Περιεχόμενα Περίληψη 2 Abstract 3 1 Εισαγωγή Οζον Μηχανισμοί παραγωγής, καταστροφής και μεταφοράς του στρ

Αριστοτελειο Πανεπιστημιο Θεσσαλονικης ΤΜΗΜΑ ΦΥΣΙΚΗΣ ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ Μακροχρόνιες μεταβολές του στρατοσφαιρικού όζοντος στην περιοχή της Ανταρκτικής Παπακωνσταντίνου Πρεσβέλου Ιρις Επιβλέπων Καθηγητής: Μπαλής Δημήτριος Θεσσαλονίκη, Φεβρουάριος 2017

Περιεχόμενα Περίληψη 2 Abstract 3 1 Εισαγωγή 4 1.1 Οζον................................. 4 1.2 Μηχανισμοί παραγωγής, καταστροφής και μεταφοράς του στρατοσφαιρικού όζοντος.......................... 5 1.3 Τρύπα του όζοντος.......................... 7 1.4 Εξέλιξη του πολικού όζοντος.................... 12 2 Περιγραφή διατάξεων και σταθμού 16 2.1 Φασματοφωτόμετρο Dobson.................... 16 2.2 Οζοντοβόλιση............................ 20 2.3 Σταθμός Amundsen-Scott..................... 22 3 Ανάλυση δεδομένων 24 3.1 Δεδομένα από το όργανο Dobson.................. 24 3.2 Δεδομένα από τις οζοντοβολίσεις.................. 33 4 Συμπεράσματα 54 Βιβλιογραφία 56 1

Περίληψη Στην παρούσα πτυχιακή εργασία πραγματοποιήθηκε μελέτη των μακροχρόνιων μεταβολών του στρατοσφαιρικού όζοντος στην περιοχή της Ανταρκτικής. Η εργασία βασίστηκε σε μετρήσεις από το φασματοφωτόμετρο Dobson και τις ο- ζοντοβολήσεις που πραγματοποιήθηκαν στο σταθμό Amundsen-Scott στο Νότιο Πόλο. Εναυσμα για τη μελέτη αποτέλεσε η ύπαρξη του φαινομένου της τρύπας του όζοντος, το οποίο συμβαίνει στην Ανταρκτική κάθε άνοιξη και προκαλεί σοβαρές μειώσεις στο πολικό όζον. Το φαινόμενο είναι μοναδικό για τη συγκεκριμένη περιοχή λόγω των ιδιαίτερων μετεωρολογικών συνθηκών που επικρατούν εκεί κατά τη διάρκεια του χειμώνα. Η σημασία του φαινομένου είναι μεγάλη, διότι επηρεάζει την ισορροπία του όζοντος σε παγκόσμια βάση. Στο πρώτο κεφάλαιο θα γίνει μια μικρή εισαγωγή για το όζον και το σημαντικό ρόλο που κατέχει στη ζωή μας. Εν συντομία θα αναφερθούν οι μηχανισμοί παραγωγής και καταστροφής του, καθώς και η διαδικασία μεταφοράς του πάνω στη Γη. Επειτα, θα δωθεί έμφαση στο φαινόμενο της τρύπας του όζοντος και στην εξέλιξή του κατά τη διάρκεια των ετών. Στο δεύτερο κεφάλαιο θα περιγραφούν οι διατάξεις από τις οποίες προήλθαν τα δεδομένα της εργασίας και ο σταθμός στον ο- ποίο πραγματοποιήθηκαν οι μετρήσεις. Στο τρίτο κεφάλαιο θα γίνει πλήρης ανάλυση των δεδομένων και θα παρουσιαστούν οι μακροχρόνιες μεταβολές του πολικού όζοντος. Τέλος, θα σχολιαστούν οι μεταβολές και θα εξαχθούν βασικά συμπεράσματα για το φαινόμενο. 2

Abstract This B.Sc thesis constitutes a study on long-term changes in stratospheric ozone in the Antartic region. The project was based on measurements from Dobson spectrophotometer and ozonesondes, that took place in Amundsen- Scott South Pole Station. The reason that led to the conduction of the study was the ozone hole phenomenon. This phenomenon happens in Antartica every spring and as a consequence it provokes serious depletion in polar ozone. Due to special meteorological conditions that exist there during winter, it is unique in this specific region. Its significance is great, because it affects the balance of global ozone. In the first chapter there will be an introduction to the basics of ozone and its important role for people s lives. The mechanisms of production, destruction and distribution of ozone will be referred in brief. Subsequently, emphasis will be given in the ozone hole phenomenon and its evolution during years. In the second chapter, the station and the measurement techiques will be described. In chapter three data will be analysed and the long-term changes in polar ozone will be presented. Finally, the ozone changes will be clarified and some basic conclusions will be extracted. 3

Κεφάλαιο 1 Εισαγωγή 1.1 Οζον Το όζον αποτελεί βασικό αέριο της ατμόσφαιρας. Κάθε μόριο όζοντος απαρτίζεται από τρία άτομα οξυγόνου και συμβολίζεται με O 3. Η ονομασία του προέρχεται από την αρχαία λέξη όζειν που σημαίνει μυρίζει, λόγω της χαρακτηριστικής οσμής που το διακρίνει. Η συγκέντρωση του όζοντος μετράται σε Dobson Units (DU). Ενα DU αντιπροσωπεύει τον αριθμό των μορίων όζοντος που χρειάζεται για να δημιουργηθεί στρώμα όζοντος πάχους 0.01 mm σε θερμοκρασία 0 C και πίεση 1 atm. Το συνολικό όζον που βρίσκεται πάνω από την επιφάνεια της Γης υπολογίζεται ότι είναι περίπου 300 DU. Το 90% του συνολικού όζοντος βρίσκεται στη στρατόσφαιρα και αναφέρεται συχνά ως στρώμα του όζοντος. Εκτείνεται από τη βάση της στρατόσφαιρας, μεγιστοποιείται κοντά στα 20 km και φτάνει μέχρι τα 50 km υψόμετρο. Το ύψος της βάσης της στρατόσφαιρας διαφοροποιείται με το γεωγραφικό πλάτος και βρίσκεται υψηλότερα στους τροπικούς (16 km), ενώ χαμηλότερα στους πόλους (10 km). Το υπόλοιπο 10% του όζοντος εντοπίζεται στην τροπόσφαιρα, τη χαμηλότερη περιοχή μεταξύ της επιφάνειας της Γης και της στρατόσφαιρας (Σχήμα 1.1). Το τροποσφαιρικό όζον αποτελεί ρύπο και σε μεγάλες ποσότητες προκαλεί σοβαρές επιπτώσεις στους έμβιους οργανισμούς και τα φυτά. Κύρια πηγή του είναι οι αντιδράσεις οξειδίων του αζώτου με υδρογονάνθρακες. Εκθεση σε μεγάλες ποσότητες τροποσφαιρικού όζοντος μπορεί να προκαλέσει βήχα ή πόνο στο στήθος και να χειροτερέψει καταστάσεις υγείας που συνδέονται με την καρδιά και τους πνεύμονες. Επιπλέον, σε μεγάλες ποσότητες μπορεί να οδηγήσει στη θέρμανση της επιφάνειας της Γης, συμμετέχοντας στο φαινόμενο του θερμοκηπίου. 4

