości dziennych całkowitej zawartości ozonu w atmosferze w poszczególnych miesiącach przedstawia Rys.1, gdzie czerwona linia – średnie dzienne całkowitej zawartości ozonu w 2019 r., linia czarna – wieloletnia (1963-2018) średnia dzienna całkowitej zawartości ozonu, linia niebieska – odchylenie o ±10% od wieloletniej średniej dziennej. Analiza danych o całkowitej zawartości ozonu uzyskanych przy pomocy spektrofotometru Dobsona pozwala stwierdzić, że w 2019 r. średnie miesięczne wartości całkowitej zawartości ozonu w Belsku były wyższe od średniej wieloletniej z lat 1963- tylko w maju 1,1% i lipcu 1,7%. Ujemne odchylenia średniej miesięcznej całkowitej zawartości ozonu od średniej wieloletniej zaobserwowano w styczniu 0,9%, lutym 6,7%, marcu 0,5%, kwietniu 7,1%, czerwcu 7,1%, sierpniu 1,6%, wrześniu 2,4%, październiku 4,5%, listopadzie 5,6% i grudniu 3,9% (Rys.2).
Roczny przebieg całkow itej zaw artość ozonu w Belsku w 2019 roku
200
250
300
350
400
450
500
1 21 41 61 81 101 121 141 161 181 201 (^221 241 261 281 301 321 341) Dzień 361
[D] (^) Wieloletnie średnie dzienne (1963-2018) +/-10% Średnie dzienne 2019 (Dobson) Wieloletnie średnie dzienne (1963-2018)
Rys.1. Roczny przebieg średnich dziennych całkowitej zawartości ozonu, Belsk 2019 roku.
Odchylenie od średniej wieloletniej (1963-2018 ) średnich miesięcznych całkowitej zawartości ozonu w 2019 roku
0
1
2
3
I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Miesiące
[%]
Rys.2. Odchylenie od średniej wieloletniej (1963-2018) średnich miesięcznych całkowitej zawartości ozonu w 2019 roku
Przez cały 2019 rok wykonywano również pomiary całkowitej zawartości ozonu przy pomocy spektrofotometru Brewera. Wartości średnie dzienne całkowitej zawartości ozonu uzyskiwane są z pomiarów, dla których rozrzut nie przekracza 2,5 D.
ostatnich latach wydaje się, że średnie wartości CZO 3 oscylują wokół pewnego ustalonego poziomu bez wyraźnego trendu, a w okresie jesiennym po 2010 r. pojawia się słaba tendencja wzrostowa. W 2019 r. średnia CZO 3 dla sezonu letniego (319 D) była około 2,4% niższa niż wieloletnia norma (327 D) dla tego okresu. W tej sytuacji przy braku zachmurzenia poziom promieniowania UV-B przy powierzchni Ziemi był nieznacznie wyższy (około 3%) niż wieloletnia norma. Typowe wartości CZO 3 w sezonie letnim wskazują, że wcześniej w sezonie zimowym nie obserwowano wartości CZO 3 znacznie poniżej wieloletniej (1963-
Rys. 4. Średnie sezonowe całkowitej zawartości ozonu uzyskane z pomiarów spektrofotometrem Dobsona w COG IGF PAN, Belsk, w okresie 1963-2019.
(^280) 1960 1964 1968 1972 1976 1980 1984 1988 1992 1996 2000 2004 2008 2012 2016 2020
300
320
340
360
380
400
420
280
300
320
340
360
380
400 [D]^ ZIMA (GRUDZIEŃ - STYCZEŃ - LUTY) [D]^420
(^280) 1960 1964 1968 1972 1976 1980 1984 1988 1992 1996 2000 2004 2008 2012 2016 2020
300
320
340
360
380
400
420
280
300
320
340
360
380
400 [D]^ WIOSNA (MARZEC - KWIECIEŃ - MAJ)^ [D]^420
(^280) 1960 1964 1968 1972 1976 1980 1984 1988 1992 1996 2000 2004 2008 2012 2016 2020
300
320
340
360
380
400
420
280
300
320
340
360
380
400 [D]^ LATO (CZERWIEC - LIPIEC- SIERPIEŃ)^ [D]^420
(^260) 1960 1964 1968 1972 1976 1980 1984 1988 1992 1996 2000 2004 2008 2012 2016 2020
280
300
320
340
360
380
400
420
260
280
300
320
340
360
380
400 [D]^ JESIEŃ (WRZESIEŃ - PAŹDZIERNIK- LISTOPAD)^ [D]^420
(^280) 1960 1964 1968 1972 1976 1980 1984 1988 1992 1996 2000 2004 2008 2012 2016 2020
300
320
340
360
380
400
420
280
300
320
340
360
380
400 [D]^ ROK (STYCZEŃ - .... - GRUDZIEŃ) [D]^420
rozkłady całkowitej zawartości ozonu: z dnia 26 marca 2019 pokazujący duże zróżnicowanie pola całkowitej zawartości ozonu nad Europą Środkową związane z cyrkulacją powietrza oraz z dni 19 i 20 czerwca 2019 pokazujące ujemne anomalie całkowitej zawartości ozonu nad Polską.
