Stan warstwy ozonowej nad Polską w okresie 1979-2018

• Autorzy: Krzyścin Janusz , Rajewska-Więch Bonawentura , Borkowski Janusz

Identyfikatory

DOI

10.32045/PG-2020-011

Warianty tytułu

EN

Ozone Layer Over Poland in the Period 1979-2018

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy analizowano zawartość ozonu w całej kolumnie atmosfery i wybranych warstwach (troposfera/dolna stratosfera, środkowa stratosfera i wysoka stratosfera) zmierzone spektrofotometrem Dobsona w Centralnym Obserwatorium Geofizycznym Instytutu Geofizyki Polskiej Akademii Nauk w Belsku (20,78°E, 51,84°N) w latach 1963-2018. Stwierdzono zatrzymanie spadkowej tendencji w połowie lat 90. ubiegłego wieku, a następnie niewielki wzrost zawartości ozonu. W ostatnich kilkunastu latach w analizowanych warstwach obserwuje się nieoczekiwane beztrendowe oscylacje ozonu w miejsce spodziewanego stopniowego wzrostu w związku ze zmniejszającą się koncentracją w stratosferze substancji niszczących warstwę ozonową w wyniku funkcjonowania Protokołu Montrealskiego z 1987 r. o ochronie warstwy ozonowej. Wyznaczono długookresowe zmiany w kolumnowej zawartości ozonu nad wybranymi obszarami na półkuli północnej, stosując homogenizowane satelitarne dane ozonowe z bazy danych Multi-Sensor Reanalysis version 2. Przedmiotem analizy były sezonowe i całoroczne średnie w okresie 1979-2018 wyznaczone dla następujących obszarów: otoczenie Belska, Polska, Europa Środkowa, Europa, pas średnich (30-60°N) i wysokich (60-90°N) szerokości geograficznych, oraz tropiki (0°-30°N). Antropogeniczny trend obliczono, stosując model regresji wieloskładnikowej, odfiltrowując z serii czasowych oscylacje związane z naturalnymi procesami dynamicznymi w atmosferze. Do połowy lat 90. ubiegłego wieku dominowały ubytki w warstwie ozonowej w tempie kilku procent na 10 lat (największe wiosną w Polsce i Europie Środkowej ~5% na 10 lat, najmniejsze w tropikach ~0,5% na 10 lat). Naprawę warstwy ozonowej po 1996 roku, w tempie ~4-5% na 10 lat, najwyraźniej widać zimą w Polsce i w Europie Środkowej. Odpowiadające wzrostowe trendy w całej Europie i w średnich szerokościach geograficznych były mniejsze o 1-2 punkty procentowe. W pozostałych sezonach i w danych całorocznych trend był znacznie mniejszy (~1-2% na 10 lat) lub nieistotny statystycznie.

EN

Ground-based measurements of ozone by the Dobson spectrophotometer in the Central Geophysical Observatory of the Institute of Geophysics of the Polish Academy of Sciences at Belsk (20.78°E, 51.84°N) are analysed for the period 1963-2018. Long term variability of the total column ozone and the ozone content in the selected layers (troposphere/lower stratosphere, mid- and upper stratosphere) are discussed focusing on the ozone recovery in recent years. The trend overturning is found around 1996. However, an unexpected trendless pattern of the long-term ozone variability has been found since the beginning of the 2000s instead of the envisaged continuous upward tendency due to the decreasing concentration of the ozone-depleting substances in the stratosphere as a result of the 1987 Montreal Protocol on the protection of the ozone layer. The long-term variability of the total column ozone over selected areas in the Northern Hemisphere are assessed using homogenized satellite data from the Multi-Sensor Reanalysis version 2 database. The seasonal and the yearly means for the period 1978-2018 are considered for the following regions: Belsk, Poland, central Europe, Europe, middle latitudes (30°N-60°N), high latitudes (60°N-90°N), and the tropics (0°-30°N). The anthropogenic trend is determined by multiple regression model after filtering out oscillations related to the known dynamic processes in the atmosphere. In all regions, a decline of the total column ozone is found in the 1980s and up to mid-1990s. The largest decline appears in spring in Poland and central Europe (~5% per 10 yr.), and the smallest over the tropics (-0.5% per 10 yr.). After 1996, the recovery is clearly seen (4-5% per 10 yr.) during winter in Poland and in central Europe. These estimates are about 1-2 percentage point higher than the corresponding increasing trends in Europe and in the middle latitudes. In the remaining seasonal and year-round time series, the trends are much smaller (1-2% per 10 yr.) or statistically insignificant.

