Говоря о ламинарных слоях в атмосфере, нельзя оставить в стороне и полярный стратосферный вихрь, о котором, правда, уже говорилось во введении. Иногда его называют циркумполярным, видимо, для того, чтобы подчеркнуть его почти круговую форму. Во введении мы говорили, что в этот вихрь в Антарктике в зимне-осенний сезон не проникают воздушные массы из средних широт. Это происходит потому, что вихрь также окружен ламинарным слоем со всеми вытекающими отсюда последствиями.

Связь количества озона с погодой была обнаружена очень давно. Но только сейчас мы в состоянии связать динамику атмосферы с распределением озона и получить единую, глобальную картину циркуляции. В этой картине основные фронтовые поверхности воздушных масс образуются и развиваются в свободной атмосфере в результате образования ламинарных слоев. Но узкие полосы максимального ветра (то есть ламинарные слои) возникают не беспричинно, а потому, что температура атмосферы меняется определенным образом. Образование различных воздушных масс (тропической, умеренной и арктической, или полярной) связано с образованием ламинарных слоев. Конкретнее, оно связано с процессом макротурбулентного перемешивания в свободной атмосфере, которое возникает по обе стороны от линии с максимальной скоростью ветра (в ламинарном слое). Вдоль ламинарного слоя, или, что то же самое, вдоль фронтальной поверхности данной воздушной массы, происходит очень эффективное перемешивание воздуха. Это, естественно, имеет место по обе стороны от оси ламинарного слоя.

Из всего вышесказанного следует один очень важный для исследователей озона вывод: по метеорологической ситуации можно сказать, какое количество озона в данном месте должно быть. Точнее, для этого надо знать, какая именно воздушная масса (тропическая, умеренная или полярная) находится под этим пунктом, где проходит фронт воздушной массы — ламинарный слой. Знание синоптической картины позволяет судить о распределении озона, и, наоборот, распределение озона позволяет представить распределение воздушных масс и даже циклонов. Если в данном пункте наблюдения озона его содержание меняется, то это, без сомнения, происходит потому, что над этим пунктом одна воздушная масса сменилась другой. В тропическом поясе смена воздушной массы другой практически исключается (умеренная и полярная воздушные массы сюда не проникают), поэтому количество озона и его распределение здесь очень стабильны.

Границы данной воздушной массы, а значит, и область озона, которые характеризуются определенным его количеством, соответствующим этой воздушной массе, меняются не произвольно, а так, что площадь, занятая этой воздушной массой (а значит, и областью озона), остается неизменной. То есть воздушная масса (и соответствующая ей область озона) является единым образованием, которое устойчиво в пространстве и во времени.

Если использовать среднюю по полушарию широту границы воздушной массы, то можно прогнозировать среднее количество озона в данном месте. Такие прогнозы достаточно хорошо оправдываются. Собственно, можно прогнозировать не только среднемесячное значение озона, но и мгновенные его значения в данном пункте или регионе. Для этого надо располагать информацией об атмосфере на уровнях 300 и 200 гПа. По этим синоптическим картам можно восстановить распределение общего содержания озона в тропосфере в данном регионе.

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ОЗОНА В АТМОСФЕРЕ

Теперь мы подошли к главному вопросу, который нас волнует, — как распределен озон в атмосфере Земли и в каких пределах меняется это распределение в разные часы суток, в разные сезоны года и т. д. Этот вопрос очень непростой. Сложность его возникает по нескольким причинам. Во-первых, озон имеется в разных слоях атмосферы — приземном слое, тропосфере, стратосфере, мезосфере. В каждом из этих слоев он рождается и погибает по своим законам. Так, в стратосфере он погибает быстро, а ниже, в тропосфере, он живет долго. Другими словами, в стратосферном озонном слое озон образуется эффективнее всего, но здесь же он и исчезает быстро. Тропосферный озон называют консервативным. Он существует значительно дольше. Озон в приземном слое воздуха имеет свои стоки и истоки. Образование его зависит как от подстилающей поверхности Земли, характера местности, так и от деятельности человека. То же относится и к скорости исчезновения озона в приземном слое воздуха. Положение усложняется еще и тем, что озон непрерывно перебегает от одного слоя к другому (как вниз, так и вверх). В результате озон, образовавшийся в стратосфере, достигает земной поверхности. С другой стороны, приземный озон поднимается вверх, в стратосферу. Конечно, не весь стратосферный озон попадает к Земле и не весь озон, образованный в приземном слое воздуха, поднимается вверх, в стратосферу и мезосферу. Часть его на различных этапах этого путешествия погибает.

Значит, нельзя рассматривать отдельно вертикальное распределение озона в каждом отдельном слое атмосферы. Надо всю атмосферу с озоном рассматривать как единое целое, единую систему, в которой отдельные слои и прослойки являются своего рода сообщающимися сосудами.

Необходимо рассматривать сразу всю атмосферу, поскольку озон (как и весь атмосферный газ) движется не только вверх-вниз, но и горизонтально и, что еще более важно, наклонно вверх и наклонно вниз. В разных местах на земном шаре атмосферный газ находится в различных физических условиях. Метеорологи говорят, что имеются различные воздушные массы (тропические, арктические и т. д.). Поэтому ни в коем случае нельзя не учитывать глобальное движение воздушных масс. Без этого мы не сможем получить глобальное распределение озона.

Тут же может возникнуть вопрос, как же могут образовываться области, в которых озона меньше, чем в соседних областях, или, другими словами, как при непрерывном движении озона и всего воздуха могут образовываться озонные дыры, как сейчас стали называть эти области. Могут. Одно другому здесь не противоречит. Но это будет рассмотрено позднее. Сейчас же рассмотрим, что нам известно о распределении озона в атмосфере.

Измерения озона проводятся уже около ста лет. Правда, для этого использовались приборы, позволяющие проводить измерения с разными точностями. Тем не менее уже сейчас можно нарисовать определенную картину распределения озона в атмосфере.

На первый взгляд кажется, что естественно анализировать распределение озона снизу, от земной поверхности, вверх, до стратосферы, мезосферы и термосферы. Но физически более обоснованно начинать рассмотрение с того места, где рождается основная часть озона, — со стратосферы. Отсюда озон поступает в другие области, как вверх, так и вниз. Конечно, в каждой области имеются и собственные источники озона.

Одновременно с вертикальным распределением озона имеет смысл рассматривать и общее содержание озона в вертикальном столбе.

Из анализа экспериментальных данных А. Х. Хргиан установил, что в низких и высоких широтах распределение озона с высотой различное. В низких широтах (между 30^о северной и южной широты), в так называемой тропической зоне, общее содержание озона мало и меняется незначительно. В полярной области общее содержание озона велико. Здесь имеют место очень существенные его изменения. Водораздел между этими двумя областями проходит примерно по 30^о. Ясно, что здесь характеристики озона, как и всего атмосферного газа, не меняются скачком от тропических величин к полярным. Этот переход постепенный. Поэтому можно говорить и о третьей, переходной области, которая соединяет тропическую и полярную. Вся атмосфера в этих областях ведет себя по-разному. Далеко не случайно, что в тропической зоне тропосфера простирается значительно выше, чем в полярной области. Имеются различия в общем содержании озона в областях, разделяемых струйными течениями. У воздушных фронтов также меняется количество озона. Это и естественно, поскольку озон участвует в динамике воздушных масс. Поэтому и можно использовать озон в качестве трассера при изучении движения атмосферного газа.