Tần suất Quang phân trên tầng bình lưu: Tác động của Giải pháp Số được Cải thiện cho Phương trình Truyền bức xạ

Gaby Becker1, Jens-Uwe Grooss1, Daniel S. McKenna1, Rolf Müller1
1Institute for Stratospheric Chemistry (ICG-1), Forschungszentrum Jülich, Jülich, Germany

Tóm tắt

Các phương pháp số để tính toán tần suất quang phân thường được sử dụng trong các mô phỏng về hóa học tầng bình lưu. Trong bài viết này, chúng tôi trình bày một cải tiến trong cách xử lý dòng bức xạ phân tán trong một phương pháp quang phân tầng bình lưu được sử dụng rộng rãi (Lary và Pyle, 1991). Chúng tôi thảo luận về cả hậu quả của sự cải tiến này và việc sửa chữa một lỗi có trong các ứng dụng trước đây của phương pháp này đối với việc tính toán tần suất quang phân tầng bình lưu. Tác động mạnh nhất của cả hai thay đổi đối với phương pháp xảy ra đối với các góc mặt trời cực nhỏ. Ảnh hưởng của việc cải thiện xử lý dòng bức xạ phân tán rõ rệt nhất ở tầng bình lưu dưới và trong tầng đối lưu. Tổng thể, sự thay đổi trong tần suất quang phân được tính toán trong khu vực quan tâm trên tầng bình lưu dưới khoảng 20%, mặc dù các độ lệch lớn hơn được tìm thấy đối với H2O, O2, NO, N2O và HCl.

Từ khóa

#quang phân #tầng bình lưu #dòng bức xạ #tần suất #mô phỏng hóa học

Tài liệu tham khảo

Abramowitz, M. and Stegun, I. A. (eds), 1965: Handbook of Mathematical Functions, Dover Publications, New York.

Anderson, D. E. and Meier, R. R., 1979: The effects of anisotropic multiple scattering on solar radiation in the troposphere and stratosphere, Appl. Optics 18, 1955.

Becker, G., Müller, R., McKenna, D. S., Rex, M., and Carslaw, K. S., 1998: Ozone loss rates in the Arctic stratosphere in the winter 1991/92: Model calculations compared with Match results, Geophys. Res. Lett. 25, 4325–4328.

Bregman, A., van den Broek, M., Carslaw, K. S., Müller, R., Peter, T., Scheele, M. P., and Lelieveld, J., 1997: Ozone depletion in the late winter lower arctic stratosphere: Observations and model results, J. Geophys. Res. 102, 10815–10828.

Chipperfield, M. P., Cariolle, D., Simon, P., Ramaroson, R., and Lary, D. J., 1993: A three dimensional modeling study of trace species in the Arctic lower stratosphere during winter 1989–1990, J. Geophys. Res. 98, 7199–7218.

Crutzen, P. J., Grooß, J.-U., Brühl, C., Müller, R., and Russell III, J. M., 1995: A reevaluation of the ozone budget with HALOE UARS data: No evidence for the ozone deficit, Science, 268, 705–708.

DeMore, W. B., Sander, S. P., Golden, D. M., Hampson, R. F., Kurylo, M. J., Howard, C. J., Ravishankara, A. R., Kolb, C. E., and Molina, M. J., 1997: Chemical kinetics and photochemical data for use in stratospheric modeling, JPL publication 97–4.

Grooß, J.-U., Müller, R., Becker, G., McKenna, D. S., and Crutzen, P. J., 1999: An update of the upper stratospheric ozone budget calculations based on HALOE data, J. Atmos. Chem., 34, 171–183.

Lary, D. J. and Pyle, J. A., 1991: Diffuse radiation, twilight, and photochemistry — I, J. Atmos. Chem. 13, 373–406.

Lary, D. J., Chipperfield, M. P., and Toumi, R., 1995: The potential impact of the reaction OH + ClO → HCl+O2 on polar ozone photochemistry, J. Atmos. Chem. 21, 61–79.

Lean, J. L., Rottman, G. J., Kyle, H. L., Woods, T. N., Hickey, J. R., and Puga, L. C., 1997: Detection and parameterization of variations in solar mid-and near-ultraviolet radiation (200–400 nm), J. Geophys. Res. 102, 29939–29956.

Lutman, E. R., Pyle, J. A., Chipperfield, M. P., Lary, D. J., Kilbane-Dawe, I., Waters, J. W., and Larsen, N., 1997: Three-dimensional studies of the 1991/1992 northern hemisphere winter using domain-filling trajectories with chemistry, J. Geophys. Res. 102, 1479–1488.

Meier, R. R., Anderson Jr., D. E., and Nicolet, M., 1982: Radiation field in the troposphere and stratosphere from 240–1000 nm-I: General analysis, Planet. Space Sci., 30, 923–933.

Meier, R. R., Anderson, G., Cantrell, C., Hall, L., Lean, J., Minschwaner, K., Shetter, R., Shettle, E., and Stamnes, K., 1997: Actinic radiation in the terrestrial atmosphere, J. Atmos. Solar-Terr. Phys., 59, 2111–2157.

Müller, R., Crutzen, P. J., Oelhaf, H., Adrian, G. P., v. Clarmann, T., Wegner, A., Schmidt, U., and Lary, D., 1994: Chlorine chemistry and the potential for ozone depletion in the Arctic stratosphere in the winter of 1991/92, Geophys. Res. Lett. 21, 1427–1430.

Stolarski, R. S., 1995: Scientific Assessment of the Atmospheric Effects of Stratospheric Aircraft, NASA Reference Publication 1381, NASA.

WMO, 1986: Scientific Assessment of Ozone Depletion: 1985, Report No. 16, Geneva.

WMO, 1990: Scientific Assessment of Ozone Depletion: 1989, Report No. 20, Geneva.

WMO, 1998: Scientific Assessment of Ozone Depletion: 1998, Report No. 44, Geneva.

Woyke, T., Müller, R., Stroh, F., McKenna, D. S., Engel, A., Margitan, J. J., Rex, M., and Carslaw, K. S., 1999, A test of our understanding of the ozone chemistry in the Arctic polar vortex based on in-situ measurements of ClO, BrO, and O3 in the 1994/95 winter, J. Geophys. Res. 104, 18755–18768.