ов умеренной зоны заносится в тропическую зону. Тогда будут наблюдаться два максимума: один свой, тропический (он выше), и второй за счет озона, занесенного из умеренных широт (он ниже). Это и воспринимается как разрыв. Разрыв расположен на 25о северной широты в октябре и 28о северной широты в мае.
В экваториальной зоне имеются линии сходимости воздушных течений. К северу и югу от экватора находятся северная и южная ветви внутритропической зоны конвергенции. Обе эти ветви сказываются на величине общего содержания озона в экваториальном поясе. Благодаря им здесь имеется тонкая структура, поскольку в месте прохождения каждой из ветвей общее содержание озона уменьшено. Естественно, что между этими областями, где расположены местные минимумы общего содержания озона, то есть на экваторе, общее содержание больше. На экваторе находится его наибольший максимум.
Тропическая зона южного полушария, так же как и тропическая зона северного полушария, характеризуется равномерным распределением общего содержания озона. Сама величина его в тропической зоне не велика (вдвое меньше, чем в полярной северной области). По мере удаления от тропической зоны по направлению к Южному полюсу общее содержание озона увеличивается. Оно достигает максимальной величины на широтах 50–60о южной широты. По мере дальнейшего продвижения к Южному полюсу общее содержание уменьшается. Пользуясь современной журналистской терминологией, в Антарктиде имеется озонная дыра. Наличие провала в общем содержании озона в Антарктиде достоверно подтверждается многолетними данными измерений озона, проводимыми на станции Амундсен-Скотт на Южном полюсе.
Широтное распределение общего содержания озона зависит от сезона. Это очень любопытно — происходит как бы перекачивание озона из одного полушария в другое в зависимости от сезона. В предлетнее равноденствие (март в северном полушарии) общее содержание озона больше, чем в предзимнее равноденствие (октябрь в северном полушарии). Соотношение в абсолютных единицах измерения такое: 331 и 278 Д. Е. Ясно, что общее содержание озона в обоих полушариях меняется так же, как меняются сезоны. Это значит, что когда (в марте) в северном полушарии имеется максимум в общем содержании озона, то в южном полушарии имеется минимум, и, наоборот, в октябре в северном полушарии имеется минимум общего содержания озона, а в южном полушарии в это время имеется его максимум. Соотношение между минимумом и максимумом в южном полушарии следующее: 274,9 Д.Е. в марте и 312,8 Д.Е. в октябре. Но несмотря на эту «перекачку» между полушариями, южное полушарие беднее озоном, чем северное. Его среднее общее содержание оценивается в 292,1 Д.Е., тогда как в северном полушарии эта величина равна 301,6 Д.Е.
Говоря о «перекачивании», мы должны отдавать себе отчет в том, что это только кажущийся эффект. На самом деле в зимней стратосфере больше озона. Мы видели, что максимум озона зависит от высоты. По мере понижения он смещается на какое-то время от зимы к лету. Чем ниже, тем больше это смещение (запаздывание). Когда измеряется общее содержание озона, то информация о распределении максимума озона с высотой теряется. Все суммируется. Поэтому и выясняется нечто среднее, срединное — март и октябрь. Таким образом, речь не идет об истинном «перекачивании» озона из одного полушария в другое в марте и октябре.
Общее содержание озона от случая к случаю может меняться очень значительно. Надо представлять себе, какими по величине могут быть эти изменения, как часто могут они появляться и где. В наше время очень много обсуждений значительного уменьшения озона в некоторых районах земного шара. Укажем, что и раньше не так уж редко наблюдались очень низкие величины общего содержания озона. Так, в 1942–1944 годах в Тромсе (Скандинавия) наблюдалось общее содержание озона, равное 68 Д. Е. Это примерно всего 10 % общего содержания, которое наблюдалось 15 марта 1974 года в Нагаево (Якутия).
Еще в 1965 году И. М. Долгин и Г. У. Каримова обсуждали проблему очень низких величин (180 Д.Е.) общего содержания озона в Арктике и Антарктике. Анализировались данные, полученные не только на озонометрах М-83, но и на более надежных приборах. Анализировались, в частности, и данные озонометрической станции Дюмон-Дюрвиль в Антарктике. Так что еще тогда были все основания говорить об озонных дырах (провалах) в Антарктиде и Арктике.
Мы уже упоминали о том, что озонометры иногда регистрируют выбросы, то есть величины общего содержания озона, которые намного больше обычных значений. Являются ли эти выбросы чем-то случайным или же отражают определенные физические процессы в атмосфере, которые приводят к столь значительным изменениям общего содержания озона? Конечно, выбросы не являются случайными. Когда холодная воздушная масса, в которой озона много, встречается с теплой воздушной массой, в которой озона мало, то измерения общего содержания озона могут показать как нормальные величины, так и очень высокие (за счет озона холодной воздушной массы). Иногда в течение нескольких дней подряд регистрируются очень высокие значения общего содержания озона.
