Влияние струйного течения на интенсивность обмена 7Ве между стратосферой и тропосферой

Наблюдения за метеорологическими явлениями и содержание радиоактивных изотопов в атмосфере составляют важные направления изучения глобальных перемещений воздушных масс. К числу удобных изотопных "трассеров" относится 7Ве, образующийся в стратосфере под действием протонов, входящих в состав космических лучей. Для рассмотрения вопроса попадания 7Ве в тропосферу рассмотрим некоторые данные о тропосфере и стратосфере Земли.

Тропосфера снабжается энергией, получая запас тепла от земной поверхности. Следствием этого является сильная конвекция и убывание с высотой температуры воздуха. Стратосфера от земной поверхности тепла не получает. В нижней части стратосферы (от ее границы с тропосферой до высот 30 км) в умеренных и приполярных широтах держится низкая температура (--50°С), с высотой она почти не изменяется. На большой высоте наблюдается слой с более высокой температурой, доходящей до уровня 40-55 км, примерно до +3.5°С, а еще выше - снова область низких температур.

Наличие теплого слоя объясняется выделением теплоты диссоциации озона, поглощающего ультрафиолетовое излучение Солнца. Тропопауза располагается тем выше, чем сильнее нагрета подстилающая поверхность. Средняя высота тропопаузы очень устойчива и в околополярных областях составляет от 6 км зимой до 11-12 км летом. В экваториальных областях высота тропопаузы 16-18 км.

Соловьев Л.Н. Влияние струйного течения на интенсивность обмена 7Ве...

располагается на высоте 6-8 км. Арктические струйные течения расположены севернее 65° с.ш. Характеризуются максимальными скоростями ветра, достигающими порой 60-100 м/с на высоте менее 8 км ( Атмосфера , 1991).

Струйное течение, приходящееся на "разрыв" в тропопаузе, в какой-то мере принадлежит и к тропосферной и к стратосферной циркуляции. Наличие горизонтального температурного градиента в стратосфере приводит и к другим зональным (т.е. в общем направлении по параллелям) течениям в стратосфере.

Перенос аэрозолей из тропосферы в стратосферу и обратно осуществляется вследствие турбулентности, конвекции и упорядоченных вертикальных движений. Атмосферная турбулентность наиболее ярко проявляется в области струйных течений.

Поскольку содержание 7Ве в стратосфере выше, чем в тропосфере, то существенное повышение его концентраций в нижних слоях атмосферы может служить одним из признаков "разрыва" тропопаузы.

Уровни загрязнения радиоактивными изотопами и их изменение по сезонам в полярных районах северного полушария существенно зависят от интенсивности межширотного обмена в атмосфере между материком Евразия и высокими широтами. По данным А.А. Каца ( Шведов , 1962) индекс меридиональной циркуляции в тропосфере между 40-70° с.ш. имеет четкие сезонные изменения с максимумами зимой-весной и минимумами летом-осенью каждого года.

Нисходящие движения, характерные для антициклонов, способствуют приносу в приземный слой воздуха продуктов деления из верхней тропосферы и повышают уровни концентраций радиоактивных веществ.

С этой точки зрения более высокие уровни концентрации продуктов деления в воздухе в северных широтах с ноября по март объясняется тем, что в этот период радиоактивные продукты деления поступают из полярной стратосферы в полярную тропосферу. Оно существенно меньше чем в умеренных широтах весной, вследствие развитого межширотного обмена в этот период. Но нисходящее движение в антициклоне сокращает время переноса продуктов деления из верхних слоев тропосферы в приземный слой и приводит к тому, что увеличение перехода радиоактивных аэрозолей из стратосферы в полярную верхнюю тропосферу существенно сказывается на уровнях загрязнения приземного воздуха. К тому же интенсивность межширотного обмена в верхней тропосфере меньше, чем в средней и нижней. Еще одной из возможных причин поступления продуктов деления из стратосферы в полярную тропосферу в период с ноября по март может служить зимнее исчезновение тропопаузы (о. Хейса) в высоких широтах. Зимой в полярных районах практически не наблюдается тропопауза, поэтому здесь возможны особенности в сезонном ходе и в уровнях радиоактивного загрязнения тропосферы и приземного слоя воздуха.

4.    Отбор проб и анализ результатов

Анализ проводился на гамма-спектрометре в лаборатории Мурманского управления по гидрометеорологии. Пробы аэрозолей отбирались при помощи воздушно-фильтрующей установки "Тайфун", находящейся в г. Мурманске. Наблюдения проводятся круглосуточно в течение всего года. Улавливание происходит аналитическим аэрозольным фильтром из ткани ФПП (материал волокон перхлорвинил) при прокачивании через него воздуха в течении 24 часов. Суммарный объем отфильтрованного воздуха составил в среднем 46000 м 3 / сут.

После окончания экспозиции волокнистый слой фильтра снимали с марлевой основы и озоляли при T ° C ~ 400. Спустя сутки после окончания отбора, т.е. после полного распада короткоживущих продуктов, препараты измеряли на у -спектрометре. Расчет содержания 7 Ве проводился по скорости счета в фотопике у -квантов с энергией 477.6 кэВ. Рост концентрации ⁷Ве наблюдался в период 8-11 апреля. 8 апреля дневной выпуск радиозонда показал верхнюю границу тропопаузы на высоте 5.14 км, где не прослеживались четкие границы, и имел место "разрыв" тропопаузы. Содержание ⁷Ве в атмосфере в период разрыва тропопаузы резко увеличилось и 4.04 составляла 2.25 - 10 ’4 Бк / м³, а 8.04 уже 1.02 - 10 ’ ¹ Бк / м³. Далее концентрация снижалась до обычного уровня, и 12.04 была 7.95 - 10 ’5 Бк / м³.

5.    Заключение

В результате мощного струйного течения, произошел "разрыв" в тропопаузе, что привело к проникновению воздушных масс из стратосферы в тропосферу и повышенному содержанию суммарной P -активности и космогенного ⁷Ве. Проведенные в приземном слое атмосферы наблюдения за содержанием ⁷Ве и P -активных аэрозолей показали практически полную синхронность измерений их концентраций. Струйное течение принесло стратосферные массы воздуха, которые и повлияли на увеличение концентраций радиоактивных аэрозолей как искусственного, так и естественного происхождения.