Σχήμα 1.1: Μεταβολή του όζοντος με το υψόμετρο στους τροπικούς (Twenty Questions and Answers About the Ozone Layer: 2014 Update) Στον αντίποδα, το στρατοσφαιρικό όζον είναι απαραίτητο για τη ζωή στον πλανήτη, γιατί σχηματίζει ένα στρώμα που προστατεύει από την υπεριώδη ακτινοβολία του ηλίου. Συγκεκριμένα, απορροφά τη UV-c ακτινοβολία (180-280 nm), ένα μεγάλο μέρος της UV-b (280-320 nm) και σχεδόν το μισό της UV-a ακτινοβολίας (320-400 nm). Η UV-b ακτινοβολία που δεν απορρροφάται μπορεί να γίνει ιδιαίτερα επικίνδυνη, γιατί αυξάνει τον κίνδυνο εμφάνισης καρκίνου του δέρματος και καταρράκτη των ματιών. Αντίστοιχα, η UV-a ακτινοβολία είναι υπεύθυνη για την πρόωρη γήρανση του δέρματος και τα εγκαύματα. 1.2 Μηχανισμοί παραγωγής, καταστροφής και μεταφοράς του στρατοσφαιρικού όζοντος Το στρατοσφαιρικό όζον σχηματίζεται μέσα από διαδοχικές χημικές διαδικασίες στην ατμόσφαιρα που απαιτούν ηλιακή ακτινοβολία. Οι εξισώσεις παραγωγής του όζοντος περιγράφονται παρακάτω: O 2 + hv O + O (1.1) O + O 2 + M O 3 + M (1.2) 5

όπου Μ είναι κάποιο ατμοσφαιρικό μόριο (π.χ N 2, O 2 ) Η παραγωγή του στρατοσφαιρικού όζοντος εξισορροπείται από τις διαδικασίες καταστροφής του. Το όζον καταστρέφεται όταν αντιδρά με μόρια (Χ) που περιέχουν υδρογόνο, άζωτο, χλώριο ή βρώμιο. Κάποια από αυτά υπάρχουν φυσικά στην ατμόσφαιρα, ενώ άλλα προέρχονται από ανθρώπινη δραστηριότητα. Οι εξισώσεις καταστροφής του όζοντος περιγράφονται παρακάτω: O 3 + hv O 2 + O (1.3) X + O 3 XO + O 2 (1.4) XO + O X + O 2 (1.5) O + O 3 2O 2 (1.6) Τα ποσά του όζοντος στη στρατόσφαιρα ποικίλουν ανάλογα με το γεωγραφικό πλάτος (Σχήμα 1.2). Παρότι περισσότερο όζον παράγεται στους τροπικούς, μεγαλύτερες τιμές παρατηρούνται στα μέσα και μεγάλα πλάτη. Αυτό είναι αποτέλεσμα της ατμοσφαιρικής κυκλοφορίας στη στρατόσφαιρα, η οποία μεταφέρει τον πλούσιο σε όζον αέρα από τους τροπικούς προς τους πόλους. Επιπλέον, οι ποσότητες όζοντος παρουσιάζουν και εποχική διακύμανση. Το όζον μεταφέρεται κατά τη διάρκεια του φθινοπώρου και του χειμώνα, την άνοιξη παρουσιάζει μέγιστο στα μεγάλα πλάτη, ενώ το καλοκαίρι η μεταφορά εξασθενεί. Ο εποχικός κύκλος παρατηρείται και στα δύο ημισφαίρια, με διαφορά ότι στο Νότιο Ημισφαίριο η μεταφορά είναι ασθενέστερη. Η ισορροπία του ολικού όζοντος καθώς και ο εποχικός του κύκλος μπορούν να διαταραχθούν υπό συγκεκριμένες συνθήκες. Οταν οι διαδικασίες καταστροφής του υπερισχύουν και οι μετεωρολογικές συνθήκες το επιτρέπουν μπορεί να δημιουργηθεί αραίωση στο στρώμα του όζοντος για κάποιο χρονικό διάστημα. Ενα τέτοιο φαινόμενο παρατηρήθηκε για πρώτη φορά στις αρχές της δεκαετίας του 80 στο Νότιο Πόλο και αποτέλεσε έναυσμα για περαιτέρω μελέτη πάνω στο όζον. Το φαινόμενο ονομάστηκε τρύπα του όζοντος και θα επεξηγηθεί αναλυτικά στην επόμενη παράγραφο. 6

Σχήμα 1.2: Εποχική και κατά γεωγραφικό πλάτος κατανομή του ολικού όζοντος στην ατμόσφαιρα (http://www.stadtentwicklung.berlin. de/umwelt/umweltatlas/ed306_04.htm) 1.3 Τρύπα του όζοντος Η τρύπα του όζοντος είναι το φαινόμενο στο οποίο παρατηρούνται χαμηλές συγκεντρώσεις όζοντος στη στρατόσφαιρα, πάνω από την περιοχή της Ανταρκτικής. Ο όρος αυτός αποδώθηκε στο φαινόμενο, λόγω του σφαιρικού σχήματος της περιοχής των χαμηλών τιμών όζοντος που απεικονίζεται στις δορυφορικές εικόνες της Ανταρκτικής. Οι τιμές αναφοράς που ορίζουν την περιοχή είναι τα 220 DU. Το φαινόμενο λαμβάνει χώρα κατά τη διάρκεια της άνοιξης του Νοτίου Ημισφαιρίου και οφείλεται σε συνδυασμό μετεωρολογικών και χημικών διεργασιών. Στη συνέχεια, θα αναλυθούν οι συνθήκες οι οποίες συντελούν στη δημιουργία του. Σημαντικό ρόλο στο φαινόμενο παίζουν ορισμένες αέριες αλογονούχες ε- νώσεις που περιέχουν χλώριο ή βρώμιο. Αυτές ονομάζονται και Ozone Depleting Substances (ODS), δηλαδή ουσίες που εξαντλούν το όζον. Εκλύονται στην τροπόσφαιρα από φυσικές ή ανθρώπινες δραστηριότητες και μεταφέρονται μέσω των ανέμων και των ανοδικών κινήσεων στη στρατόσφαιρα. Εκεί κατά τη διάρκεια του φθινοπώρου μετασχηματίζονται μέσω χημικών αντιδράσεων σε ενεργά αλογονούχα αέρια, με τη βοήθεια της υπεριώδους ηλιακής ακτινοβολίας. Παραδείγματα στρατοσφαιρικών αλογονούχων αερίων παρουσιάζονται στο σχήμα 1.3. 7

Από τα παρακάτω, το υδροχλωρικό οξύ (HCl) και το νιτρικό χλώριο (ClONO 2 ) βρίσκονται σε μεγαλύτερη αφθονία. Αυτά τα δύο αέρια επειδή δεν αντιδρούν άμεσα με το όζον συσσωρεύονται στη στρατόσφαιρα και σχηματίζουν αποθήκες. Σχήμα 1.3: Στρατοσφαιρικά αλογονούχα αέρια (Twenty Questions and Answers About the Ozone Layer: 2014 Update) Κατά τη διάρκεια της πολικής νύχτας του χειμώνα η ηλιακή ακτινοβολία δε φτάνει στο Νότιο Πόλο. Επιπλέον, στο μέσο της κατώτερης στρατόσφαιρας πνέουν ισχυροί άνεμοι που περικυκλώνουν το Νότιο Πόλο, σχηματίζοντας έναν πολικό στρόβιλο (Σχήμα 1.4). Ο αέρας εγκλωβίζεται στο εσωτερικό του στροβίλου και ως αποτέλεσμα παρεμποδίζεται η διανταλλαγή του με τις γειτονικές περιοχές για μεγάλο χρονικό διάστημα. Σχήμα 1.4: Πολικός στρόβιλος (http://www.physics.otago.ac.nz/ space/aarddvark_nox_background.htm) 8

