Cercetări atmosferice: epuizarea ozonului și schimbarea climatului în Europa

În ultimii ani nu au existat ierni reale deloc ", este o afirmație obișnuită. Climatologii pot confirma că" mai devreme "(în anii șaizeci) iernile din Europa Centrală erau mai reci. Fluctuațiile climatice naturale care pot afecta regiuni întregi ale lumii joacă un rol important în apariția deceniilor mai reci sau mai calde. Un exemplu de astfel de fluctuație climatică multianuală este cunoscut sub numele de Oscilația sudică El Niño (ENSO). O cuplare a curenților oceanici și de aer din Pacificul ecuatorial influențează vremea din Pacificul de Sud. și America de Nord.

Există o fluctuație perenă similară pentru climatul european: oscilația nord-atlantică (NAO), care afectează clima mai ales în jumătatea anului de iarnă. Este asociat cu schimbări de temperatură în întreaga zonă a Atlanticului de Nord și se manifestă în numeroase variabile atmosferice, oceanice și ecologice importante, de exemplu în temperatura suprafeței mării, cantitatea de precipitații și durata perioadelor de vegetație. Meteorologii îl exprimă folosind un indice care este definit de diferența de presiune dintre minima islandeză și cea înaltă din Azore. Un indice NAO ridicat corespunde unei diferențe mari de presiune. Drept urmare, vânturi mai puternice suflă peste Atlantic decât media pe termen lung, iar aerul încălzit de ocean duce spre continentul european. În astfel de ani, iernile din Europa Centrală și de Nord sunt, prin urmare, relativ blânde. Cu toate acestea, dacă indicele NAO este scăzut, există o mică diferență de presiune a aerului între Islanda și Azore. În loc de un curent cald din vest de la Atlantic, un curent rece din Rusia către Europa Centrală prevalează din ce în ce mai mult iarna și asigură temperaturi geroase.

Consecințele distribuției presiunii aerului peste Atlanticul de Nord

Oscilația Atlanticului de Nord a arătat o tendință spre faze din ce în ce mai pozitive în ultimii treizeci de ani. A contribuit astfel atât la încălzirea observată în Europa, cât și la tendințele altor variabile climatice. Dar asta nu este tot: După cum am putut arăta, NAO influențează și grosimea stratului de ozon, care protejează viața de pe pământ de radiațiile UV nocive de la soare. (Scrisori de cercetare geofizică, Vol. 27, p. 1131).

Gaura de ozon deasupra Antarcticii a generat noi rapoarte record aproape în fiecare toamnă de la mijlocul anilor 1980. Și în latitudinile noastre, stratul de ozon a devenit mai subțire, deși mai puțin spectaculos. Scăderea observată a ozonului începând cu anii 1970 este în general compatibilă cu efectele substanțelor care diminuează ozonul, cum ar fi clorofluorocarburile (CFC), care pot fi derivate din modele chimice.

Cu toate acestea, au existat și unele abateri inexplicabile de la declarațiile modelelor. În perioada 1978-1991, de exemplu, o scădere a stratului de ozon cu cinci procente pe deceniu a fost constatată în stația de măsurare elvețiană Arosa în martie. Pe de altă parte, peste Islanda (stația de măsurare Reykjavik), stratul de ozon nu a scăzut deloc în aceeași perioadă, ba chiar părea să crească. Acest lucru este în contradicție clară cu declarațiile modelelor chimice, conform cărora epuizarea ozonului ar trebui să fie mai mare la latitudini mari decât în regiunea alpină. Cum poate fi explicat acest contrast?

Așa cum am constatat, este legat de modificările dinamicii atmosferei care sunt cuplate la NAO și nu au fost încă luate în considerare. Localizarea așa-numitei tropopauze joacă un rol important. Acesta este un strat de aer la o înălțime de aproximativ opt până la zece kilometri care separă troposfera săracă în ozon, în care are loc vremea zilnică, de stratosfera bogată în ozon. Altitudinea exactă a tropopauzei se poate deplasa în sus sau în jos în funcție de vreme. Această mișcare corespunde unei modificări a presiunii tropopauzei, adică a masei de aer pe zonă peste tropopauză.

