Multiple symptoms of total ozone recovery inside the Antarctic vortex during austral spring
Creators
- 1. Laboratoire atmosphères, milieux, observations spatiales
- 2. Laboratoire de Météorologie Dynamique
- 3. National University of General San Martín
Description
Abstract. The long-term evolution of total ozone column inside the Antarctic polar vortex is investigated over the 1980–2017 period. Trend analyses are performed using a multilinear regression (MLR) model based on various proxies for the evaluation of ozone interannual variability (heat flux, quasi-biennial oscillation, solar flux, Antarctic oscillation and aerosols). Annual total ozone column measurements corresponding to the mean monthly values inside the vortex in September and during the period of maximum ozone depletion from 15 September to 15 October are used. Total ozone columns from the Multi-Sensor Reanalysis version 2 (MSR-2) dataset and from a combined record based on TOMS and OMI satellite datasets with gaps filled by MSR-2 (1993–1995) are considered in the study. Ozone trends are computed by a piece-wise trend (PWT) proxy that includes two linear functions before and after the turnaround year in 2001 and a parabolic function to account for the saturation of the polar ozone destruction. In order to evaluate average total ozone within the vortex, two classification methods are used, based on the potential vorticity gradient as a function of equivalent latitude. The first standard one considers this gradient at a single isentropic level (475 or 550 K), while the second one uses a range of isentropic levels between 400 and 600 K. The regression model includes a new proxy (GRAD) linked to the gradient of potential vorticity as a function of equivalent latitude and representing the stability of the vortex during the studied month. The determination coefficient (R2) between observations and modelled values increases by ∼ 0.05 when this proxy is included in the MLR model. Highest R2 (0.92–0.95) and minimum residuals are obtained for the second classification method for both datasets and months. Trends in September over the 2001–2017 period are statistically significant at 2σ level with values ranging between 1.84 ± 1.03 and 2.83 ± 1.48 DU yr−1 depending on the methods and considered proxies. This result confirms the recent studies of Antarctic ozone healing during that month. Trends from 2001 are 2 to 3 times smaller than before the turnaround year, as expected from the response to the slowly ozone-depleting substances decrease in polar regions. For the first time, significant trends are found for the period of maximum ozone depletion. Estimated trends from 2001 for the 15 September–15 October period over 2001–2017 vary from 1.21 ± 0.83 to 1.96 DU ± 0.99 yr−1 and are significant at 2σ level. MLR analysis is also applied to the ozone mass deficit (OMD) metric for both periods, considering a threshold at 220 DU and total ozone columns south of 60∘ S. Significant trend values are observed for all cases and periods. A decrease of OMD of 0.86 ± 0.36 and 0.65 ± 0.33 Mt yr−1 since 2001 is observed in September and 15 September–15 October, respectively. Ozone recovery is also confirmed by a steady decrease of the relative area of total ozone values lower than 175 DU within the vortex in the 15 September–15 October period since 2010 and a delay in the occurrence of ozone levels below 125 DU since 2005.
Translated Descriptions
Translated Description (Arabic)