Χωρίς ηλιακή ακτινοβολία η θερμοκρασία εντός του στροβίλου πέφτει αρκετά χαμηλά, επιτρέποντας το σχηματισμό νεφών κάτω από τους -78 C. Τα νέφη αυτά ονομάζονται πολικά στρατοσφαιρικά νέφη (P SCs) (Σχήμα 1.5) και σχηματίζονται από τη συμπύκνωση νιτρικού οξέος (HNO 3 ) και θειούχων αερίων με υδρατμούς. Σχήμα 1.5: Πολικά στρατοσφαιρικά νέφη (https://www.climate.gov/news-features/ understanding-climate/arctic s-first-ozone-hole) Πάνω στην επιφάνεια των πολικών στρατοσφαιρικών νεφών το υδροχλωρικό οξύ και το νιτρικό χλώριο μετασχηματίζονται σε πιο ενεργά αέρια, όπως το χλωριούχο μονοξείδιο (ClO), το βρωμιούχο μονοξείδιο (BrO) και τα άτομα χλωρίου (Cl) και βρωμίου (Br). Η παρουσία αυτών των αερίων είναι καταστροφική για το όζον, γιατί λειτουργούν ως καταλύτες στις αντιδράσεις καταστροφής του. Συγκεκριμένα, κάθε άτομο χλωρίου ή βρωμίου μπορεί να καταστρέψει χιλιάδες μόρια όζοντος, πρωτού αντιδράσει με κάποιο άλλο μόριο. Οι καταλυτικοί κύκλοι των ενώσεων του χλωρίου και του βρωμίου φαίνονται στα σχήματα 1.6 και 1.7. Οι μηχανισμοί είναι κυρίαρχοι στις πολικές περιοχές, εξαιτίας των μεγάλων ποσοτήτων μονοξειδίου του χλωρίου που έχει παραχθεί κατά τη διάρκεια του χειμώνα. Για την ολοκλήρωση και τη συντήρησή τους απαραίτητη είναι η ηλιακή ακτινοβολία. Κατ επέκταση, οι κύκλοι δε μπορούν να πραγματοποιηθούν το χειμώνα στην πολική στρατόσφαιρα και ενεργοποιούνται στις αρχές της άνοιξης. Το χλώριο και το βρώμιο δρουν καταλυτικά σε κάθε κύκλο, δηλαδή αντιδρούν και ξανασχηματίζονται, παραμένοντας στη στρατόσφαιρα έπειτα από τις αντιδράσεις τους. Το τελικό αποτέλεσμα των καταλυτικών κύκλων είναι η καταστροφή μορίων όζοντος με την παράλληλη παραγωγή μορίων οξυγόνου. 9

Σχήμα 1.6: Καταλυτικός κύκλος Cl (Twenty Questions and Answers About the Ozone Layer: 2014 Update) Σχήμα 1.7: Καταλυτικοί κύκλοι Cl και Br στις πολικές περιοχές (Twenty Questions and Answers About the Ozone Layer: 2014 Update) Συμπερασματικά, ο συνδυασμός των πολικών στρατοσφαιρικών νεφών, του στροβίλου και των καταλυτικών κύκλων των ενώσεων χλωρίου και βρωμίου έχει σοβαρές συνέπειες για το όζον στην περιοχή αυτή. Αποτέλεσμα είναι η παρατήρηση της τρύπας του όζοντος πάνω από την Ανταρκτική κατά τους μήνες Σεπτέμβριο μέχρι Δεκέμβριο. Μετά το πέρας της άνοιξης της Ανταρκτικής, ο πολικός στρόβιλος καταρρέει και άφθονος αέρας μεταφέρεται από τα μέσα γεωγραφικά πλάτη, αναπληρώνοντας το όζον που χάθηκε κατά τη διάρκεια της άνοιξης. 10

Παρόμοιο φαινόμενο με αυτό της τρύπας του όζοντος στην Ανταρκτική εμφανίζεται και στην Αρκτική στο Βόρειο Πόλο, κατά τους μήνες Ιανουάριο μέχρι Απρίλιο (Σχήμα 1.8). Ωστόσο, το φαινόμενο εκεί δεν είναι τόσο έντονο και δεν παρουσιάζονται τόσο μεγάλες απώλειες όζοντος. Ενας λόγος είναι ότι στο Βόρειο Πόλο οι θερμοκρασίες δεν παραμένουν χαμηλά για τόσο μεγάλο χρονικό διάστημα. Συγκεκριμένα, οι θερμοκρασίες παραμένουν κάτω από τους -78 C για 10-60 μέρες, σε αντίθεση με το Νότιο Πόλο που μπορεί να παραμείνουν μέχρι και για 5 μήνες. Άλλοι εξίσου σημαντικοί παράγοντες είναι οι διαφορές μεταξύ μορφολογίας του τοπίου, δηλαδή οι εναλλαγές ξηράς, θάλασσας και βουνών στα δύο ημισφαίρια που έχουν ως αποτέλεσμα διαφορετικά συστήματα ανέμων. Η διαφορά της δράσης του φαινομένου στις δύο περιοχές απεικονίζεται στο παρακάτω σχήμα. Σχήμα 1.8: Μεταβολή του όζοντος σε Ανταρκτική και Αρκτική (Twenty Questions and Answers About the Ozone Layer: 2014 Update) Οπως φαίνεται, οι τιμές του όζοντος στην Αρκτική είναι πολύ μεγαλύτερες για το διάστημα 1989-2014 από τις αντίστοιχες στην Ανταρκτική για το διάστημα 1990-2013. Ακόμη, ελάχιστες τιμές όζοντος στην Αρκτική όπως το Μάρτιο του 1996 και τον Απρίλιο του 2011, δεν μπορούν να συναγωνιστούν σε καμία περίπτωση τις πολύ χαμηλές τιμές του Οκτώβριου του 2006 στην Ανταρκτική. 11

