Légköri kutatások: ózonréteg-csökkenés és éghajlatváltozás Európában - a tudomány spektruma
Légköri kutatások: ózonréteg-csökkenés és éghajlatváltozás Európában
Az elmúlt években egyáltalán nem voltak valódi telek "- ez egy általános kijelentés. A klimatológusok megerősíthetik, hogy" korábban "(a hatvanas években) a Közép-Európa feletti tél hidegebb volt. Természetes éghajlati ingadozások, amelyek a világ teljes régióit érinthetik, fontos szerepet játszik a hidegebb vagy melegebb évtizedek előfordulásában. Egy ilyen többéves éghajlati ingadozás egyik példája az El Niño déli oszcilláció (ENSO) néven ismert. Az Egyenlítői Csendes-óceán és a légáramok összekapcsolódása befolyásolja a Csendes-óceán déli részének időjárását. és Észak-Amerika.
Hasonló örökös ingadozás tapasztalható az európai éghajlat tekintetében: az Észak-atlanti Oszcilláció (NAO), amely különösen a téli félévben hat az éghajlatra. Az egész észak-atlanti térség hőmérséklet-változásával társul, és számos fontos légköri, óceáni és ökológiai változóban nyilvánul meg, például a tenger felszínének hőmérsékletében, a csapadék mennyiségében és a vegetációs időszakok hosszában. A meteorológusok olyan indexet használnak, amelyet az izlandi alacsony és az Azori-szigetek magas nyomáskülönbsége határoz meg. A magas NAO index nagy nyomáskülönbségnek felel meg. Ennek eredményeként az Atlanti-óceán felett a hosszú távú átlagnál erősebb szél fúj, és az óceán által felmelegített ólomlevegő az európai kontinensre vezet. Ilyen években a közép- és észak-európai tél viszonylag enyhe. Ha a NAO index alacsony, akkor Izland és az Azori-szigetek között kicsi a légnyomás-különbség. Az Atlanti-óceán felől érkező meleg nyugati áram helyett télen egyre inkább uralkodik az Oroszországból Közép-Európába tartó hideg áramlás, amely fagyos hőmérsékletet biztosít.
Az észak-atlanti légnyomás-eloszlás következményei
Az észak-atlanti oszcilláció az elmúlt harminc évben egyre pozitívabb szakaszokra mutat tendenciát. Így hozzájárult mind az Európában megfigyelt felmelegedéshez, mind az egyéb éghajlati változók trendjeihez. De ez még nem minden: amint megmutattuk, az NAO befolyásolja az ózonréteg vastagságát is, amely megvédi a földi életet a nap káros UV-sugárzásától. (Geophysical Research Letters, 27. évf., 1131).
Az Antarktisz feletti ózonlyuk az 1980-as évek közepe óta szinte minden ősszel új rekordjelentéseket hozott létre. Szélességeinken is az ózonréteg - bár kevésbé látványosan - elvékonyodott. Az 1970-es évek óta megfigyelt ózoncsökkenés nagyjából megfelel az ózonréteget lebontó anyagok, például a klór-fluorozott szénhidrogének (CFC) hatásainak, amelyek kémiai modellekből származhatnak.
Néhány megmagyarázhatatlan eltérés volt azonban a modellek állításaitól is. Az 1978 és 1991 közötti időszakban például az ózonréteg évtizedenként öt százalékos csökkenését találták az Arosa svájci mérőállomáson márciusban. Izland felett (reykjaviki mérőállomás) viszont az ózonréteg egyáltalán nem csökkent ugyanabban az időszakban, sőt növekedni látszott. Ez egyértelműen ellentmond a kémiai modellek állításainak, miszerint az ózonréteg csökkenésének nagyobb szélességi fokon kell lennie, mint az alpesi régióban. Hogyan magyarázható ez a kontraszt?
Mint megállapítottuk, a légkör dinamikájának változásaihoz kapcsolódik, amelyek az NAO-hoz kapcsolódnak, és amelyeket még nem vettek figyelembe. Fontos szerepet játszik az úgynevezett tropopauza helye. Ez egy körülbelül nyolc-tíz kilométeres magasságú légréteg, amely elválasztja az ózonszegény troposzférát, amelyben a napi időjárás zajlik, az ózonban gazdag sztratoszférától. A tropopauza pontos magassága az időjárástól függően felfelé vagy lefelé tolódhat. Ez a mozgás a tropopauza nyomásának, vagyis a tropopauza feletti területenkénti légtömeg változásának felel meg.
