Izvestiya, Atmospheric and Oceanic PhysicsIzvestiya, Atmospheric and Oceanic PhysicsИзвестия РАН. Физика атмосферы и океана0002-35153034-6487The Russian Academy of Sciences65828010.31857/S0002351523050073ZAMAILArticlesСтатьиStratospheric Ozone Variations Over Obninsk from Data of Lidar and Satellite MeasurementsВариации содержания стратосферного озона над г. Обнинск по данным лидарных и спутниковых измеренийKorshunovV. A.КоршуновВ. А.korshunov@rpatyphoon.ruTyphoon Research and Production AssociationФедеральное государственное бюджетное учреждение “Научно-производственное объединение “Тайфун”0109202359558559420022025Copyright ©; 2023, В.А. КоршуновCopyright ©; 2023, В.А. Коршунов2023В.А. КоршуновВ.А. Коршуновhttps://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0https://journals.eco-vector.com/0002-3515/article/view/658280

Analysis of variations of stratospheric ozone content at 13–18, 18–23 and 23–30 km layers is presented from data of lidar and satellite measurements in 2014–2022 over Obninsk city (55.1° N, 36.6° E). Modeling of deviations from seasonal run for separate quarters of year are fulfilled by using of linear regression method. Impact factors under consideration are quasi-biennial oscillation of zonal wind in tropical stratosphere (QBO), Arctic oscillation (AO), El-Nino – Southern oscillation (ENSO), solar activity (SA), volcanic aerosol (VA) and polar stratospheric clouds (PSC). Enhancement of ozone content is observed in eastern QBO phase at 18–30 km layer (I–II quarter) and in western QBO phase at 13–23 km layer (IV quarter). At separate layers it is revealed significant impacts of AO (II–III quarters), SA (I–II quarters) and VA (III–IV). During a year influence of PSC is originally showed in II quarter at 13–18 layer and then in IV quarter at 13–18 layer. Possible physical mechanisms are discussed which are the basis of the correlation relations observed.

Представлен анализ вариаций интегрального по высоте содержания стратосферного озона в слоях 13–18, 18–23 и 23–30 км по данным лидарных и спутниковых измерений в 2014–2022 гг. над г. Обнинск (55.1° с.ш., 36.6° в.д.). Проведено моделирование межгодовых вариаций озона для отдельных кварталов года методом множественной линейной регрессии. В качестве факторов влияния рассматривались квазидвухлетние колебания экваториального ветра (КДК), Арктическая осцилляция (АО), Эль-Ниньо-Южное колебание (ЭНЮК), солнечная активность (СА), вулканический аэрозоль (ВА) и полярные стратосферные облака (ПСО). Наблюдалось увеличение содержания озона в восточной фазе КДК в интервале высот 18–30 км (I–II кв.) и в западной фазе КДК в интервале 13–23 км (IV кв.). В отдельных слоях обнаружены значимые влияния АО (II–III кв.), СА (I–II кв.) и ВА (III–IV кв.). Влияние ПСО в течение года проявляется сначала во II квартале в слое 13–18 км, а затем в IV квартале в слое 13–23 км. Рассмотрены возможные физические механизмы, лежащие в основе наблюдаемых корреляционных связей.