1.4 Εξέλιξη του πολικού όζοντος Πριν από την παρατήρηση της τρύπας του όζοντος, τα ποσά των ουσιών που εξαντλούν το όζον δεν ήταν αρκετά για να προκαλέσουν σοβαρή καταστροφή. Κατά τη δεκαετία όμως του 80, οι μέσες τιμές όζοντος άρχισαν να μειώνονται σταθερά. Οι τιμές που παρατηρήθηκαν ήταν κατά 37% μικρότερες από εκείνες στα χρόνια πριν την εμφάνιση της τρύπας του όζοντος, γεγονός που οδήγησε στην κινητοποίηση των οργανισμών και των κρατών για την αντιμετώπιση του φαινομένου. Το 1985 υπογράφηκε η σύμβαση της Βιέννης με την οποία έγινε ένα πρώτο βήμα για την προστασία του στρώματος του όζοντος. Το 1987 ακολούθησε η υ- πογραφή της διεθνούς συνθήκης Πρωτόκολλο του Μόντρεαλ που επικυρώθηκε από όλα τα μέλη των Ηνωμένων Εθνών και τέθηκε σε ισχύ το 1989. Σκοπός της ήταν να μειωθεί η παγκόσμια παραγωγή ουσιών που συμβάλλουν στην εξάντληση του στρώματος του όζοντος. Στη συνέχεια, το πρωτόκολλο ενισχύθηκε με τροποποιήσεις (Λονδίνο 1990, Κοπενχάγη 1992 κ.α), οι οποίες πρόσθεσαν ελέγχους και μέτρα, καθώς και τη σταδιακή κατάργηση κάποιων αερίων. Οι ενέργειες αυτές απέβησαν τελικά καθοριστικές για την εξέλιξη της τρύπας του όζοντος. Η επιρροή του Πρωτοκόλλου του Μόντρεαλ μπορεί να φανεί από τις μακροχρόνιες αλλαγές στο ισοδύναμο ενεργό στρατοσφαιρικό χλώριο (EESC) (Σχήμα 1.9). Ο δείκτης περιλαμβάνει τις ποσότητες χλωρίου και βρωμίου που υπάρχουν στην ατμόσφαιρα και μπορούν να προκαλέσουν καταστροφή του όζοντος σε μια συγκεκριμένη στρατοσφαιρική περιοχή, σε ετήσια βάση. Σχήμα 1.9: Πρωτόκολλο του Μόντρεαλ και μακροχρόνιες αλλαγές στο EESC (http://www.theozonehole.com/dualbenefits.htm) 12

Τις επόμενες δεκαετίες του 1990, 2000 και αρχές του 2010, η καταστροφή του όζοντος ήταν περίπου σταθερή (Σχήμα 1.10). Εξαίρεση αποτελεί το 2002, όπου ένα ασυνήθιστο μετεωρολογικό γεγονός χώρισε το στρόβιλο στα δύο και προκάλεσε μικρότερη μείωση στο όζον. Μέχρι και σήμερα το φαινόμενο της τρύπας του όζοντος εξακολουθεί να υπάρχει, καθώς οι συγκεντρώσεις των αερίων που συμμετέχουν στις αντιδράσεις καταστροφής του όζοντος είναι ακόμα σε υψηλά επίπεδα. Συγκεκριμένα, οι συγκεντρώσεις έχουν μειωθεί μόνο κατά 10% σε σχέση με τις μέγιστες τιμές που παρατηρήθηκαν στις αρχές του αιώνα. Σχήμα 1.10: Δορυφορικές εικόνες της τρύπας του όζοντος (http://www. esa.int/our_activities/preparing_for_the_future/space_for_ Earth/Antarctic/Satellite_observations_monitor_ozone_hole) Οι αλλαγές στο μέγεθος της τρύπας του όζοντος στην Ανταρκτική κατά τη διάρκεια των ετών οφείλονται κυρίως σε μετεωρολογικούς παράγοντες και δυναμικές διεργασίες. Τα δύο αυτά στοιχεία επηρεάζουν τις θερμοκρασίες που επικρατούν κατά τη διάρκεια του χειμώνα και τη μεταφορά ανέμου από και προς την Ανταρκτική. Στο σχήμα 1.11 απεικονίζονται οι αλλαγές στο εμβαδόν της τρύπας του όζοντος, σε σύγκριση με την ελάχιστη τιμή του ολικού όζοντος κατά τη διάρκεια των ετών, μέχρι και το 2014. 13

Σχήμα 1.11: Εμβαδόν της τρύπας του όζοντος και ελάχιστες τιμές ολικού όζοντος (Twenty Questions and Answers About the Ozone Layer: 2014 Update) Μελλοντικές προβλέψεις για την εξέλιξη του φαινομένου βασίζονται σε προσομοιώσεις κλιματικών μοντέλων (Σχήμα 1.12). Προβλέψεις αναφέρουν ότι τα ποσά όζοντος θα αυξηθούν στην Ανταρκτική, ως αποτέλεσμα της μείωσης των καταστροφικών ουσιών για το όζον. Επιστροφή σε τιμές όζοντος στα μεγάλα πλάτη παρόμοιες με εκείνες του 80 είναι πιθανόν να έχουμε κατά τη διάρκεια του αιώνα, με το πολικό όζον να επανέρχεται στην Ανταρκτική μέχρι το 2060. Η κλιματική αλλαγή θα είναι σημαντικός παράγοντας για το φαινόμενο, καθώς αύξηση των αερίων του θερμοκηπίου θα ενισχύσουν τη μεταφορά αέρα πλούσιου σε όζον στα μεγάλα πλάτη. Ωστόσο, ουσιώδης μείωση στο στρώμα του όζοντος μπορεί να υπάρξει από την ενίσχυση των εκπομπών αερίων που περιέχουν θείο. Αυτό προέρχεται είτε από φυσικές πηγές (π.χ εκρήξεις ηφαιστείων), είτε από ανθρώπινους παράγοντες (π.χ καύση ορυκτών καυσίμων) και παίζει ρόλο στην ενεργοποίηση του χλωρίου. 14

Σχήμα 1.12: Προσωμοιώσεις για το στρατοσφαιρικό όζον (Twenty Questions and Answers About the Ozone Layer: 2014 Update) Στόχος της παρούσας πτυχιακής εργασίας είναι η μελέτη των μακροχρόνιων μεταβολών του στρατοσφαιρικού όζοντος πάνω από την περιοχή της Ανταρκτικής στη διάρκεια των ετών και η επικαιροποίησή τους για τα έτη 2015 και 2016. Η μελέτη βασίστηκε σε μετρήσεις από το όργανο Dobson και τις οζοντοβολίσεις. Στο επόμενο κεφάλαιο θα παρουσιαστεί λεπτομερής ανάλυση του τρόπου λειτουργίας των διατάξεων που χρησιμοποιήθηκαν και περιγραφή του σταθμού στον οποίο πραγματοποιήθηκαν οι μετρήσεις. 15

Κεφάλαιο 2 Περιγραφή διατάξεων και σταθμού 2.1 Φασματοφωτόμετρο Dobson Το φασματοφωτόμετρο Dobson κατασκευάστηκε στα μέσα της δεκαετίας του 1920 από τον Gordon Dobson, με σκοπό να χρησιμοποιηθεί στην έρευνα της ατμοσφαιρικής κυκλοφορίας. Πρόκειται για ένα επίγειο όργανο που μετρά τη στήλη όζοντος με την τεχνική της διαφορικής απορρόφησης υπεριώδους ακτινοβολίας. Κύρια πηγή φωτός αποτελεί ο ήλιος, ενώ μπορεί να λειτουργήσει και με φως από το φεγγάρι ή από το ζενίθ το ουρανού. Συγκρίνοντας την ένταση του υπεριώδους φωτός σε μήκη κύματος που απορροφώνται έντονα και ασθενώς από το όζον μπορεί να βρεθεί επακριβώς η στήλη του όζοντος στην ατμόσφαιρα. Ενα τυπικό φασματοφωτόμετρο Dobson απεικονίζεται παρακάτω: Σχήμα 2.1: Φασματοφωτόμετρο Dobson (http://www.ozonelayer.noaa.gov/action/dobson.htm) Η αρχή λειτουργίας του φασματοφωτομέτρου Dobson εξηγείται καλύτερα σε συνδυασμό με το σχήμα 2.2. Το όργανο αποτελείται από διπλό μονοχρωμάτορα που το δεξιό του μέρος αναλύει την ακτινοβολία, ενώ το αριστερό την επανασυνθέτει. Η χρήση του διπλού μονοχρωμάτωρα είναι σημαντική, γιατί ελαττώνει την ακτινοβολία 16