В умеренных широтах зимой и весной теплые и холодные воздушные массы появляются примерно одинаково часто. Летом же холодные воздушные массы появляются здесь очень редко. Наблюдения действительно показывают, что зимой и весной (с ноября по апрель) в умеренных широтах изменчивость общего содержания озона небольшая. В это время условия для горизонтального переноса (адвекции) озона наиболее благоприятны, так как возникают наибольшие перепады общего содержания озона по широте. Динамические процессы в зимне-весенний период охватывают даже часть тропического пояса. Только вблизи самого экватора они не сказываются на общем содержании озона.
В тропическом поясе обнаружены периодические изменения общего содержания озона с периодом, равным примерно 26 месяцам. Поэтому эти периодические изменения озона назвали квазидвухлетней вариацией. Причиной этих изменений являются такие же периодические изменения в циркуляции атмосферы в этом широтном поясе. Стратосферный ветер на этих широтах меняет свое направление на противоположное с таким же периодом (примерно 26 месяцев).
Наибольшие значения общего содержания озона в экваториальных широтах наблюдаются тогда, когда западная фаза стратосферных ветров меняется на восточную. Смысл происходящего состоит в следующем. Фаза стратосферной циркуляции в тропическом поясе определяется степенью развитости субтропических стратосферных антициклонов, их наличием или отсутствием. При западной фазе циркуляции атмосферы в экваториальном поясе субтропические антициклоны более размыты и циклоническая циркуляция распространяется на все северное полушарие. Это способствует выносу озона из тропической стратосферы. Когда западная фаза меняется на восточную, усиливается зональная (направленная с запада на восток) циркуляция в последующем году. При этом вынос озона из тропиков уменьшается, поэтому его общее содержание увеличивается.
Описанные изменения как циркуляции в стратосфере, так и количества озона не являются строго периодическими. Собственно, это можно сказать и обо всех других процессах в околоземном пространстве и на Солнце. Поэтому такие изменения называют не периодическими, а циклическими. Цикличность в данном случае вопреки самому термину разрешает периоду изменять свою продолжительность (в некоторых пределах).
Анализ данных одной из самых долго работающих озонометрических станций — Ароза (Швейцария) показывает, что каждый год, начиная с 1980 года, среднегодовые значения общего содержания озона меньше, чем были за 60-летний период до этого. Это понижение в среднем составляет 4 Д. Е. Основное уменьшение озона происходит на высотах 18–22 км. Об этом свидетельствуют измерения над Пайерне. Одновременно содержание озона в тропосфере и на тропопаузе увеличивалось.
ЦИРКУЛЯЦИЯ АТМОСФЕРЫ И ОЗОН
Прежде чем рассмотреть, как движется воздух в земной атмосфере, полезно рассмотреть такой опыт. Наполним комнату или какую-нибудь камеру дымом для того, чтобы можно было наблюдать за движением воздуха (дым будет двигаться вместе с воздухом). Затем в одной части комнаты создадим вихри воздуха (дыма), закрученные в одну сторону, а в другой части комнаты — вихри дыма, закрученные в противоположную сторону. Известно, что движение воздуха (или другого газа), которое состоит из вихрей (вихри могут иметь разные размеры), является турбулентным. Имеется и другой тип движения газа — когда он движется ровной струйкой, без каких-либо завихрений. Такое движение называют ламинарным. Если скорость ламинарного движения увеличивается, то оно может превратиться в турбулентное. При этом ровная струйка дыма будет распадаться на отдельные колечки, завихрения. Установлен точный критерий тех условий, при которых совершается такой переход. Этот критерий записывают или так называемым числом Рэлея, или числом Ричардсона. Если число Рэлея превышает определенное критическое значение, то ламинарное течение превратится в турбулентное. Это критическое состояние перехода ламинарного течения в турбулентное определяется не только скоростью движения газа, но и его вязкостью. Если вязкость газа велика, то, естественно, образование вихрей происходит при меньших скоростях движения, нежели в тех случаях, когда вязкость газа мала.
Теперь вернемся к рассмотрению опыта с турбулентными движениями в комнате. Создадим посередине между двумя областями вихревых (турбулентных) движений движение воздуха в виде струи. Это струйное ламинарное течение воздуха будет разделять части комнаты, в которых имеется вихревое движение воздуха с противоположно закрученными вихрями. Затем будем поддерживать такую ситуацию как можно дольше, изменяя в возможных пределах скорости турбулентных движений и скорость воздушного струйного течения (но она все время должна быть меньше некоторого критического значения, чтобы не распасться и не образовать вихри).
Что дадут нам такие наблюдения? Главное из того, что мы увидим, — никогда воздушные вихри не пересекают ламинарного струйного течения воздуха. Эти течения являются своего рода неприкосновенными барьерами для турбулентных движений воздуха (или другого газа).