Устойчивость стратосферного полярного вихря в зимне-весенний период является одним из ключевых факторов, определяющих продолжительность и масштабы разрушения стратосферного озона в полярной области. Максимум скорости арктического полярного вихря наблюдается зимой, а антарктический вихрь, как правило, усиливается в начале весны. В результате над Антарктикой ежегодно с августа по ноябрь наблюдается масштабное разрушение озона, а над Арктикой с января по март- лишь небольшие эпизодические аномалии. В работе рассмотрена причина высокой силы и устойчивости антарктического полярного вихря в зимне-весенний период. На основе данных реанализа ERA-Interim показана высокая согласованность между внутригодовыми изменениями температуры нижней субтропической стратосферы и скорости зонального ветра в субполярной и полярной нижней стратосфере в Южном полушарии. Результаты численного моделирования с использованием модели PlaSim-ICMMG-1.0 демонстрируют усиление зонального ветра в субполярной области при повышении температуры субтропической стратосферы. Показано, что зимне-весеннее усиление антарктического полярного вихря происходит благодаря увеличению стратосферного меридионального температурного градиента в результате сезонного повышения температуры нижней субтропической стратосферы в этот период.

Полярные вихри играют существенную роль в распределении стратосферного озона, движении воздушных масс в полярной и субполярной стратосфере и температурном режиме над полярной областью. Антарктический полярный вихрь формируется осенью, достигая пика своей устойчивости в начале весны. Поздней весной, когда он ослабевает, усиливается влияние на него нижней субтропической стратосферы. В данной работе рассмотрена роль изменений температуры нижней субтропической стратосферы в усилении антарктического полярного вихря. С помощью корреляционного анализа на основе данных реанализа ERA5 выявлено существенное увеличение влияния незначительных изменений температуры нижней субтропической стратосферы на динамику антарктического полярного вихря во второй половине ноября.

В сентябре 2002 г. в результате расщепления полярного вихря над Антарктикой наблюдалось внезапное стратосферное потепление (ВСП). Аномально раннее разрушение антарктического полярного вихря весной 2002 г. произошло в результате повышенной активности вертикально распространяющихся планетарных волн. В работе исследуется динамика южного полярного вихря в период ВСП 2002 г. В качестве возможной причины ослабления полярного вихря, которое предшествовало его расщеплению под действием планетарных волн, рассмотрено аномальное понижение температуры нижней субтропической стратосферы,способствовавшее уменьшению стратосферного меридионального температурного градиента.

Вулкан Эребус является самым южным действующим вулканом на Земле, в состав выбросов которого входят соединения, играющие существенную роль в каталитических циклах разрушения стратосферного озона. Высокие циклоны способствуют подъему газовых выбросов вулкана Эребус ( включая HCl и SO2) из тропосферы в высотный диапазон формирования озоновой дыры от 14 до 22 км. Рассмотрено интегральное содержание HCl и ClONO2 за 1992-2023 гг. над разными станциями, а также проведен анализ изменчивости частоты появления высоких циклонов над вулканом Эребус за 1980 - 2022 гг. по данным реанализа ERA5. Выявлено, что максимальная частота появления высоких циклонов над вулканом Эребус, как правило, наблюдается в июле. Анализ интегрального содержания HCl на разных станциях показал, что значения над Антарктикой значительно превышают таковые над Арктикой, а также почти в два раза выше, чем на станциях, расположенных в средних широтах. Показан предполагаемый эффект накопления HCl в стратосфере: коэффициент корреляции между пятилетними средними значениями частоты появления высоких циклонов и площади озоновой дыры с временным сдвигом ряда на четыре года вперед относительно ряда частоты появления высоких циклонов, рассчитанный с 1980 по 2023 г., составил 0,78. Полученные результаты могут быть использованы для более точного прогнозирования и моделирования изменений в атмосфере, связанных с деятельностью вулкана.