που προέρχεται από τα σκεδαζόμενα φωτόνια. Η ακτινοβολία εισέρχεται μέσω ενός παραθύρου στο πάνω μέρος του οργάνου και κατευθύνεται προς το δεξιό τμήμα. Τα απαιτούμενα μήκη κύματος που θα μετρηθούν επιλέγονται από τη θέση δύο πλακών χαλαζία. Με τη βοήθεια πρίσματος στο δεξιό τμήμα του οργάνου το φως αναλύεται στα χρώματα του φάσματος, τα οποία προβάλλονται πάνω σε δύο σχισμές. Η περιστροφή ενος μοχλού επιτρέπει ένα μήκος κύματος να περνάει κάθε φορά α- πό τις σχισμές. Ενα δεύτερο πρίσμα επανασυνθέτει την ακτινοβολία στο αριστερό τμήμα και την κατευθύνει προς τη σχισμή εξόδου, όπου μετράται από το φωτοπολλαπλασιαστή. Στη διάταξη υπάρχει μια οπτική σφήνα που μειώνει την ένταση της ακτινοβολίας του μεγαλύτερου μήκους κύματος, μέχρι η διαφορά των δύο εντάσεων να γίνει μηδέν. Σε αυτή τη θέση πραγματοποιείται η ανάγνωση του οργάνου που οδηγεί στον υπολογισμό της σχετικής έντασης των ακτινοβολιών. Σχήμα 2.2: Οπτικό σύστημα του φασματοφωτομέτρου Dobson (Operations Handbook - Ozone Observations with a Dobson Spectrophotometer) Τα ζεύγη ακτινοβολιών που χρησιμοποιούνται φαίνονται στον πίνακα 2.1. Πίνακας 2.1: Ζεύγη μηκών κύματος ακτινοβολίας Ζεύγη ακτινοβολιών Μήκη κύματος A 305.5 nm, 325.0 nm B 308.9 nm, 329.1 nm C 311.5 nm, 332.4 nm D 317.5 nm, 339.9 nm 17

Σημαντική παράμετρος για τον προσδιορισμό της συγκέντρωσης του όζοντος αποτελεί το φάσμα απορρόφησής του. Πρόκειται για ένα διάγραμμα που δείχνει τη μεταβολή της διατομής απορρόφησης του όζοντος συναρτήσει του μήκους κύματος. Στο σχήμα 2.3 απεικονίζεται το φάσμα απορρόφησης του όζοντος για έντεκα διαφορετικές θερμοκρασίες (193-273Κ) στην περιοχή 310-340 nm. Στο διάγραμμα φαίνονται επίσης κάποια μήκη κύματος που χρησιμοποιούνται στις μετρήσεις με το Dobson και άλλα όργανα. Σχήμα 2.3: Φάσμα απορρόφησης του όζοντος στην περιοχή 310-340 nm για θερμοκρασίες 193-273Κ (Absorption Cross-Sections of Ozone (ACSO) Status Report as of December 2015) Τελικά, το ποσό του όζοντος μπορεί να υπολογιστεί από τη γενική εξίσωση: X = [N (β β ) mp (δ δ )sec(sza)] p 0 (α α )µ (2.1) όπου Χ είναι το ολικό ποσό όζοντος σε DU N = L L 0 = log(i 0 /I 0) log(i/i ) I 0, I 0 οι εντάσεις των ακτινοβολιών του μικρού και του μεγάλου μήκους κύματος 18

αντίστοιχα έξω από την ατμόσφαιρα I, I οι εντάσεις των ακτινοβολιών του μικρού και του μεγάλου μήκους κύματος αντίστοιχα στο έδαφος β, β οι συντελεστές Rayleigh στο μικρό και μεγάλο μήκος κύματος αντίστοιχα m η αναλογία της πραγματικής προς την κάθετη διαδρομή της ηλιακής ακτινοβολίας στην ατμόσφαιρα, λαμβάνοντας υπόψιν τη διάθλαση και την καμπυλότητα της Γης p η παρατηρούμενη πίεση στο σταθμό p 0 η πίεση στη μέση στάθμη της θάλασσας δ, δ οι συντελεστές σκέδασης των αιωρούμενων σωματιδίων στο μικρό και μεγάλο μήκος κύματος αντίστοιχα SZA η ζενίθια γωνία του ηλίου α, α οι συντελεστές απορρόφησης του όζοντος στο μικρό και μεγάλο μήκος κύματος αντίστοιχα µ η αναλογία της πραγματικής προς την κάθετη διαδρομή της ηλιακής ακτινοβολίας στο στρώμα του όζοντος Ο παράγοντας σκέδασης στην εξίσωση (2.1) είναι δύσκολο να υπολογιστεί. Γι αυτό οι παρατηρήσεις γίνονται συνήθως σε διπλά ζεύγη ακτινοβολιών (π.χ AD), ώστε το αποτέλεσμα της σκέδασης να είναι μηδενικό. Ετσι, η απορρόφηση από το όζον γίνεται ο πιο σημαντικός παράγοντας που επηρεάζει τη σχετική ένταση των ακτινοβολιών. Η νέα εξίσωση που προκύπτει από τον συνδυασμό των ζευγών ακτινοβολιών είναι: X 12 = [(N 1 N 2 ) [(β β ) 1 (β β ) 2 ] mp [(δ δ ) 1 (δ δ ) 2 ]sec(sza)] p 0 [(α α ) 1 (α α ) 2 ]µ (2.2) όπου τα 1,2 αναφέρονται στα ζεύγη ακτινοβολιών και το (δ δ ) 1 (δ δ ) 2 ισούται με μηδέν. 19

2.2 Οζοντοβόλιση Η διάταξη της οζοντοβόλισης αποτελείται από ένα μπαλόνι που συνοδεύεται από μια συμβατική μετεωρολογική ραδιοβολίδα, έναν αισθητήρα όζοντος και μία αντλία αέρα. Η διάταξη αφήνεται να ανέλθει στην ατμόσφαιρα και κατά τη διάρκεια της ανάβασής της μεταδίδει στον επίγειο σταθμό πληροφορίες για το όζον και τις μετεωρολογικές συνθήκες, όπως πίεση, θερμοκρασία και υγρασία. Το μπαλόνι μπορεί να ανέβει σε υψόμετρο περίπου 35 km πρωτού εκραγεί. Στα σχήματα 2.4 και 2.5 απεικονίζεται η διάταξη της οζοντοβόλησης. Σχήμα 2.4: Διάταξη οζοντοβόλισης (https://antarcticarctic. wordpress.com/category/arctic/greenland/science-greenland/) Σχήμα 2.5: Διάταξη οζοντοβόλισης (https://www.esrl.noaa.gov/gmd/ozwv/ozsondes/) 20

