Во многих экспериментах измерялось не только количество озона и других малых составляющих атмосферы, но и температуры. Была установлена самая тесная связь между количеством озона в стратосфере и температурой воздуха там же. Оказалось, что характер изменения количества озона тесно связан с тепловым режимом стратосферы над Антарктидой.
В разные годы количество озона меняется по-разному, в соответствии с изменением теплового режима стратосферы. Так, например, в 1979 году в Антарктике имела место относительно ранняя перестройка теплового режима стратосферы, температура повысилась существенно еще до установления летнего режима температуры. Поэтому в октябре 1979 года над станцией Сева наблюдались высокие значения общего содержания озона, порядка 0,39 атм-см. Совсем иначе менялась стратосферная температура в Антарктике в следующем, 1980 году. Рост ее значительно отставал от наблюдаемого в 1979 году в те же календарные сроки. Температура достигла максимальной величины только в конце весеннего сезона. К этому времени достигло максимального значения и количество озона на высоте с атмосферным давлением, равным 50 гПа.
Образование и развитие озонной дыры в Антарктиде наблюдали английские ученые и в 1987 году. Они проводили измерения на своей антарктической станции Хэлли-Бей. Озон измерялся приборами, которые поднимались в стратосферу на шарах-зондах (баллонах). За период с апреля по ноябрь 1987 года было проведено более 60 запусков баллонов. Из них 50 проводили измерения в период развития озонной дыры с августа по октябрь.
Измерение озона в антарктической стратосфере проводилось и на четырех советских озонометрических станциях. На станции Молодежная проводились ракетные измерения высотных профилей концентраций озона одновременно с измерением общего содержания озона наземными озонометрами.
Результаты измерений общего содержания озона на станции Молодежная (68о южной широты, 45о западной долготы) наземным озонометром в период с мая по ноябрь 1987 года подтвердили существование там в весеннее время значительного понижения в общем содержании озона на высотах 14–18 км. Измерения на другой советской озонометрической станции в Антарктиде (Новолазаревская) также показали наличие озонной дыры в весенний сезон. Общее содержание озона понижалось временами до 160 Д.Е.
Были также проанализированы данные измерений озона, проводимых на третьей озонометрической антарктической советской станции — Мирный (67о южной широты, 93о восточной долготы) в период с 1979 по 1986 год. Анализ показал, что в продолжение указанного периода весенние величины общего содержания озона от года к году уменьшались. В весенний для Антарктики месяц октябрь это уменьшение достигало примерно 7 % в год. В летнее время (январь) это уменьшение было меньше, всего около 1 % в год.
Сама озонная дыра, регистрация которой проводилась на станции Мирный, характеризовалась тем, что весной общее содержание озона уменьшилось примерно на 25 %. Это средняя величина за весь период с 1976 по 1985 год. В другие сезоны уменьшение общего содержания озона, измеренное на этой стадии за указанный период, составляло 5 — 10 %. Это примерно соответствует тому, что наблюдали англичане на своей станции Хэлли-Бей, что и позволило им первыми в мире в 1985 году заявить о существовании озонной дыры в Антарктиде. О результатах наблюдений озонной дыры на советской озонометрической станции было очень кратко (в примечании) сообщено только в 1987 году. Почему?
Данные измерений показывают, что накануне образования озонной дыры, в первой декаде августа, нижняя стратосфера была спокойной. Максимальное количество озона наблюдалось на высоте 16,5 км. Оно соответствовало парциальному давлению, равному 170 нбар. В последнюю неделю августа появились первые признаки озонной дыры, то есть понижение количества озона. С 29 августа понижение парциального давления озона прогрессировало вплоть до 11 сентября, когда значительное уменьшение озона охватило нижнюю стратосферу. В последующие 10 суток (с 11 по 21 сентября) существенных изменений в высотном распределении озона приборы не регистрировали. Но после этого спокойного периода с 23 сентября распределение озона по высоте стало существенно изменяться: между уровнями с давлением 120 нбар и 50 нбар появился глубокий одинокий минимум в количестве озона. С 28 по 30 сентября этот минимум не наблюдался. И только с 7 по 13 октября количество озона значительно уменьшилось на всех высотах. Практически до конца октября приборы регистрировали очень низкие величины как горизонтального давления озона, так и отношения смеси. Последующие измерения показали, что минимум озона был ясно виден еще 23 ноября. О том, насколько изменилось количество озона, говорят такие данные измерений. До 28 августа, то есть до начала образования озонной дыры, общее содержание озона находилось в пределах 265–305 м-атм-см. В период от конца сентября до конца октября это значение упало ниже 200 м-атм-см, а в отдельные дни октября даже ниже 150 м-атм-см. Это значит, что количество озона в эти дни уменьшилось вдвое! Приборы измеряли не только общее содержание озона, но и его распределение по высоте. Эти данные измерений показывают, что уменьшение озона происходило главным образом на высотах между 13 и 22 км. В этом слое разрушается около 80 % озона, а на высоте наибольшего понижения разрушается практически весь озон. Отсюда следует очень любопытный вывод. Если в будущем разрушение озона не будет в заметном количестве происходить на других высотах, а только в указанном слое между 13 и 22 км, то общее содержание озона в последующие годы не будет уменьшаться катастрофически сильнее, чем в 1987 году, так как в этом поясе озон уже разрушится почти полностью.