الملخص. يتم التحقيق في التطور طويل الأجل لعمود الأوزون الكلي داخل دوامة القطب الجنوبي خلال الفترة 1980–2017. يتم إجراء تحليلات الاتجاه باستخدام نموذج الانحدار متعدد الخطوط (MLR) بناءً على وكلاء مختلفين لتقييم التباين السنوي للأوزون (تدفق الحرارة، التذبذب شبه كل سنتين، التدفق الشمسي، التذبذب القطبي الجنوبي والهباء الجوي). يتم استخدام قياسات عمود الأوزون الإجمالية السنوية المقابلة لمتوسط القيم الشهرية داخل الدوامة في سبتمبر وخلال فترة استنفاد الأوزون القصوى من 15 سبتمبر إلى 15 أكتوبر. تم النظر في أعمدة الأوزون الإجمالية من مجموعة بيانات إعادة تحليل المستشعرات المتعددة الإصدار 2 (MSR -2) ومن سجل مشترك يعتمد على مجموعات بيانات الأقمار الصناعية TOMS و OMI مع الفجوات التي ملأها MSR -2 (1993–1995) في الدراسة. يتم حساب اتجاهات الأوزون من خلال وكيل الاتجاه بالقطعة (PWT) الذي يتضمن وظيفتين خطيتين قبل وبعد سنة التحول في عام 2001 ووظيفة القطع المكافئ لحساب تشبع تدمير الأوزون القطبي. من أجل تقييم متوسط إجمالي الأوزون داخل الدوامة، يتم استخدام طريقتين للتصنيف، بناءً على تدرج الدوامة المحتمل كدالة لخط العرض المكافئ. يعتبر المعيار الأول هذا التدرج عند مستوى واحد متساوي الاتجاه (475 أو 550 كلفن)، بينما يستخدم الثاني نطاقًا من مستويات متساوي الاتجاه بين 400 و 600 كلفن. يتضمن نموذج الانحدار وكيلًا جديدًا (GRAD) مرتبطًا بتدرج الدوامة المحتملة كدالة لخط العرض المكافئ وتمثل استقرار الدوامة خلال الشهر المدروس. يزداد معامل التحديد (R2) بين الملاحظات والقيم المنمذجة بمقدار 0.05 عندما يتم تضمين هذا الوكيل في نموذج MLR. يتم الحصول على أعلى R2 (0.92-0.95) والحد الأدنى من المخلفات لطريقة التصنيف الثانية لكل من مجموعات البيانات والأشهر. الاتجاهات في سبتمبر خلال الفترة 2001–2017 ذات دلالة إحصائية عند مستوى 2 σ بقيم تتراوح بين 1.84 ± 1.03 و 2.83 ± 1.48 DU yr−1 اعتمادًا على الطرق والوكلاء المعتمدين. تؤكد هذه النتيجة الدراسات الأخيرة لشفاء الأوزون في أنتاركتيكا خلال ذلك الشهر. الاتجاهات من عام 2001 أصغر بمرتين إلى ثلاث مرات مما كانت عليه قبل سنة التحول، كما هو متوقع من الاستجابة للانخفاض البطيء للمواد المستنفدة للأوزون في المناطق القطبية. لأول مرة، تم العثور على اتجاهات مهمة لفترة الحد الأقصى لاستنفاد الأوزون. تتراوح الاتجاهات المقدرة من عام 2001 للفترة من 15 سبتمبر إلى 15 أكتوبر خلال الفترة 2001–2017 من 1.21 ± 0.83 إلى 1.96 DU ± 0.99 سنة−1 وهي كبيرة عند مستوى 2 σ. يتم تطبيق تحليل MLR أيضًا على مقياس عجز كتلة الأوزون (OMD) لكلتا الفترتين، مع الأخذ في الاعتبار عتبة عند 220 DU وإجمالي أعمدة الأوزون جنوب 60 S. لوحظت قيم اتجاه كبيرة لجميع الحالات والفترات. لوحظ انخفاض قدره 0.86 ± 0.36 و 0.65 ± 0.33 مليون طن متري في السنة−1 منذ عام 2001 في سبتمبر و 15 سبتمبر - 15 أكتوبر على التوالي. كما يتم تأكيد استعادة الأوزون من خلال الانخفاض المطرد في المساحة النسبية لقيم الأوزون الإجمالية التي تقل عن 175 وحدة من اليورانيوم المستنفد داخل الدوامة في الفترة من 15 سبتمبر إلى 15 أكتوبر منذ عام 2010 والتأخير في حدوث مستويات الأوزون التي تقل عن 125 وحدة من اليورانيوم المستنفد منذ عام 2005.Translated Description (French)
Résumé. L'évolution à long terme de la colonne d'ozone total à l'intérieur du vortex polaire antarctique est étudiée sur la période 1980–2017. Les analyses de tendance sont effectuées à l'aide d'un modèle de régression multilinéaire (MLR) basé sur divers indicateurs pour l'évaluation de la variabilité interannuelle de l'ozone (flux de chaleur, oscillation quasi-biennale, flux solaire, oscillation antarctique et aérosols). Les mesures annuelles de la colonne d'ozone totale correspondant aux valeurs mensuelles moyennes à l'intérieur du vortex en septembre et pendant la période d'appauvrissement maximal de l'ozone du 15 septembre au 15 octobre sont utilisées. Les colonnes d'ozone total de l'ensemble de données MSR-2 (Multi-Sensor Reanalysis version 2) et d'un enregistrement combiné basé sur les ensembles de données satellitaires TOMS et OMI avec des lacunes comblées par MSR-2 (1993–1995) sont prises en compte dans l'étude. Les tendances de l'ozone sont calculées par un proxy de tendance par morceaux (PWT) qui comprend deux fonctions linéaires avant et après l'année de retournement en 2001 et une fonction parabolique pour tenir compte de la saturation de la destruction de l'ozone polaire. Afin d'évaluer l'ozone total moyen dans le vortex, deux méthodes de classification sont utilisées, basées sur le gradient de vorticité potentiel en fonction de la latitude équivalente. Le premier standard considère ce gradient à un seul niveau isentropique (475 ou 550 K), tandis que le second utilise une gamme de niveaux isentropiques comprise entre 400 et 600 K. Le modèle de régression inclut un nouveau proxy (GRAD) lié au gradient de vorticité potentielle en fonction de la latitude équivalente et représentant la stabilité du vortex au cours du mois étudié. Le coefficient de détermination (R2) entre les observations et les valeurs modélisées augmente d'environ 0,05 lorsque ce proxy est inclus dans le modèle MLR. Le R2 le plus élevé (0,92-0,95) et les résidus minimums sont obtenus pour la deuxième méthode de classification pour les ensembles de données et les mois. Les tendances en septembre sur la période 2001–2017 sont statistiquement significatives au niveau 2σ avec des valeurs comprises entre 1,84 ± 1,03 et 2,83 ± 1,48 DU an−1 selon les méthodes et les approximations considérées. Ce résultat confirme les études récentes sur la cicatrisation de l'ozone antarctique au cours de ce mois. Les tendances à partir de 2001 sont 2 à 3 fois plus faibles qu'avant l'année de retournement, comme prévu par la réponse à la diminution lente des substances appauvrissant la couche d'ozone dans les régions polaires. Pour la première fois, des tendances significatives sont constatées pour la période d'appauvrissement maximal de l'ozone. Les tendances estimées à partir de 2001 pour la période du 15 septembre au 15 octobre sur la période 2001–2017 varient de 1,21 ± 0,83 à 1,96 UA ± 0,99 an−1 et sont significatives au niveau 2σ. L'analyse MLR est également appliquée à la mesure du déficit massique d'ozone (OMD) pour les deux périodes, en tenant compte d'un seuil à 220 UA et des colonnes d'ozone total au sud de 60∘ S. Des valeurs de tendance significatives sont observées pour tous les cas et toutes les périodes. Une diminution de l'OMD de 0,86 ± 0,36 et 0,65 ± 0,33 Mt an−1 depuis 2001 est observée en septembre et 15 septembre-15 octobre, respectivement. La récupération de l'ozone est également confirmée par une diminution constante de la superficie relative des valeurs d'ozone total inférieures à 175 UA dans le vortex au cours de la période du 15 septembre au 15 octobre depuis 2010 et un retard dans l'apparition de niveaux d'ozone inférieurs à 125 UA depuis 2005.Translated Description (Spanish)
Resumen. La evolución a largo plazo de la columna de ozono total dentro del vórtice polar antártico se investiga durante el período 1980–2017. Los análisis de tendencias se realizan utilizando un modelo de regresión multilineal (MLR) basado en varios proxies para la evaluación de la variabilidad interanual del ozono (flujo de calor, oscilación cuasi-bienal, flujo solar, oscilación antártica y aerosoles). Se utilizan las mediciones anuales de la columna de ozono total correspondientes a los valores medios mensuales dentro del vórtice en septiembre y durante el período de agotamiento máximo del ozono del 15 de septiembre al 15 de octubre. En el estudio se consideran las columnas de ozono total del conjunto de datos Multi-Sensor Reanalysis versión 2 (MSR-2) y de un registro combinado basado en conjuntos de datos satelitales TOMS y OMI con vacíos llenados por MSR-2 (1993–1995). Las tendencias del ozono se calculan mediante un proxy de tendencia por partes (PWT) que incluye dos funciones lineales antes y después del año de cambio en 2001 y una función parabólica para explicar la saturación de la destrucción del ozono polar. Para evaluar el ozono total promedio dentro del vórtice, se utilizan dos métodos de clasificación, basados en el gradiente de vorticidad potencial en función de la latitud equivalente. El primer estándar considera este gradiente a un solo nivel isentrópico (475 o 550 K), mientras que el segundo utiliza un rango de niveles isentrópicos entre 400 y 600 K. El modelo de regresión incluye un nuevo proxy (GRAD) vinculado al gradiente de vorticidad potencial en función de la latitud