Полярные стратосферные облака ( ПСО) играют значительную роль в формировании полярных озоновых аномалий, выступая в качестве " поверхностей " для гетерогенных реакций, протекающих с высвобождением фотохимически активного молекулярного хлора в период с конца зимы по начало весны. Кроме того, в течение зимы на частицах ПСО происходит накопление " резурвуаров" хлора, реагентов гетерогенных реакций. В случае разрушения частиц ПСО в середине зимы, процесс накопления соединений хлора прерывается, и в период с конца зимы по весну не наблюдается разрушения озона даже в условиях сильного полярного вихря, в присутствии вновь сформировавшихся ПСО. В работе с использованием метода оконтуривания вихрей исследована динамика арктического полярного вихря зимой 1984/1985, 1998/1999, 2001/2002, 2012/2013 и 2018/2019 гг., как причины аномально длительного отсутствия ПСО в Арктике в середине зимы, когда в январе они существовали в течение не более 5 дней по данным спутниковых наблюдений. Разрушение частиц ПСО в исследуемые годы наблюдалось при ослаблении динамического барьера полярного вихря, вследствие локального уменьшения скорости ветра по границе вихря ниже 20 м/с в нижней стратосфере, которое регистрировалось на протяжении практически всего января. Описанные в работе случаи являются единственными примерами аномального ослабления арктического полярного вихря в середине зимы за период с 1979 по 2022 г.

Анализируется роль вулканогенных аэрозолей в формировании температурных и озоновых аномалий, зарегистрированных в тропической стратосфере после извержения влк. Пинатубо в июне 1991 г., по данным 30-летних баллонных измерений на ст. Хило (Гавайи). В качестве аномалий рассматриваются положительные температурные и отрицательные озоновые отклонения в вертикальных профилях относительно многолетнего среднего. Во второй половине 1991 г. стратосферные аномалии хорошо согласуются с наличием вулканического пела, который сохранялся в стратосфере около полугода. Однако только присутствием долгоживущего серокислотного аэрозоля невозможно объяснить регистрируемые в дальнейшем в течение 2-3 лет температурные аномалии и депрессию стратосферного озона. Предложен механизм формирования в стратосфере долгоживущих частиц вулканогенной сажи, образующихся при термическом разложении метана в эруптивной колонне, активно поглощающих солнечную радиацию и разрушающих озон на своей поверхности. На основе расчета скорости осаждения сажи с учетом высокой эффективности разрешения озона на ее поверхности объясняется наиболее крупная озоновая аномалия, наблюдавшаяся в нижней стратосфере во второй половине 1992 г.

Проводится сравнение условий формирования весенних озоновых аномалий в Арктике и Антарктиде. Показано, что разница между полярными озоновыми аномалиями обусловлена значительным отличием по скорости и устойчивости южного и северного полярных вихрей, а также наличием в Антарктиде интенсивного источника HCI - вкл. Эребус. Описываются характер его вулканической активности и механизм попадания вулканических газовых выбросов в антарктическую стратосферу.

В апреле 2011 г. в средних широтах Северного полушария над рядом областей регистрировалось длительное аномальное понижение общего содержания озона, которое связывают с отголосками масштабной арктической озоновой аномалии, наблюдавшейся в марте. Показано, что разрушение стратосферного озона над Томском в этот период обусловлено извержением индонезийского вулкана Мерапи в ноябре 2010 г. Представлены результаты анализа движения воздушных масс в нижней стратосфере от координат вулканического выброса с момента извержения до конца апреля, выполненного с использованием модели NOFF HYSPLIT. Установлено, что воздушные массы, содержащие вулканогенный аэрозоль. пришли в средние широты Северного полушария в конце марта 2011 г., что согласуется с регистрацией в стратосфере над Томском высокого содержания аэрозоля в этот период. На основе анализа температурных и озоновых аномалий в стратосфере над Томском показано, что их появление обусловлено наличием в составе аэрозоля вулканогенной сажи.

Приводится сравнение основных характеристик арктического полярного вихря, полученных по данным GSFC NASA ( средняя скорость зонального ветра на 60 град с.ш., средняя температура в области 60-90 град с.ш.) и методом оконтуривания вихрей с помощью геопотенциала ( средняя скорость ветра по границе вихря, средняя температура внутри вихря), на примере трех крупнейших арктических озоновых аномалий и в среднем за 1979-2021 гг. Средняя скорость ветра по границе вихря согласно методу оконтуривания в среднем в два раза выше средней скорости зонального ветра на 60 град с.ш. и составляет в январе 37,3+- 5,6 и 58,9 +- 13,1 м/с на уровнях 50 и 10 гПа соответственно. Средняя температура внутри вихря, согласно методу оконтуривания, в целом на 5 град.С ниже средней температуры в области 60-90 град. с.ш. в нижней стратосфере. Полученные количественные характеристики расширяют представление о динамике арктического полярного вихря в нижней стратосфере.