stratospheric ozonelidar measurements of ozoneozone variationsmultiple linear regression methodстратосферный озонлидарные измерения озонавариации озонаметод множественной линейной регрессииГруздев А.Н., Безверхний В.А. Квазидвухлетняя цикличность в атмосфере над Северной Америкой по данным озонозондов // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. 2005. Т. 41. № 1. С. 36–50.Груздев А.Н., Безверхний В.А. Квазидвухлетние вариации озона и метеопараметров над Западной Европой по данным озонного зондирования // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. 2006. Т. 42. № 3. С. 224–336.Груздев А.Н. Оценка эффектов извержения вулкана Пинатубо в стратосферном содержании O3 и NO2 с учетом вариаций уровня солнечной активности // Оптика атмосферы и океана. 2014а. Т. 27. № 06. С. 506–514.Груздев А.Н. Оценка влияния 11-летнего цикла солнечной активности на содержание озона в стратосфере // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. 2014б. Т. 54. № 5. С. 678–684.Звягинцев А.М., Варгин П.Н., Пешин C. Изменчивость и тренды общего содержания озона в период 1979–2014 гг. // Оптика атмосферы и океана. 2015. Т. 28. № 9. С. 2–10.Иванова Н.С., Кузнецова И.Н., Сумерова К.А. Аномалии атмосферного озона в феврале-марте 2018 г. // Гидрометеорологические исследования и прогнозы. 2018. № 4 (370). С. 36–47.Иванов В.Н., Зубачев Д.С., Коршунов В.А., Сахибгареев Д.Г. Сетевой лидар АК-3 для зондирования средней атмосферы: устройство, методы измерений, результаты // Труды ГГО. 2020. Вып. 598. С. 155–187.Коршунов В.А., Зубачев Д.С. Временные вариации высотного распределения стратосферного озона по данным лидарного зондирования над г. Обнинск // Метеорология и гидрология. 2018. № 3. С. 48–60.Коршунов В.А. Лидарные наблюдения стратосферного аэрозоля в г. Обнинск с 2012 по 2021 гг.: влияние вулканических извержений и природных пожаров // Фундаментальная и прикладная климатология. 2022. Т. 8. № 3. С. 31–51. https://doi.org/10.21513/2410-8758-2022-3-31-51Криволуцкий А.А., Вьюшкова Т.Ю., Черепанова Л.А., Куколева А.А., Репнев А.И., Банин М.А. Трехмерная глобальная фотохимическая модель CHARM. Учет вклада солнечной активности // Геомагнетизм и аэрономия. 2015. Т. 55. № 1. С. 64–93.Нерушев А.Ф. Воздействие интенсивных атмосферных вихрей на озоновый слой Земли. Сп-Б.: Гидрометеоиздат, 2003 г. 223 с.Никифорова М.П., Звягинцев А.М., Варгин П.Н., Иванова Н.С., Лукьянов А.Н., Кузнецова И.И. Аномально низкие уровни общего содержания озона над севером Урала и Сибири в конце января 2016 г. // Оптика атмосферы и океана. 2017. Т. 30. № 1. С. 12–19.Худсон Д. Статистика для физиков. М.: Мир. 1967. 242 с.Цветкова Н.Д., Варгин П.Н., Лукьянов А.Н., Кирюшов Б.М., Юшков В.А., Хаттатов В.У. Исследование химического разрушения озона и динамических процессов в стратосфере Арктики зимой 2019/20 г. // Метеорология и гидрология. 2021. № 9. С. 70–83.Arctic oscillation https://www.cpc.ncep.noaa.gov/products/ precip/CWlink/daily_ao_index/ao.shtml.Aura MLS https://mls.jpl.nasa.gov/eos-aura-mls.Ball W.T., Alsing J., Staehelin J., Davis S.M., Froidevaux L., Peter Th. Stratospheric ozone trends for 1985–2018: sensitivity to recent large variability // Atmos. Chem. Phys. 2019. V. 19. P. 12731–12748. https://doi.org/10.5194/acp-19-12731-2019Benito-Barca S., Calvo N., Abalos M. Driving mechanisms for the El Niño–Southern Oscillation impact on stratospheric ozone // Atmos. Chem. Phys. 2022. V. 22. P. 15 729–15 745. https://doi.org/10.5194/acp-22-15729-2022Brühl C., Lelieveld J., Tost H., Höpfner M., Glatthor N. Stratospheric sulfur and its implications for radiative forcing simulated by the chemistry climate model EMAC // J. Geophys. Res. Atmos. 2015. V. 120. P. 2103–2118. https://doi.org/10.1002/2014JD022430Eriksson P. Chen D. Statistical parameters derived from ozonesonde data of importance for passive remote sensing observations of ozone // Int. J. Remote Sensing. 2002. V. 23. № 22. P. 4945–4963.Fioletov V.E., Shepherd T.G. Seasonal persistence of midlatitude total ozone anomalies // Geophys. Res. Lett. 2003. V. 30(7). P. 1417. https://doi.org/10.1029/2002GL016739Iza M., Calvo N., Manzini E. The stratospheric pathway of La Niña // J. Climate. 2016. V. 29. P. 8899–8914. https://doi.org/10.1175/JCLI-D-16-0230.1Khaykin S., Legras B., Bucci S., Sellitto P., Isaksen L., Tencé F., Bekki S., Bourassa A., Rieger L., Zawada D., Jumelet J., Godin-Beekmann S. The 2019/20 Australian wildfires generated a persistent smoke-charged vortex rising up to 35 km altitude // Communications earth & environment. 2020. V. 1:22. https://doi.org/10.1038/s43247-020-00022-5MEI. V2 https://psl.noaa.gov/enso/mei/.Naik V., Horowitz L.W., Schwarzkopf M.D., Lin M. Impact of volcanic aerosols on stratospheric ozone recovery // J. Geophys. Res. Atmos. 2017. V. 122. P. 9515–9528. https://doi.org/10.1002/2016JD025808Ozone hole size https://www.cpc.ncep.noaa.gov/products/ stratosphere/polar/polar.shtmlOsprey S.M., Butchart N., Knight J.R., Scaife A.A., Hamilton K., Anstey J.A., Schenzinger V., Zhang C. An unexpected disruption of the atmospheric quasibiennial oscillation // Science. 2016. V. 353. I. 6306. P. 1424–1427.QBO data http://www.esrl.noaa.gov/psd/data/correlation/qbo.data.Randel W.J., Wu F. A stratospheric ozone profile data set for 1979–2005: Variability, trends, and comparisons with column ozone data // J. Geophys. Res. 2007. V. 112. D06313, https://doi.org/10.1029/2006JD007339Schallock J., Brühl C., Bingen C., Höpfner M., Rieger L., Lelieveld J. Radiative forcing by volcanic eruptions since 1990, calculated with a chemistry-climate model and a new emission inventory based on vertically resolved satellite measurements // Atmos. Chemistry and Physics. Discussions. 2021. https://doi.org/10.5194/acp-2021-654Semeniuk K., McConnell J.C., Jin J.J., Jarosz J.R., Boone C.D., Bernath P.F. N2O production by high energy auroral electron precipitation // J. Geophys. Res. 2008. V. 113. P. D16302, https://doi.org/10.1029/2007JD009690Sitnov S.A. QBO effects manifesting in ozone, temperature, and wind profiles // Annales Geophysicae. 2004. V. 22. P. 1–18.Solar radio flux https://spaceweather.gc.ca/forecast-prevision/solar-solaire/solarflux/sx-5-en.php.Solomon S., Dube K., Stone K., Yu P., Kinnison D., Toon O.B., Strahan S.E., Rosenlof K.H., Portmann R., Davis S., Randeld W., Bernath P., Boone C., Bardeen C.G., Bourassa A., Zawada D., Degenstein D. On the stratospheric chemistry of midlatitude wildfire smoke // PNAS. 2022. V. 119. № 10 e2117325119. https://doi.org/10.1073/pnas.2117325119SO2 emissions https://so2.gsfc.nasa.gov/measures.html.