Rys. 6. Całkowita zawartość ozonu (D) w dniach 26 marca oraz 19 i 20 czerwca 2019 r., wyznaczona z danych OMPS/SNPP.
Pionowy rozkład ozonu
Serie pomiarów wykonywanych w świetle rozproszonym pochodzącym z niezachmurzonego zenitu przy odległościach zenitalnych Słońca 60^0 – 90 0 umożliwiają wyznaczenie rozkładu pionowego ozonu tzw. metodą Umkehr. Wyniki pomiarów z tych serii,
po wstępnym opracowaniu w Belsku, wysyłane są do Centrum Danych Ozonowych w Kanadzie, gdzie profile ozonu wyznaczane są z tego rodzaju obserwacji dla całej sieci światowej pomiarów spektrofotometrycznych. Ze względu na wymagania pogodowe (około 3,5 godzin bezchmurnej pogody) liczba serii pomiarów Umkehr zmienia się znacznie z roku na rok. W 2019 roku wykonano 147 serii pomiarowych przy pomocy spektrofotometru Dobsona pozwalających wyznaczyć pionowy rozkład ozonu metodą Umkehr (w tym 32 pomiarów zwanych „krótki Umkehr”). Na Rys.7 przedstawiono interesujące przykłady zmian zawartości ozonu w poszczególnych umkehrowskich warstwach atmosfery. Jak widać zmiany te w odniesieniu do średniej wieloletniej 1963-2018 (linia niebieska) są najbardziej spektakularne w dolnej stratosferze i w troposferze. Niestety, w metodzie Umkehr zawartości ozonu wyznaczone w najniższych warstwach są najmniej wiarygodne. Na Rys.7 można zauważyć znacznie większą zmienność średnich zawartości ozonu w dolnej stratosferze w okresie zimowo- wiosennym w porównaniu do lata. Ponadto profile ozonu w poszczególnych dniach mogą znacznie odbiegać od średnich wieloletnich, zarówno co do wartości w poszczególnych warstwach jak i wysokości wystąpienia maksimum ozonu. Należy dodać, że zmiany profilu ozonu przy ustalonej całkowitej zawartości ozonu są jednym z czynników wpływających na wielkość natężenia promieniowania UV-B docierającego do powierzchni Ziemi. Dane ozonowe ze stacji dysponującymi długimi, ciągłymi i wiarygodnymi seriami pomiarowymi są szczególnie cenione w analizach statystycznych, mających na celu poznanie zmian zawartości ozonu na różnych wysokościach w atmosferze. W Europie są tylko trzy stacje wykonujące spektrofotometryczne pomiary rozkładu pionowego ozonu metodą Umkehr, w których tego typu pomiary wykonywane są ponad dwadzieścia lat. Należy do nich Belsk z ponad 50-letnią zrewaloryzowaną serią pomiarową. Wyniki pomiarów rozkładu pionowego ozonu metodą Umkehr w Belsku są szeroko stosowane w najpoważniejszych analizach statystycznych i metodycznych .
obserwowanym spadkiem zawartości w troposferze i stratosferze substancji niszczących warstwę ozonową. Badanie zmienności trendu w profilu pionowym ozonu jest szczególnie interesujące bowiem uważa się, że naprawa warstwy ozonowej rozpocznie się od obszarów w wysokiej stratosferze, gdzie zmiany w procesach chemicznej destrukcji ozonu są najłatwiejsze do zaobserwowania, wobec ograniczonego wpływu zmian w dynamice atmosfery i jej składzie chemicznym (np. wzrost CO 2 ) na koncentrację ozonu na tych wysokościach (Newchurch i inni, 2003).