По данным измерений озона на ст. Мак-Мердо (приборы поднимались на шарах-зондах), было проведено сравнение характеристик озонных дыр весной 1986 и 1987 годов. Данные измерений, полученных в 33 полетах шаров-зондов весной 1987 года, показали существенные различия в развитии и заполнении озонных дыр в указанные годы. Так, озонная дыра зарождалась в сентябре, а в октябре высота уровня с пониженным количеством озона постепенно уменьшалась. В 1986 году пониженное количество озона (озонная дыра) наблюдалось на высотах 12–20 км, тогда как в 1987 году дыра расширилась вверх до 23 км. В 1987 году озонная дыра увеличилась не только по высоте. Она, кроме того, стала глубже, то есть дефицит озона стал еще больше. Максимальное понижение количества озона наблюдалось на высоте 18 км. В 1987 году образование озонной дыры происходило более бурно и результативно, всего за 14 дней в сентябре. В 1986 году на образование дыры ушло 25 суток. В 1987 году озонная дыра не только быстрее образовалась, но и дольше существовала. Она заполнилась на 3–4 недели позднее, нежели в 1986 году.
По данным измерений на этой же станции, были сравнены концентрации малых атмосферных составляющих, которые оказывают влияние на количество озона (NO2, OClO, BrO). Измерялся, естественно, и сам озон. Проведенные измерения показали, что наибольшее количество NО2 имеется на высотах вблизи 30 км. С наступлением весны в Антарктике (в продолжение сентября) количество NО2 систематически увеличивается. Это увеличение NО не случайно совпадает с уменьшением количества озона, то есть с формированием и развитием озонной дыры. NО2 увеличивается за счет поступающего в продолжение зимы нечетного азота.
Основное количество OClO находится на тех же высотах, что и озон, то есть вблизи 20 км. Образование OClO происходит под действием солнечного излучения. Поэтому вечером его количество больше, чем утром. Различие между годами 1987-м и 1986-м состояло прежде всего в том, что в 1987 году температура стратосферы была ниже, чем в 1986 году. Поэтому там более эффективно шел процесс образования стратосферных облаков и другие процессы, способствующие уменьшению количества озона. В результате и содержание в столбе OClO в вечерние сумерки весной 1987 года было существенно больше, чем в такое же время 1986 года. Измерения BrO показали, что наибольшее его количество находится вблизи высоты 15 км. Количество BrO зависит от зенитного угла Солнца: чем больше зенитный угол, тем больше BrO.
Измерения озона проводятся с 1962 года на американской станции Южный Полюс. Измерения дают информацию как об общем содержании озона, так и о его распределении по высоте. Были проанализированы данные за весь многолетний период наблюдений. Анализ показал, что степень понижения озона на станции Южный Полюс в весенний сезон 1987 года была беспрецедентно высокой. В октябре 1987 года общее содержание озона составляло всего 141 Д.Е., тогда как средняя величина за период с 1964 по 1979 год равнялась 292 Д.Е. С наступлением лета в 1987 году восстановление озона на станции сильно задержалось по сравнению с предыдущими годами. Поэтому общее содержание озона над станцией Южный Полюс было очень низким (184 Д.Е.). Укажем для сравнения, что за 1964–1974 годы эта величина в среднем составляла 351 Д. Е. Анализ высотных профилей озона показал, что уменьшение озона в 1987 году имело место на высотах 12–22 км. Наибольшее уменьшение наблюдалось на высоте 16 км.
Детальные наблюдения озонных дыр в Антарктике были выполнены с помощью приборов, установленных на спутнике США «Нимбус-VII». Данные этих измерений показали, что понижение озона происходит в нижней стратосфере, на тех уровнях, где имеется максимум концентрации О3. Спутниковые измерения озона показали, что озонная дыра в Антарктике окружена циркумполярным максимумом озона, который приходится на широты 40–60о южной широты. Показано, что в ноябре минимум озона увеличивается и перемещается от полюса на юго-запад Тихого океана или в Южную Атлантику. Это смещение происходит по мере того, как циркумполярный максимум вторгается на полюс.
Исследовалось изменение озона в Антарктике за 1979–1987 годы. Анализ данных наблюдений показал, что характер изменения озона в последние годы (после 1983 года) не такой, как до этого. В период после 1983 года уменьшение озона значительно больше, то есть озонная дыра больше.