Alacsony nyomású területen a tropopauza mélyebb a normálnál, ezért több sztratoszférikus és kevésbé troposzférikus levegő van egy oszlopban, amely a talajtól a légkör tetejéig terjed. Mivel a sztratoszféra levegője több ózont tartalmaz, a teljes ózonkoncentráció alacsony nyomású területen magasabb, mint a nagy nyomású területen. Gordon M. B. Dobson és munkatársai már 1929-ben kimutatták, hogy a teljes ózon napi változása a középső szélességi fokokon erősen függ a legmagasabb és alacsonyabb szintek eloszlásától.
Ez az érvelés alkalmazható a hosszú távú éghajlatváltozásra is. A télen az észak-atlanti régió feletti légnyomás-eloszlás meghatározásával az NAO befolyásolja a tropopauza átlagos helyzetét Európa különböző területein is. Ha az izlandi alacsony szint kifejezetten pozitív NAO-indexű években, akkor az Atlanti-óceán északi részén található tropopauza az átlagnál alacsonyabb. Ezzel szemben Közép-Európában a helyzet éppen fordított. A légnyomás itt meghaladja az átlagot, így a tropopauza magasabb, mint a hosszú távú átlag. Ennek megfelelően pozitív NAO-indexű években az Atlanti-óceán északi részén az ózonkoncentrációnak különösen magasnak kell lennie, míg Közép-Európában különösen alacsonynak kell lennie.
Ennek az elméleti elvárásnak a teszteléséhez értékeltük az Arosa ózonmérési sorozatot. Ez a leghosszabb a világon. Mivel az 1930-as évek elején kezdődik, egy olyan időszakra nyúlik vissza, amikor még nem voltak ózonréteget lebontó CFC-k. Ezenkívül elemeztük a reykjaviki állomás ózonméréseit.
Az eredmény egyértelmű volt: a pozitív NAO-indexű években kevesebb teljes ózont regisztráltak Arosában, mint a negatív NAO-indexű években; Ezzel szemben a reykjaviki állomás ózonszintje magasabb az évek során, pozitív NAO-index és alacsonyabb ózonszint a negatív NAO-indexben.
Antropogén részarány az ózonréteg lebomlásában
Ennek megfelelően a teljes ózonszint elméletileg előre jelzett módon változik a NAO-val. Nem minden hosszú távú változásnak kell lennie az emberi hatásoknak. Természetesen ez nem jelenti azt, hogy a közepes szélességi fokokon nem történt antropogén ózonréteg-csökkenés. Ez azonban nem egyszerűen felel meg közvetlenül az ózon mért csökkenésének. Meghatározásához inkább figyelembe kell venni a természetes ingadozásokat - különösen azt a tényt, hogy a NAO index túlnyomórészt erősen pozitív értékeket mutatott az elmúlt évtizedekben.
Mint részletes elemzéseink kimutatták, az ózon télről télre ingadozásainak körülbelül egyharmada az NAO változékonyságának tulajdonítható. Az ózonréteg lebomlásának antropogén részarányának meghatározása érdekében kidolgoztunk egy statisztikai modellt, amely kifejezetten figyelembe veszi a NAO indexet (vagy a tropopauza nyomását); Tartalmaz még más tényezőket is, amelyekről ismert, hogy befolyásolják a légköri ózonszintet - például a 11 éves napfolt-ciklus, a kvázi kétévenkénti oszcilláció és a nagy hatású vulkánkitörések.
Arosa esetében újraszámolhattuk a mesterséges ózon trendjét. Az elmúlt harminc év telén 2,4 százalék volt évtizedenként. A korábbi trendelemzések kb. Negyedével becsülték felül az antropogén ózonréteg-csökkenést Közép-Európában, mert nem vették figyelembe a légkör szerkezetének hosszú távú változását.
Az észak-atlanti térség trendszámításait - ahol a korábbi elemzések nem mutattak ki jelentős ózonvesztést - szintén felül kell vizsgálni - igaz, ellentétes irányban. Modellünk szerint Reykjavikban az ózon csökkenése télen, a természetes hatásokhoz igazítva, most évtizedenként 3,8 százalék. Ugyanakkor eltűnik a látszólagos ellentmondás a kémiai modellek előrejelzéseivel: Ezeknek megfelelően Reykjavik értéke nagyobb, mint Arosa értéke.
A természetes ingadozások több év vagy évtized alatt elfedhetik vagy akár fokozhatják is az antropogén hatásokat. Egy másik érdekes kérdés az, hogy mire épül az NAO hosszú távú áttérése a pozitív fázisokra. Végső soron az emberi tevékenység is okozhatja - például üvegházhatású gázok, például szén-dioxid-kibocsátás vagy maga az ózonréteg csökkenése révén. Azonban még nem dőlt el, hogy ez a helyzet.