Rys. 8. Odchyłki średnich wiosennych (marzec-kwiecień-maj) od średniej wieloletniej zawartości ozonu w wybranych warstwach atmosfery z pomiarów Umkehr spektrofotometrem Dobsona w Belsku (1963-2019). Profil ozonu wyznaczono stosując algorytm UMK04. (a) troposfera i dolna stratosfera 0-22km, (b) średnia stratosfera 22-27km, (c) wysoka stratosfera 32,5-37,5 km, (d) cała kolumna atmosfery Na Rys.8. przedstawiono przebiegi średnich sezonowych (marzec-kwiecień-maj) zawartości ozonu w wybranych warstwach atmosfery (troposfera + dolna stratosfera, środkowa stratosfera, górna stratosfera, cała kolumna atmosfery) z pomiarów Umkehr
1962 1966 1970 1974 1978 1982 1986 1990 1994 1998 2002 2006 2010 2014 2018 2022 -20-15 Rok
- -
0
5
10
15
20
25
30
-** -
0
5
10
15
20
25
30
Odchyłki od Średniej Wieloletniej (% Średniej Wieloletniej)
(a)
Troposfera + Dolna Stratosfera (0 -22km) (%)
962 1966 1970 1974 1978 1982 1986 1990 1994 1998 2002 2006 2010 2014 2018 2022
Rok -20-
- -
0
5
10
15
20
25 (b)^30
Średnia Stratosfera (22-27 km) (%)
1962 1966 1970 1974 1978 1982 1986 1990 1994 1998 2002 2006 2010 2014 2018 2022 -20-15 Rok
- -
0
5
10
15
20
25
30
-** -
0
5
10
15
20
25
30
Odchyłki od Średniej Wieloletniej (% Średniej Wieloletniej)
(c)
Górna Stratosfera (32.5-37.5km) (%)
962 1966 1970 1974 1978 1982 1986 1990 1994 1998 2002 2006 2010 2014 2018 2022
Rok -20-
- -
0
5
10
15
20
25 (d)^30
Całkowita Zawartość Ozonu (%)
spektrofotometrem Dobsona w Belsku. Profile ozonu na Rys.8 uzyskano stosując nową udoskonaloną procedurę wyznaczania rozkładu pionowego ozonu metodą Umkehr, UMK04, która jest zalecana przez Centrum Danych Ozonowych w Toronto (Kanada). Długookresowa zmienność ozonu w wybranych warstwach atmosfery wyznaczona przy użyciu „starego” algorytmu, UMK92, jest praktycznie taka sama jak ta uzyskana z zastosowaniem „nowego” algorytmu. Stanowi to potwierdzenie wyznaczonego kierunku zmian zawartości ozonu w tych warstwach. Przebiegi wygładzonych zmian zawartości ozonu w sezonach wiosennych (1963-
Niszczenie ozonu powodowane przez NOx może się rozpoczynać jeszcze w czasie zimy i/lub na wiosnę, kiedy słabnie wir polarny. 19 czerwca obserwowano obniżone koncentracje ozonu w średniej stratosferze (Rys. 9 ). Źródłem masy dla tego ubytku był rejon kanadyjskiej Arktyki (Rys. 11). Na niższych wysokościach w warstwie UTLS transport naturalnie niskich koncentracji ozonu w powietrzu uniesionym z dolnej atmosfery ze zwrotnikowej części Oceanu Atlantyckiego. Sumowanie ubytków ozonu na różnych wysokościach w stratosferze może stanowić zagrożenie wysokim poziomem promieniowania UV-B, tym bardziej jeśli występuje u progu lata.
0 5 10 15 20 25 O3[mPa]
10 0
10 1
10 2
10 3
Pressure [hPa]
2019-02-07 (t) , deviation : -18% , CF : 0.
Integrated O3 : 294.7 D Residual : 23.5 D Total : 318.2 D median all obs. t ± 7 days 5-95 % all obs. t ± 7 days
0 5 10 15 20 25 O3[mPa]
10 0
10 1
10 2
10 3
Pressure [hPa]
2019-03-20 (t) , deviation : -15% , CF : 1.