equivalente y que representa la estabilidad del vórtice durante el mes estudiado. El coeficiente de determinación (R2) entre los valores observados y modelados aumenta en ~ 0.05 cuando este proxy se incluye en el modelo MLR. Se obtienen los R2 más altos (0,92-0,95) y los residuos mínimos para el segundo método de clasificación tanto para los conjuntos de datos como para los meses. Las tendencias en septiembre durante el período 2001–2017 son estadísticamente significativas a nivel 2σ con valores que oscilan entre 1.84 ± 1.03 y 2.83 ± 1.48 DU año−1 dependiendo de los métodos y proxies considerados. Este resultado confirma los estudios recientes de la curación del ozono antártico durante ese mes. Las tendencias de 2001 son de 2 a 3 veces menores que antes del año de cambio, como se esperaba de la respuesta a la lenta disminución de las sustancias que agotan el ozono en las regiones polares. Por primera vez, se encuentran tendencias significativas para el periodo de máximo agotamiento de la capa de ozono. Las tendencias estimadas a partir de 2001 para el período del 15 de septiembre al 15 de octubre de 2001–2017 varían de 1,21 ± 0,83 a 1,96 DU ± 0,99 años−1 y son significativas a nivel 2σ. El análisis de MLR también se aplica a la métrica de déficit de masa de ozono (OMD) para ambos períodos, considerando un umbral de 220 DU y columnas de ozono total al sur de 60° S. Se observan valores de tendencia significativos para todos los casos y períodos. Se observa una disminución de OMD de 0.86 ± 0.36 y 0.65 ± 0.33 Mt año−1 desde 2001 en septiembre y 15 de septiembre-15 de octubre, respectivamente. La recuperación de ozono también se confirma por una disminución constante del área relativa de los valores totales de ozono inferiores a 175 DU dentro del vórtice en el período del 15 de septiembre al 15 de octubre desde 2010 y un retraso en la aparición de niveles de ozono por debajo de 125 DU desde 2005.Files
acp-18-7557-2018.pdf.pdf
Files
(754.6 kB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:f0e5ad59f264dee130c055f6ffa0e27c
|
754.6 kB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- أعراض متعددة لاسترداد الأوزون الكلي داخل دوامة القارة القطبية الجنوبية خلال الربيع الأسترالي
- Translated title (French)
- Symptômes multiples de la récupération totale de l'ozone à l'intérieur du vortex antarctique pendant le printemps austral
- Translated title (Spanish)
- Múltiples síntomas de recuperación total de ozono dentro del vórtice antártico durante la primavera austral
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W2771619264
- DOI
- 10.5194/acp-18-7557-2018
References
- https://openalex.org/W1974251997
- https://openalex.org/W1974923427
- https://openalex.org/W1987770728
- https://openalex.org/W1992227592
- https://openalex.org/W1996352389
- https://openalex.org/W1999184777
- https://openalex.org/W2008832785
- https://openalex.org/W2018462874
- https://openalex.org/W2031719474
- https://openalex.org/W2042950462
- https://openalex.org/W2054690354
- https://openalex.org/W2055698954
- https://openalex.org/W2055837820
- https://openalex.org/W2059660618
- https://openalex.org/W2080029086
- https://openalex.org/W2080413939
- https://openalex.org/W2080876514
- https://openalex.org/W2091100289
- https://openalex.org/W2094403490
- https://openalex.org/W2095268272
- https://openalex.org/W2095897212
- https://openalex.org/W2096845762
- https://openalex.org/W2115577276
- https://openalex.org/W2121745948
- https://openalex.org/W2137471502
- https://openalex.org/W2143812231
- https://openalex.org/W2155829461
- https://openalex.org/W2164551752
- https://openalex.org/W2169658596
- https://openalex.org/W2171248599
- https://openalex.org/W2468673805
- https://openalex.org/W2524325663
- https://openalex.org/W2743245596
- https://openalex.org/W2754901818
- https://openalex.org/W2754904600
- https://openalex.org/W2762229760