Ο αισθητήρας όζοντος αποτελείται από μία ηλεκτροχημική διάταξη, στην ο- ποία λαμβάνει χώρα μια οξειδοναγωγική αντίδραση. Η διάταξη αποτελείται από δύο ηλεκτρόδια από πλατίνα, εμβαπτισμένα σε διαλύματα ιωδιούχου καλίου διαφορετικής συγκέντρωσης. Αυτά βρίσκονται σε ξεχωριστούς καθοδικούς και ανοδικούς θαλάμους, κατασκευασμένους από τεφλόν. Μια γέφυρα ιόντων ενώνει τους θαλάμους και επιτρέπει στα ιόντα να περάσουν, χωρίς όμως να αναμειγνύονται τα διαλύματα. Η χημική αντίδραση ξεκινά όταν αέρας που περιέχει όζον διέρχεται από τον θάλαμο της καθόδου. Αποτέλεσμα είναι η δημιουργία μορίων ιωδίου, σύμφωνα με την αντίδραση: 2KI + O 3 + H 2 O 2KOH + I 2 + O 2 (2.3) Η αντίδραση (2.3) ακολουθείται από τις παρακάτω αντιδράσεις στο θάλαμο της καθόδου και της ανόδου αντίστοιχα, οι οποίες παράγουν ηλεκτρικό ρεύμα: 3I I 3 + 2e (2.4) I 2 + 2e 2I (2.5) Τελικά, η συνολική οξειδοαναγωγική αντίδραση είναι: 3I + I 2 I 3 + 2I (2.6) Συνολικά, για κάθε μόριο όζοντος παράγεται ρεύμα δύο ηλεκτρονίων. μερική πίεση του όζοντος σε (mp a) υπολογίζεται από την εξίσωση: Η P 3 = 4.307 10 4 (I I BG ) T p t C ef C ref (2.7) όπου I το μετρούμενο ρεύμα λόγω όζοντος σε (μα), I BG το ρεύμα που οφείλεται σε άλλους οξειδωτές σε (μα), T p η θερμοκρασία που διαρρέει την αντλία σε (K), t ο χρόνος άντλησης 100ml αέρα σε (s), και C ef, C ref διορθωτικοί παράγοντες για τη ροή της αντλίας. 21

2.3 Σταθμός Amundsen-Scott Ο σταθμός Amundsen-Scott είναι η αμερικανική βάση έρευνας στο Νότιο Πόλο, στο νοτιότερο μέρος της Γης (Σχήμα 2.6). Οι συντεταγμένες του σταθμού είναι 89 59 51 νότια και 139 16 22 δυτικά (Σχήμα 2.7). Είναι τοποθετημένος σε υψόμετρο 2.835 m πάνω από τη στάθμη της θάλασσας πάνω σε ένα στρώμα πάγου με πάχος 2.700 m. Ο ήλιος ανατέλει κατά την φθινοπωρινή ισημερία (21 Σεπτεμβρίου) και δύει κατά την εαρινή ισημερία (21 Μαρτίου). Οι θερμοκρασίες κυμαίνονται από -13.6 C το καλοκαίρι σε -82.8 C το χειμώνα, με μέση ετήσια θερμοκρασία -49 C. Η ονομασία του προήλθε από τον Roald Amundsen και τον Robert Scott, τους πρώτους ανθρώπους που έφτασαν στο Νότιο Πόλο κατά τα έτη 1911 και 1912 αντίστοιχα. Σχήμα 2.6: Σταθμός Amundsen-Scott (https://www.nsf.gov/geo/plr/support/southp.jsp) Ο σταθμός άρχισε να χτίζεται το έτος 1956 στο πλαίσιο του Διεθνούς Γεωφυσικού Ετους και ολοκληρώθηκε το 1957. Η έρευνα στο σταθμό περιλαμβάνει τομείς όπως γεωφυσική, επιστήμη μελέτης των παγετώνων, μετεωρολογία, φυσική της ανώτερης ατμόσφαιρας, αστρονομία, αστροφυσική και βιολογία. Εκεί στεγάζονται διάφορα όργανα για την παρατήρηση της κατώτερης και ανώτερης ατμόσφαιρας. Συγκεκριμένα, υπάρχει το ατμοσφαιρικό ερευνητικό παρατηρητήριο και το παρατηρητήριο Martin A.Pomerantz για την αστροφυσική. Μέχρι τώρα στο σταθμό έχουν συλλεχθεί τα πιο πολλά συνεχή μετεωρολογικά δεδομένα για την Ανταρκτική, ωφελόντας σε μεγάλο βαθμό την έρευνα πάνω στη μείωση του πολικού όζοντος. 22

Σχήμα 2.7: Τοποθεσία σταθμού Amundsen-Scott ( http://www.bbc.com/news/world-asia-36593991) Στο επόμενο κεφάλαιο ακολουθεί η ανάλυση των δεδομένων για το όζον από το όργανο Dobson και τις οζοντοβολίσεις. Οι μετρήσεις του Dobson αναφέρονται στην περίοδο 1963-2016 και προσφέρουν μια συνολική εικόνα για τις μεταβολές του στρατοσφαιρικού όζοντος. Αντίθετα, οι μετρήσεις από τις οζοντοβολίσεις αφορούν μόνο τα πιο πρόσφατα έτη 1990-2016, δηλαδή την περίοδο κατά τη διάρκεια της εμφάνισης της τρύπας του όζοντος. 23

Κεφάλαιο 3 Ανάλυση δεδομένων 3.1 Δεδομένα από το όργανο Dobson Τα δεδομένα από το όργανο Dobson του σταθμού Amundsen-Scott αφορούν τιμές ολικού όζοντος για τα έτη 1963-2016. Τα στοιχεία είναι ταξινομημένα ανά ημερομηνία και ώρα και αναφέρονται τόσο τα ζεύγη μηκών κύματος που χρησιμοποιήθηκαν, όσο και η πηγή ακτινοβολίας σε κάθε περίπτωση. Η διαδικασία που ακολουθήθηκε για την επεξεργασία των στοιχείων αναλύεται παρακάτω. Πρώτο βήμα ήταν η εύρεση των μέσων μηνιαίων τιμών ολικού όζοντος για κάθε έτος, από όλες τις ημέρες μετρήσεων. Επόμενο βήμα ήταν η εύρεση των μέσων μηνιαίων τιμών από όλα τα έτη και τέλος, η εύρεση των μέσων ετήσιων τιμών. Η επεξεργασία των δεδομένων έγινε με το πρόγραμμα Matlab που χειρίζεται μαζικά αρχεία δεδομένων. Οι μεταβολές των μέσων ετήσιων τιμών απεικονίστηκαν σε διάγραμμα που χωρίστηκε σε δύο βασικές περιόδους (Σχήμα 3.1). Την περίοδο 1963-1980 που χρονολογείται πριν από την εμφάνιση της τρύπας του όζοντος και την περίοδο 1981-2016, μετά την εμφάνισή της. Επιπλέον, έγινε ένα διάγραμμα που δείχνει τις επί τοις εκατό (%) μεταβολές του ολικού όζοντος, σε σχέση με την περίοδο αναφοράς 1963-1980 (Σχήμα 3.2). Οι ποσοστιαίες μεταβολές υπολογίστηκαν με βάση την παρακάτω σχέση: Annual(y) AnnualM ean(1963 1980) AnnualM ean(1963 1980) 100% (3.1) όπου Annual(y) η μέση τιμή ολικού όζοντος για κάθε έτος και AnnualMean(1963-1980) η μέση τιμή ολικού όζοντος για την περίοδο αναφοράς 1963-1980. Τέλος, παρουσιάζονται οι μέσες εποχικές διακυμάνσεις του ολικού όζοντος σε διάγραμμα αποτελούμενο από τρεις κλάδους (Σχήμα 3.3). Οι κλάδοι αντιπροσωπεύουν τις περιόδους πριν και μετά της εμφάνισης της τρύπας του όζοντος, καθώς και τη συνολική. 24

Σχήμα 3.1: Μέσες ετήσιες μεταβολές ολικού όζοντος Σχήμα 3.2: Ποσοστιαίες μεταβολές ολικού όζοντος σε σχέση με την περίοδο αναφοράς 1963-1980 25