Słowa kluczowe

PL

warstwa ozonowa; trend; odbudowa warstwy ozonowej

EN

ozone layer; trend; ozone recovery

• Wydawca: Polskie Towarzystwa Geofizyczne ; Komitet Geofizyki PAN
• Czasopismo: Przegląd Geofizyczny
• Rocznik: 2020
• Tom: Z. 3-4
• Strony: 103--121
• Opis fizyczny: Bibliogr. 32 poz., tab., wykr.

Twórcy

autor

Krzyścin Janusz

• Instytut Geofizyki Polskiej Akademii Nauk, Polska

autor

Rajewska-Więch Bonawentura

• Instytut Geofizyki Polskiej Akademii Nauk, Polska

autor

Borkowski Janusz

• Instytut Geofizyki Polskiej Akademii Nauk, Polska

Bibliografia

• [1] Ball W. T., Alsing J., Mortlock D. J., Staehelin J., Haigh J. D., Peter T., Tummon F., Stübi R., Stenke A., Anderson J., Bourassa A., Davis S. M., Degenstein D., Frith S., Froidevaux L., Roth C., Sofieva V., Wang R., Wild J., Yu P., Ziemke J. R., Rozanov E. V., 2018, Evidence for a continuous decline in lower stratospheric ozone offsetting ozone layer recovery, Atmospheric Chemistry and Physics, 18, 1379-1394, DOI: 10.5194/acp-18-1379-2018.
• [2] Ball W. T., Chiodo G., Abalos M., Alsing J., 2020, Inconsistencies between chemistry climate model and observed lower stratospheric trends since 1998, Atmospheric Chemistry and Physics, DOI: 10.5194/acp-2019-734.
• [3] Chipperfield M. P., Dhomse S., Hossaini R., Feng W., Santee M. L., Weber M., Burrows J. P., Wild J. D., Loyola D., Coldewey-Egbers M., 2018, On the cause of recent variations in lower stratospheric ozone, Geophysical Research Letters, 45, 5718-5726, DOI: 10.1029/2018GL078071.
• [4] Chubachi S., 1984, Preliminary result of ozone observations at Syowa Station from February, 1982 to January, 1983, Memoirs of National Institute of Polar Research. Special Issue, 34, 13-20.
• [5] Crutzen P. J., 1970, The influence of nitrogen oxides on the atmospheric ozone content, Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society, 96 (408), 320-325, DOI: 10.1002/qj.49709640815.
• [6] Degórska M., Rajewska‐Więch B., Krzyścin J., 1995, Reduction of variance of total ozone and Umkehr profiles after re‐evaluation of the Belsk records, Publications of the Institute of Geophysics, Polish Academy of Sciences, D‐42 (269), 91-101.
• [7] Diallo M., Riese M., Birner T., Konopka P., Müller R., Hegglin M. I., Santee M. L., Baldwin M., Legras B., Ploeger F., 2018, Response of stratospheric vapour and ozone to the unusual timing of El Niño and the QBO disruption in 2015-2016, Atmospheric Chemistry and Physics, 18 (17), 13055-13073, DOI: 10.5194/acp-18-13055-2018.
• [8] Dhomse S. S., Feng W., Montzka S. A., Hossaini R., Keeble J., Pyle J. A., Daniel J. S., Chipperfield M. P., 2019, Delay in recovery of the Antarctic ozone hole from unexpected CFC-11 emissions, Nature Communications, 10, 5781, DOI: 10.1038/s41467-019-13717-x.
• [9] Farman J. C., Gardiner B. G., Shanklin J. D., 1985, Large losses of total ozone in Antarctica reveal seasonal ClOx/NOx interaction, Nature, 315 (6016), 207-210, DOI: 10.1038/315207a0.
• [10] Haigh J. D., Pyle J. A., 1982, Ozone perturbation experiments in a two-dimensional circulation model, Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society, 108 (457), 551-574, DOI: 10.1002/qj.49710845705.