Integrated O3 : 284.9 D Residual : 22.0 D Total : 306.9 D median all obs. t ± 7 days 5-95 % all obs. t ± 7 days
0 2 4 6 8 10 12 14 16 O3[mPa]
10 0
10 1
10 2
10 3
Pressure [hPa]
2019-06-19 (t) , deviation : -12% , CF : 1. Integrated O3 : 263.8 D Residual : 29.3 D Total median all obs. t ± 7 days : 293.1 D 5-95 % all obs. t ± 7 days
0 5 10 15 20 O3[mPa]
10 0
10 1
10 2
10 3
Pressure [hPa]
2019-12-04 (t) , deviation : -22% , CF : 0.
Integrated O3 : 227.6 D Residual Total : 18.1 D: 245.7 D median all obs. t ± 7 days 5-95 % all obs. t ± 7 days
Rys. 9. Sondaże w Legionowie z ubytkami ozonu w stratosferze w 2019 roku.
Rys. 10. Procentowe odchylenia całkowitej zawartości ozonu nad półkulą północną, od odpowiednich średnich miesięcznych wieloletnich nad półkulą północną, na podstawie danych satelitarnych GOME-2 i obserwacji naziemnych
Podczas ostatniej zimy (2019/2020) w stratosferze na półkuli północnej panowały wyjątkowe warunki meteorologiczne. Ekstremalnie niskie temperatury (Rys. 1 2 ) stwarzały dogodne warunki do katalitycznego rozpadu ozonu we wnętrzu wiru polarnego. 4 grudnia 2019 r. chłodne powietrze nad Legionowem na wysokości 25km przemieszczało się na trajektorii wstecznej w oświetlonych rejonach (Rys. 11 ). Nad Skandynawią anomalia CZO 3 była znacznie większa niż nad Polską (Rys. 10 ). Ponad 30% ubytek CZO 3 w centrum anomalii połączony był z ekstremalnie niską temperaturą (184K) na wysokości 25km (Rys 11 ). Poniżej granicznej wartości 185K mogą się formować lodowe polarne chmury stratosferyczne PSC (Rys 12). Duża ilość chloru gromadząca się na powierzchniach lodowych kryształów PSC prowadzi do szybkiej destrukcji ozonu. Podczas zimy 2019/2020 w stratosferze na półkuli północnej powstały warunki meteorologiczne podobne do tych, które co roku prowadzą do powstawania wiosennej dziury ozonowej nad Antarktydą.
Rys. 12. Najniższe temperatury w stratosferze nad półkulą północną na północ od 50 równoleżnika na powierzchni 50hPa; kolor niebieski w sezonie zimowym 2018/2019, czerwony – 2019/2020.
Tendencje zmian zawartości ozonu w stratosferze nad Legionowem
1995 2000 2005 2010 2015 2020 years
180
200
220
240
260
280
300
320
O3 {DU]
Seasonal variability of O3 amounts above Legionowo (ozonopause to 30km) XII-II III-V VI-VIII IX-XI I-XII
Rys. 13. Sezonowa zmienność zawartości ozonu stratosferze do wysokości 30km w okresie spadku ilości substancji niszczących warstwę ozonową
Niekontrolowana przez kilkadziesiąt lat antropogeniczna emisja związków CFC (freony) i halonów doprowadziła do powstawania wiosennej dziury ozonowej nad Antarktydą, każdego roku od wczesnych lat 80 XX w., i mniejszych ubytków ozonu w niższych szerokościach geograficznych. W wyniku działań Protokołu montrealskiego z 1987 roku i jego uzupełnień w kolejnych latach efektywne nasycenie atmosfery substancjami niszczącymi związkami chloru w umiarkowanych szerokościach geograficznych stopniowo spada od ostatnich lat XX w. Po latach dużych spadków ozonu w Polsce i na świecie oczekiwana jest zmiana kierunku trendu CZO 3. Zawartość ozonu w stratosferze można obliczyć wykorzystując pojęcie tropopauzy chemicznej (ozonopauzy). Ozonopauza stanowi dolną granicę bogatego w ozon powietrza stratosferycznego, ze stosunkiem zmieszania ozon/powietrze powyżej 100ppbv. W pracy do obliczenia poziom ozonopauzy wykorzystano definicję Bethan i in. (1996). Do zbadania tendencji zmian zawartości ozonu w stratosferze nad Legionowem obliczono scałkowaną zawartość ozonu w sondażach od poziomu ozonopauzy do wysokości 30km. Ograniczenie do tej wysokości jest uzasadnione, ponieważ