Στο σχήμα 3.1 κατά την περίοδο 1963-1980 φαίνεται ότι τα μέσα επίπεδα ολικού όζοντος ήταν περίπου σταθερά στα 300 DU. Υπήρχε ωστόσο, μια γενική τάση μείωσης που υποδεικνύεται από την αρνητική κλίση της ευθείας ελαχίστων τετραγώνων που είναι ίση με -1.6 DU/year. Η μέγιστη τιμή όζοντος της περιόδου ήταν 356.4 DU το 1972, ενώ η ελάχιστη ήταν 284 DU το 1974. Την περίοδο 1981-1985 παρατηρείται γενική μείωση στα ποσά του όζοντος, με εξαίρεση το 1983. Η σημαντική μείωση των επιπέδων όζοντος οφείλεται στην εμφάνιση της τρύπας του όζοντος. Κατά την περίοδο 1986-2016 τα μέσα επίπεδα σταθεροποιούνται στην τιμή 245 DU, με μικρές διακυμάνσεις από έτος σε έτος. Η κλίση της ευθείας της περιόδου 1981-2016 είναι λιγότερο απότομη από το διάστημα 1963-1980 και είναι ίση με -0.7 DU/year. Σε αυτή την περίοδο η μέγιστη τιμή όζοντος ήταν 310 DU το 1983, ενώ η ελάχιστη ήταν 215 DU το 2001. Οι μεταβολές του μέσου ολικού όζοντος σε σύγκριση με την περίοδο 1963-1980 μπορούν να φανούν καλύτερα στο σχήμα 3.2. Είναι προφανές ότι οι μεταβολές είναι πολύ κοντά στο μηδέν για την περίοδο 1963-1980, πλην ορισμένων εξαιρέσεων. Για την περίοδο 1981-1985 οι μεταβολές αυξάνονται και οι μειώσεις φτάνουν μέχρι και 20% σε σχέση με την περίοδο αναφοράς. Από κει και έπειτα, οι τιμές παραμένουν μειωμένες κατά 20%, με μικρές διακυμάνσεις της τάξης του ±5%. Σχήμα 3.3: Εποχικές μεταβολές ολικού όζοντος 26

Στο σχήμα 3.3 είναι φανερό ότι τα μέσα ποσά ολικού όζοντος έχουν μεγαλύτερες τιμές κατά την περίοδο 1963-1980, απ ότι κατά την περίοδο 1981-2016 και τη συνολική. Για την πρώτη χρονολογικά περίοδο, τα μέσα επίπεδα είναι περίπου σταθερά στην τιμή των 280 DU από το Φεβρουάριο μέχρι τον Οκτώβριο και το Δεκέμβριο ανεβαίνουν απότομα στην τιμή των 342.6 DU. Από τον Ιανουάριο αρχίζουν να πέφτουν γύρω στα 300 DU. Αντίθετα, για τη δεύτερη περίοδο τα μέσα επίπεδα είναι περίπου σταθερά στην τιμή 250 DU από το Μάρτιο μέχρι τον Ιούλιο, αλλά από τον Αύγουστο αρχίζουν να έχουν καθοδική πορεία. Τον Οκτώβριο φτάνουν την ελάχιστη τιμή που είναι 161.1 DU και στη συνέχεια ανακτούν ανοδική πορεία και φτάνουν μέχρι τα 285.5 DU το Δεκέμβριο. Από τον Ιανουάριο αρχίζουν να κατεβαίνουν πάλι, μέχρι να συναντήσουν τα επίπεδα του Μαρτίου. Η συνολική καμπύλη επηρεάζεται κυρίως από την περίοδο 1981-2016, δεδομένου ότι περιέχει περισσότερα χρόνια. Τα μέσα επίπεδά της είναι γύρω στα 250 DU, τον Οκτώβριο παρουσιάζει ελάχιστη τιμή τα 199 DU, ενώ το Δεκέμβριο μέγιστη τα 304.5 DU. Με σκοπό τη μελέτη των μηνιαίων διακυμάνσεων του ολικού όζοντος κατά τη διάρκεια των ετών, κατασκευάστηκαν τα διαγράμματα που ακολουθούν στις επόμενες σελίδες (Σχήματα 3.4-3.15). Οι μεταβολές των μέσων μηνιαίων τιμών όζοντος έχουν σχεδιαστεί για κάθε μήνα ξεχωριστά, για το χρονικό διάστημα μελέτης. Τα διαγράμματα έχουν χωριστεί ανά στήλες, σύμφωνα με τις εποχές του Νοτίου Ημισφαιρίου που φαίνονται στον επόμενο πίνακα: Καλοκαίρι Φθινόπωρο Χειμώνας Άνοιξη Δεκέμβριος, Ιανουάριος, Φεβρουάριος Μάρτιος, Απρίλιος, Μάιος Ιούνιος, Ιούλιος, Αύγουστος Σεπτέμβριος, Οκτώβριος, Νοέμβριος Εκτός από τα διαγράμματα των μηνιαίων διακυμάνσεων έχουν απεικονιστεί και οι ποσοστιαίες μεταβολές τους σε σύγκριση με την περίοδο αναφοράς 1963-1980 (Σχήματα 3.16-3.27), σύμφωνα με τη σχέση: Monthly(y) MonthlyMean(1963 1980) M onthlym ean(1963 1980) 100% (3.2) όπου Monthly(y) η μέση μηνιαία τιμή ολικού όζοντος και MonthlyMean(1963-1980) η μέση μηνιαία τιμή ολικού όζοντος για την περίοδο αναφοράς 1963-1980. 27