Într-o zonă cu presiune scăzută, tropopauza este mai adâncă decât în mod normal, deci există mai mult aer stratosferic și mai puțin troposferic într-o coloană care se extinde de la sol până la vârful atmosferei. Deoarece aerul stratosferic conține mai mult ozon, concentrația totală de ozon într-o zonă cu presiune scăzută este mai mare decât într-o zonă cu presiune ridicată. Încă din 1929, Gordon M. B. Dobson și colegii săi au arătat că variația zilnică a ozonului total în latitudinile medii depinde puternic de distribuția maximelor și minimilor.

Acest raționament poate fi aplicat și schimbărilor climatice pe termen lung. Prin determinarea distribuției presiunii aerului peste regiunea Atlanticului de Nord în timpul iernii, NAO influențează și poziția medie a tropopauzei asupra diferitelor zone ale Europei. Dacă scăderea Islandei este deosebit de pronunțată în anii cu un indice NAO pozitiv, tropopauza peste Atlanticul de Nord este mai mică decât media. În schimb, situația este exact opusă în Europa Centrală. Presiunea aerului aici este peste medie, astfel încât tropopauza este mai mare decât media pe termen lung. În consecință, în anii cu un indice NAO pozitiv, concentrația de ozon în Atlanticul de Nord ar trebui să fie deosebit de mare, în timp ce în Europa Centrală ar trebui să fie deosebit de scăzută.

Pentru a testa această așteptare teoretică, am evaluat seria de măsurare a ozonului Arosa. Este cel mai lung din lume. De când începe la începutul anilor 1930, se întoarce la o perioadă în care nu existau CFC-uri care epuizează ozonul. În plus, am analizat măsurătorile de ozon la stația Reykjavik.

Rezultatul a fost clar: în anii cu un indice NAO pozitiv, a fost înregistrat mai puțin ozon total în Arosa decât în anii cu un indice NAO negativ; dimpotrivă, stația Reykjavik are valori mai mari ale ozonului în anii cu un indice NAO pozitiv și valori mai mici ale ozonului în indicele NAO negativ.

Ponderea antropogenă în epuizarea ozonului

În consecință, nivelurile totale de ozon variază în modul teoretic prevăzut cu NAO. Nu toate schimbările pe termen lung trebuie să se datoreze influențelor umane. Bineînțeles, acest lucru nu înseamnă că nu a avut loc epuizarea antropogenă a ozonului la latitudini medii. Cu toate acestea, nu corespunde direct cu scăderea măsurată a ozonului. Pentru a-l putea determina, trebuie mai degrabă să se ia în considerare fluctuațiile naturale - în special faptul că indicele NAO a avut valori predominant pozitive în ultimele decenii.

După cum au arătat analizele noastre detaliate, aproximativ o treime din fluctuațiile de ozon din iarnă în iarnă pot fi atribuite variabilității NAO. Pentru a determina ponderea antropică în epuizarea ozonului, am dezvoltat un model statistic care ia în considerare în mod explicit indicele NAO (sau presiunea tropopauzei); include, de asemenea, alți factori despre care se știe că afectează nivelurile de ozon atmosferic - cum ar fi ciclul de 11 ani al petelor solare, oscilația cvasi-bienală și erupțiile vulcanice profunde.

Pentru Arosa am reușit să recalculăm tendința de ozon creată de om. Pentru iernile din ultimii treizeci de ani a fost de 2,4 la sută pe deceniu. Analizele anterioare ale tendințelor au supraestimat epuizarea antropogenă a ozonului în Europa Centrală cu aproximativ un sfert, deoarece nu au luat în considerare modificările pe termen lung ale structurii atmosferei.

Calculele tendințelor din zona Atlanticului de Nord, unde analizele anterioare nu au relevat nicio pierdere semnificativă de ozon, trebuie, de asemenea, revizuite - deși în direcția opusă. Conform modelului nostru, scăderea ozonului din Reykjavik în timpul iernii, ajustată pentru efectele naturale, este acum de 3,8% pe deceniu. În același timp, contradicția aparentă cu previziunile modelelor chimice dispare: în conformitate cu acestea, valoarea pentru Reykjavik este mai mare decât cea pentru Arosa.

Fluctuațiile naturale pe perioade de câțiva ani sau decenii pot masca sau chiar intensifica influențele antropice. O altă întrebare interesantă este pe ce se bazează trecerea pe termen lung a NAO către faze pozitive. În cele din urmă, ar putea fi cauzată și de activitatea umană - de exemplu prin emisia de gaze cu efect de seră, cum ar fi dioxidul de carbon sau prin epuizarea însuși a ozonului. Cu toate acestea, nu s-a decis încă dacă acesta este cazul.