• [11] Harris N. R. P., Kyrö E., Staehelin J., Brunner D., Andersen S.-B., Godin-Beekmann S., Dhomse S., Hadjinicolaou P., Hansen G., Isaksen, I., Jrrar A., Karpetchko A., Kivi R., Knudsen B., Krizan P., Lastovicka J., Maeder J., Orsolini Y., Pyle J. A., Rex M., Vanicek K., Weber M., Wohltmann I., Zanis P., Zerefos, C., 2008, Ozone trends at northern mid- and high latitudes – a European perspective, Annales Geophysicae, 26 (5), 1207-1220, DOI: 10.5194/angeo-26-1207-2008.
• [12] Koenig T. K., Baidar S., Campuzano-Jost P., Cuevas C. A., Dix B., Fernandez R. P., Guo H., Hall S. R., Kinnison D., Nault B. A., Ullmann K., Jimenez J. L., Saiz-Lopez A., Volkamer R., 2020, Quantitative detection of iodine in the stratosphere, Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 117 (4), 1860-1866, DOI: 10.1073/pnas/.1916828117.
• [13] Konopka P., Ploeger F., Tao M., Riese M., 2016, Zonally resolved impact of ENSO on the stratospheric circulation and water vapor entry values, Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 121 (19), 11486-11501, DOI: 10.1002/2015JD024698.
• [14] Krzyścin J. W., 2002, Long-term changes in ozone mini-hole event frequency over the northern hemisphere derived from ground-based measurements, International Journal of Climatology, 22, 1425-1439, DOI: 10.1002/joc.812.
• [15] Krzyścin J. W., 2012, Onset of the total ozone increase based on statistical analyses of global groudn-based data for the period 1964-2008, International Journal of Climatology, 32 (2), 240-246, DOI: 10.1002/joc.2264.
• [16] Krzyścin J. W., 2020, Is the Antarctic ozone hole recovering faster than changing the stratospheric halogen loading, Journal of the Meteorological Society of Japan, 98 (5), DOI: 10.2151/jmsj.2020-055.
• [17] Krzyścin J. W., Baranowski D. B., 2019, Signs of the ozone recovery based on multi sensor reanalysis of total ozone for the period 1977-2017, Atmospheric Environment, 199, 334-344, DOI: 10.1016/j.atmosenv.2018.11.050.
• [18] Krzyścin J. W., Borkowski J., Głowacka A., Jarosławski J., Podgórski J., Pietruczuk A., Rajewska-Więch B., Sawicka, A., Sobolewski, P., Wink J., Zawisza W., 2014, Half century of the ozone observation at the Central geophysical Laboratory, IGF, PAS, Belsk, Poland, [w:] Achievements, History and Challenges in Geophysics, R. Bialik, M. Majdański, M. Moskalik (red.), GeoPlanet: Earth and Planetary Sciences, Springer, Cham, Switzerland, 85-107, DOI: 10.1007/978-3-319-07599-0_5.
• [19] Krzyścin J. W., Jarosławski J., Rajewska-Więch, B., Sobolewski P. S., Froidevaux L., 2008, Comparison of ozone profiles by the Umkehr measurements taken at Belsk (52°N, 21°E) with the Aura Microwave Limb Sounder overpasses: 2004-2006, Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 113, D15S09, DOI: 10.1029/2007JD008586.
• [20] Krzyścin J. W., Rajewska-Więch B., 2016, Specific variability of total ozone over Central Europe in the period 1979-2014, International Journal of Climatology, 36(10), 3539-3549, DOI: 10.1002/joc.4574.
• [21] Kuttippurath J., Kumar P., Nair, P. J., Pandey, P. C, 2018, Emergence of ozone recovery evidenced by reduction in the occurrence of Antarctic ozone loss saturation, npj Climate and Atmospheric Science, 1 (42), DOI: 10.1038/s41612-018-0052-6.