В зимне-весенний период 2020 г. наблюдалось беспрецедентное по продолжительности и глубине разрушение стратосферного озона над Арктикой. Впервые за 42 года наблюдений понижение озона регистрировалось в течение 4 месяцев, что по продолжительности сопоставимо с антарктической озоновой дырой. При этом среднее над Арктикой общее содержание озона достигало минимальных значений за 1979-2020 гг. в течение 57% времени в период с января по апрель 2020 г. Продолжительность и глубина разрушения озона над полярной областью определяются динамикой стратосферного полярного вихря. Ослабление полярного вихря, как правило, наблюдается в условиях высокой активности вертикально распространяющихся планетарных волн. В зимне-весенний период 2019/2020 гг. наблюдалась относительно низкая активность планетарных волн. В данной работе рассматривается арктическая озоновая аномалия 2020 г., сформировавшаяся в условиях усиления полярного вихря при снижении волновой активности.

В работе сравниваются основные характеристики стратосферного полярного вихря ( площадь, средняя скорость ветра на границе, средняя температура внутри вихря ) за 2022/23 г., которые получены методами оконтуривания с помощью потенциальной завихренности (ПЗ ) и геопотенциала. Оба метода используют данные реанализа ERA5. Сравнение оценок в среднем проводилось с ноября по март в Арктике и с мая по сентябрь в Антарктике на изоэнтропических поверхностях на уровнях 475, 530 и 600 К. Площадь арктического- в 1,14 раз. Средние скорости ветра по двум методам очень близки: в Арктике ее значения по ПЗ в среднем на 5% больше, чем по геопотенциалу, а в Антарктике - на 3%. Средняя температура внутри вихря по ПЗ в среднем на 1% ниже, чем по геопотенциалу, и в Арктике , и в Антарктике. Наибольшее различие оценок площадей в Арктике достигло 25,52 млн. км2 23.11.2022 г. на поверхности 600 К, а в Антарктике - 23,78 млн. км2 на 14.12.2022 г. на поверхности 475 К. При этом в среднем различие оценок растет с высотой: с 4,23 млн. км2 на 475 К до 10,24 млн.км2 на 600 К в Арктике, с 4,91 млн. км2 на 475 К до 6,17 млн. км2 на 600 К в Антарктике. Значимая разница площадей говорит о необходимости тщательного выбора метода оконтуривания при исследовании полярных вихрей.

Дан анализ вулканогенных возмущений стратосферы в период с 1979 по 2008 г. и их влияния на долговременные изменения озоносферы. Показано, что главным регулятором поведения озоносферы в этот период являлось вулканогенное аэрозольное возмущение стратосферы.

Рассмотрены особенности ослабления стратосферного полярного вихря, предшествующие его разрушению. Для анализа аномальной динамики полярных вихрей использовался метод оценки основных параметров вихря при оконтуривании его границ с помощью значений геопотенциала, определенных по максимальному градиенту температуры и максимальной скорости ветра по данным реанализа ERAS5. Показано , что критерии аномального ослабления полярного вихря, предшествующего его разрушению- это сокращение площади вихря до значений меньше 10 млн км кв. и последующее уменьшение средней скорости ветра по границе вихря до значений меньше 30 и 45 м/с в нижней и средней стратосфере соответственно. В этом случае полярный вихрь становится небольшим циклоном ( характеризующимся высокими температурами и отсутствием динамического барьера) и разрушается в пределах трех недель.

Период существования полярных озоновых аномалий зависит от фазы квазидвухлетней цикличности (КДЦ ). КДЦ определяет расположение субтропической критической линии ветра, которое влияет на распространение планетарных волн в стратосферу. В результате, во время западной фазы КДЦ наблюдается усиление полярного вихря, а во время восточной - его ослабление, что проявляется в сроках, продолжительности и интенсивности разрушения стратосферного озона. Полярные озоновые аномалии формируются внутри устойчивого полярного вихря в период с конца зимы по весну в результате протекания гетерогенных и фотохимических реакций разрушения озона в присутствии солнечного излучения. Работа посвящена исследованию влияния фаз КДЦ на разных изобарических уровнях на динамику стратосферных полярных вихрей на основе спутниковых данных Goddard Space Flight Center NASA. Показано, что преобладающее влияние на динамику полярных вихрей оказывает КДЦ на уровне 30 гПа. В динамике антарктического полярного вихря это проявляется с сентября по декабрь, особенно в октябре и ноябре, а в динамике арктического полярного вихря - на протяжении всего периода его существования.

