Исследование эволюции озонового слоя Земли с помощью новой версии химико-климатической модели ИВМ РАН - РГГМУ

Аннотация. Проведены численные эксперименты с помощью химико-климатической модели на основе модели INMCM60. Проанализирована эволюция озона в атмосфере. 

Ключевые слова. Численные эксперименты, тропосферная химия, бромная химия, концентрация озона, общее содержание озона.

Основным методом данного исследования является численное моделирование атмосферных процессов. Изменения основных метеорологических параметров (температуры и влажности воздуха, атмосферного давления, плотности воздуха и скорости ветра) описываются уравнениями термодинамики, сохранения водяного пара, состояния воздуха, неразрывности и движения атмосферы. Эти уравнения решаются численными методами. Неадиабатические процессы, связанные с солнечной радиацией, турбулентностью, конвекцией и влиянием подстилающей поверхности на атмосферу, учитываются посредством параметризации. Эволюция газовых примесей определяется с помощью уравнений их переноса, которые также решаются конечно-разностными методами; при этом для решения данной задачи определяются скорости химических реакций. Между динамической и химической частями модели происходит обмен расчётными данными, что позволяет учитывать влияние всех этих процессов друг на друга. 

            В данной работе использовалась химико-климатическая модель, основанная на модели ИВМ РАН версии 6 (INMCM60), которая содержит, помимо динамического и химического блоков, аэрозольный и океанический блоки. Обмен между динамическим и аэрозольным блоками происходит по аналогии обмена с химическим блоком. Обмен с океаническим блоком происходит только после того, как все 3 блока (динамический, химический и аэрозольный) провели расчёты за 1 шаг по времени. Также в этой модели можно менять разрешение по долготе и широте. В данной работе проведены эксперименты с 5⁰ долготы и 4⁰ широты (количество узлов в модели 72 по долготе и 45 по широте, шаг по времени – 7 минут 30 секунд) и с 2⁰ долготы и 1.5⁰ широты (количество узлов в модели 180 по долготе и 120 по широте, шаг по времени 2 минуты 75 секунд).По вертикали количество σ-уровней модели равно 73 (от 0 до 60 км или от поверхности до уровня 0.2 гПа), при этом результаты моделирования интерполируются в изобарическую систему координат на 26 стандартных изобарических поверхностей. Для океанического блока разрешение 1х0.5 (для версии 5х4) и 0.5х0.25 (для версии 2х1.5). Модель обновляет начальные данные через каждые 6 часов (4 раза в сутки).

            С помощью данной модели были проведены численные эксперименты. В версии 5х4 проведены эксперимент без использования интерактива химия-атмосфера (учёт обратного влияния газовых примесей на атмосферные процессы) и эксперимент с использованием этого интерактива. Также проведены эксперименты с помощью модели 2х1.5 с интерактивом и без интерактива с разными вариантами химического блока: химия с тропосферными и бромными компонентами, химия с упором на тропосферные компоненты. Проанализированы изменения концентрации и общего содержания озона.

            Результаты экспериментов также использовались в качестве начальных и граничных условий для моделирования с помощью модели WRF-chem для Санкт-Петербурга и Российского Севера.