• [22] Lickley M., Solomon S., Fletcher S., Velders G. J. M., Daniel J., Rigby M., Montzka S. A., Kuijpers L. J. M., Stone K., 2020, Quantifying contributions of chlorofluorocarbon banks to emissions and impacts on the ozone layer and climate, Nature Communications, 11, 1380, DOI: 10.1038/s41467-020-15162-7.
• [23] Molina M. J., Rowland F. S., 1974, Stratospheric sink for chlorofluoromethanes: Chlorine atom catalyzed destruction of ozone, Nature, 249 (5460), 810-812, DOI: 10.1038/249810a0.
• [24] Montzka S. A., Dutton G. S., Yu P., Ray E., Portmann R. W., Daniel J. S., Kuijpers L., Hall B. D., Mondeel D., Siso C., Nance J. D., Rigby M., Manning A. J., Hu L., Moore F., Miller B. R., Elkins J. W., 2018, An unexpected and persistent increase in global emissions of ozone-depleting CFC-11, Nature, 557, 413-417, DOI: 10.1038/s41586-018-0106-2.
• [25] Petropavlovskikh I., Bhartia P. K., DeLuisi J., 2005, New Umkehr ozone profile retrieval algorithm optimized for climatological studies, Geophysical Research Letters, 32 (16), L16808, DOI: 10.1029/2005GL023323.
• [26] Petropavlovskikh I., Godin-Beekmann S., Hubert D., Damadeo R., Hassler B., Sofieva V., 2019, SPARC/IO3C/GAW report on long-term ozone trends and uncertainties in the stratosphere, SPARC/IO3C/GAW, SPARC Report No. 9, WCRP-17/2018, GAW Report No. 241, DOI: 10.17874/f899e57a20b.
• [27] Reinsel G. C., Miller A. J., Weatherhead E. C., Flynn L. E., Nagatani R. M., Tiao G. C., Wuebbles D. J., 2005, Trend analysis of total ozone data for turnaround and dynamical contributions, Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 110 (D16), DOI: 10.1029/2004JD004662.
• [28] Solomon S., Ivy D. J., Kinnison D., Mills M. J., Neely R. R., Schmidt A., 2016, Emergence of healing in the Antarctic ozone layer, Science, 353 (6296), 269-274, DOI: 10.1126/science.aae0061.
• [29] Steinbrecht W., Froidevaux L., Fuller R., Wang R., Anderson J., Roth C., Bourassa A., Degenstein D., Damadeo R., Zawodny J., Frith S., McPeters R., Bhartia P., Wild J., Long C., Davis, S., Rosenlof, K., Sofieva, V., Walker, K., Rahpoe, N., Rozanov, A., Weber, M., Laeng, A., von Clarmann T., Stiller G., Kramarova N., Godin-Beekmann S., Leblanc T., Querel R., Swart D., Boyd I., Hocke K., Kampfer N., Maillard Barras E., Moreira L., Nedoluha G., Vigouroux C., Blumenstock T., Schneider M., Garcıa O., Jones N., Mahieu E., Smale D., Kotkamp M., Robinson J., Petropavlovskikh I., Harris N., Hassler B., Hubert D., Tummon F., 2017, An update on ozone profile trends for the period 2000 to 2016, Atmospheric Chemistry and Physics, 17 (17), 10675-10690, DOI: 10.5194/acp-17-10675-1185-2017.
• [30] van der A. R. J., Allaart M. A. F., Eskes H. J., 2015, Extended and refined multi sensor reanalysis of total ozone for the period 1970-2012, Atmospheric Measurement Techniques, 8 (7), 3021-3035, DOI: 10.5194/amt-8-3021-2015.
• [31] Weber M., Coldewey-Egbers M., Fioletov V. E., Frith S. M., Wild J. D., Burrows J. P., Long C. S., Loyola D., 2018, Total ozone trends from 1979 to 2016 derived from five merged observational datasets-the emergence into ozone recovery, Atmospheric Chemistry and Physics, 18 (3), 2097-2117, DOI: 10.5194/acp-18-2097-2018.
• [32] WMO, 2014, Scientific Assessment of Ozone Depletion: 2014, World Meteorological Organization, Global Ozone Research and Monitoring Project-Report No. 55, Geneva, Switzerland, 416 s.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2021).