В зимний период внутри тропосферного полярного вихря происходит понижение температуры воздуха, что, в свою очередь, отражается на увеличении площади арктического морского льда. Однако Баренцево море зимой часто оказывается у границ тропосферного вихря, где приземная температура выше, из-за чего площадь морского льда уменьшается. С использованием данных реанализа ERA-Interim и спутниковых данных NSIDC показано, что с декабря по февраль площадь арктического морского льда в районе Баренцева моря зависит от формы и расположения тропосферного полярного вихря. На примере динамики полярных вихрей в 1997/1998 и 2015/2016 гг., а также с использованием корреляционного анализа показано, что границы тропосферного полярного вихря могут приближаться по форме и расположению к стратосферному вихрю в период декабря по март. Таким образом, уменьшение площади арктического морского льда в результате изменения границ тропосферного вихря может происходить под влиянием стратосферного полярного вихря в зимний период.

После мощных извержений тропических вулканов в стратосфере наблюдается систематическое повышение температур относительно многолетних норм. Температурные аномалии в стратосфере тропического пояса вызывают формирование очагов тепла в Арктическом регионе, что в свою очередь приводит к значительному уменьшению границ ледового покрова Северного Ледовитого океана. С использованием спектральной модели общей циркуляции атмосферы промежуточной сложности проанализировано возмущающее влияние новых температурных контрастов в стратосфере Северного полушария на климатические изменения в арктических регионах. Рассмотрено влияние мощных вулканических извержений на временные ряды изменений температуры тропической стратосферы и приземных температур для региона п-ва Чукотка. Установлено, что все мощные вулканогенные аэрозольные возмущения стратосферы откликаются в течение 10 лет всплесками температур у поверхности Земли в очаге тепла на п-ве Чукотка.

В статье рассмотрено влияние повышенных доз биологически активной УФ-В радиации на наземные и водные экосистемы. Показано, что ускорение роста СО2 в атмосфере в 80-90-х гг. XX в. до 1,6 млн-1 в год произошло при систематическом росте в этот период УФ-В радиации из-за длительной вулканогенной депрессии озоносферы вследствие аномально высокой частоты извержений вулканов, выбрасывающих продукты в стратосферу. Ускорению роста атмосферного СО2 способствовало не только подавление фотосинтетической активности в наземных и водных экосистемах, но и снижение поглотительных свойств Мирового океана из-за существенного повышения температуры его поверхности в этот период примерно на 0,7С за счет интенсивного поглощения увеличивающейся УФ-В радиации растворенным органическим веществом.

Рассматриваются геохимические основы битуминологического метода, применяемого при поисках нефтегазовых залежей. Рассмотрен рациональный комплекс методов исследования ОВ, нефтей и конденсатов. Описаны условия формирования геохимических полей (сингенетичного и аномального) и влияние вторичных факторов на их свойства. Дана классификация типов геохимических аномалий. Обоснованы нефтегазопоисковые битуминологические показатели и принципы оценки перспектив нефтегазоносности изучаемых площадей. Для геологов-поисковиков производственных организаций и специалистов, работающих в области изучения геохимии ОВ и нефтей.

Рассмотрены направления использования наиболее селективного растворителя - сульфолана - при разделении углеводородов и других веществ методами экстракции, экстрактивной ректификации и абсорбции. Приведены физико-химические свойства сульфолана, термодинамические функции смешения и данные о равновесии жидкость - жидкость в системах с углеводородами. Для работников нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности и специалистов в области процессов разделения веществ с использованием селективных растворителей. Может быть полезной также преподалателям, аспирантам и студентам вузов.

В книге описываются физические, радиационные, динамические и химические явления, участвующие в процессах стратосферно-тропосферного взаимодействия. Рассматриваются такие проблемы, как Антарктическая озоновая дыра, глобальное потепление и сопутствующее ему охлаждение стратосферы, стратосферно-тропосферный обмен, процессы переноса в верхней тропосфере, роль стратосферы в формировании тропосферных погодных систем. Книга предназначена исследователям, занимающимся физикой и химией атмосферы, метеорологией, аэрономией и другими науками, связанными с изучением окружающей среды, а также студентам и аспирантам соответствующих специальностей.