Σχήμα 3.4 Σχήμα 3.5 Σχήμα 3.6 Σχήμα 3.7 Σχήμα 3.8 Σχήμα 3.9 28

Κατά τη διάρκεια του καλοκαιριού τα ποσά όζοντος είναι σχετικά υψηλά. Το Δεκέμβριο τα μέσα επίπεδα όζοντος είναι περίπου 300 DU, τον Ιανουάριο 280 DU και το Φεβρουάριο 270 DU (Σχήματα 3.4, 3.6 και 3.8). Οι μεταβολές από έτος σε έτος είναι μεγάλες για το Δεκέμβριο, μικρότερες για τον Ιανουάριο και ακόμα μικρότερες για το Φεβρουάριο. Από τα σχήματα 3.16, 3.18 και 3.20 μπορούν να παρατηρηθούν οι μεταβολές του κάθε μήνα σε σχέση με την περίοδο αναφοράς. Η μεγαλύτερη μείωση σε σχέση με τα επίπεδα της περιόδου 1963-1980 συμβαίνει το Δεκέμβριο. Συγκεκριμένα, οι μεταβολές του Δεκεμβρίου μετά το 1980 κυμαίνονται κοντά στο -20%, για τον Ιανουάριο κοντά στο -10% και για το Φεβρουάριο κοντά στο -5%. Το φθινόπωρο τα μέσα επίπεδα όζοντος και για τους τρεις μήνες είναι 250 DU (Σχήματα 3.5, 3.7 και 3.9). Ο Μάρτιος δεν έχει ιδιαίτερες μεταβολές στη διάρκεια των ετών, ιδιαίτερα την περίοδο μετά το 1994 που έχουμε περισσότερες μετρήσεις. Ο Απρίλιος και ο Μάιος παρουσιάζουν ελαφρώς πιο έντονες μεταβολές. Οι ποσοστιαίες μεταβολές και των τριών μηνών σε σχέση με την περίοδο αναφοράς κυμαίνονται κοντά στο -10% για τα έτη μετά το 1980 (Σχήματα 3.17, 3.19 και 3.21). Ωστόσο, σε κάποια χρόνια οι μειώσεις φτάνουν το 25%. Το χειμώνα δεν υπάρχουν ιδιαίτερες διακυμάνσεις των ποσών όζοντος (Σχήματα 3.10, 3.12 και 3.14). Και τους τρεις μήνες τα μέσα επίπεδα είναι 250 DU. Στα σχήματα 3.22, 3.24 και 3.26 φαίνεται η μείωση του ολικού όζοντος μετά το 1980 σε σχέση με τα έτη 1963-1980. Οι τιμές όζοντος είναι μικρότερες και για τους τρεις μήνες κατά 20% σε σχέση με την περίοδο αναφοράς. Τέλος, αξιοσημείωτες αλλαγές λαμβάνουν χώρα κατά τη διάρκεια της άνοιξης (Σχήματα 3.11, 3.13 και 3.15). Οι μεταβολές από έτος σε έτος του Οκτωβρίου και του Νοεμβρίου είναι πολύ μεγάλες, ενώ για το Σεπτέμβριο οι λίγες μετρήσεις δεν δίνουν συνολική εικόνα. Ωστόσο, και στις τρεις περιπτώσεις είναι φανερή η κάθοδος των επιπέδων όζοντος σε σχέση με την περίοδο αναφοράς. Πριν το 1980 τα επίπεδα για το Σεπτέμβριο ήταν 270 DU, για τον Οκτώβριο 277.1 DU και για το Νοέμβριο 340.4 DU. Μετά το 1980, τα μέσα επίπεδα κατέβηκαν στα 214.2, 161.1 και 227.9 DU αντίστοιχα. Οι μεταβολές το Σεπτέμβριο έχουν τιμή κοντά στο -20%, τον Οκτώβριο κοντά στο -40% και το Νοέμβριο κοντά στο -30% (Σχήματα 3.23, 3.25 και 3.27). 32

Στη συνέχεια θα ακολουθήσει μελέτη των μεταβολών του στρατοσφαιρικού όζοντος μέσω των μετρήσεων από τις οζοντοβολίσεις. Το ολικό όζον θα χωριστεί σε επιμέρους στρώματα ανάλογα με το ύψος, τα οποία θα διερευνηθούν ξεχωριστά και σε συνδυασμό με τις θερμοκρασίες. 3.2 Δεδομένα από τις οζοντοβολίσεις Τα δεδομένα των οζοντοβολίσεων περιλαμβάνουν καθημερινές μετρήσεις για στην περίοδο 1990-2016 που πραγματοποιήθηκαν στο Νότιο Πόλο. Τα στοιχεία εμπεριέχουν μεταξύ άλλων πληροφορίες για το υψόμετρο, τη θερμοκρασία, την υ- γρασία, την πίεση και το ποσό του όζοντος. Ωστόσο, για τη συγκεκριμένη μελέτη χρησιμοποιήθηκαν μόνο η θερμοκρασία και οι τιμές όζοντος. Για την καλύτερη διερεύνηση των μεταβολών έγινε διαχωρισμός σε στρώματα αέρα πάχους 5 km. Το πρώτο στρώμα εκτείνεται από 10 έως 15 km, το δεύτερο από 15 έως 20 km και το τρίτο από 20 έως 25 km. Αρχικά, βρέθηκε για κάθε ημέρα η μέση τιμή θερμοκρασίας και το μέσο ποσό όζοντος του στρώματος. Για την τιμή του όζοντος έγινε μετατροπή από atmcm σε DU, δεδομένου ότι 1atmcm = 1000DU. Το μέσο ποσό όζοντος του στρώματος σε DU υπολογίστηκε από τον τύπο: O 3(layer) = (O 3(upperlimit) O 3(lowerlimit) ) 1000 (3.3) Επειτα, υπολογίστηκαν για κάθε χρόνο οι μέσες μηνιαίες τιμές θερμοκρασίας και όζοντος για όλα τα στρώματα. Τέλος, βρέθηκαν οι μέσες μηνιαίες τιμές θερμοκρασίας και όζοντος από όλα τα χρόνια για κάθε στρώμα, καθώς και οι τυπικές τους αποκλίσεις. Οπως και πριν, η επεξεργασία έγινε με το πρόγραμμα Matlab. Οι μεταβολές των μέσων μηνιαίων τιμών θερμοκρασίας και όζοντος από όλα τα χρόνια απεικονίστηκαν σε διαγράμματα για κάθε στρώμα (Σχήματα 3.28-3.33). 33

Και στα τρία στρώματα παρουσιάζεται αρμονική εποχική μεταβολή των θερμοκρασιών, με μέγιστα τους καλοκαιρινούς μήνες και ελάχιστα τους χειμερινούς. Αντίστοιχα, τα ποσά όζοντος παρουσιάζουν εποχική μεταβολή, με το όζον να μειώνεται τους εαρινούς μήνες και να παρουσιάζει ελάχιστο συνήθως τον Οκτώβριο. Οι τυπικές αποκλίσεις από τις μέσες θερμοκρασίες ποικίλουν, αλλά είναι συνήθως μεγαλύτερες κατά την άνοιξη και τις αρχές του καλοκαιριού. Παρόμοια κατάσταση ισχύει και για τις τυπικές αποκλίσεις των μέσων τιμών όζοντος για κάθε στρώμα. Πιο συγκεκριμένα, στο στρώμα 10-15 km (Σχήματα 3.28, 3.29) παρατηρείται ελάχιστο στη θερμοκρασία τον Αύγουστο με τιμή -80.6 C και μέγιστο τον Ιανουάριο με τιμή -45 C. Τα ποσά όζοντος παρουσιάζουν ελάχιστο τον Οκτώβριο με τιμή 20.1 DU και μέγιστο τον Ιούλιο με τιμή 47.1 DU. Στο στρώμα 15-20 km (Σχήματα 3.30, 3.31) παρατηρείται ελάχιστη θερμοκρασία -88.9 C και μέγιστη -39.6 C κατά τους μήνες Αύγουστο και Ιανουάριο αντίστοιχα. Για το όζον, το ελάχιστο έχει τιμή μόλις 8.8 DU και το μέγιστο 95.9 DU για τους μήνες Οκτώβριο και Ιούλιο αντίστοιχα. Τέλος, για το στρώμα 20-25 km (Σχήματα 3.32, 3.33) το ελάχιστο της θερμοκρασίας βρίσκεται στην τιμή -90.4 C τον Ιούλιο, ενώ το μέγιστο στην τιμή -32.8 C το Δεκέμβριο. Οι τιμές όζοντος παρουσιάζουν ελάχιστο 38.1 DU το Σεπτέμβριο και μέγιστο 74.7 DU το Δεκέμβριο. Είναι φανερό ότι μεγαλύτερη μείωση στο όζον υφίσταται το στρώμα 15-20 km, διότι εκεί λαμβάνουν χώρα σε μεγαλύτερο βαθμό οι καταλυτικοί κύκλοι καταστροφής του. Στη συνέχεια παρουσιάζονται τα διαγράμματα θερμοκρασίας και όζοντος για κάθε ένα από τα στρώματα 10-15 km, 15-20 km και 20-25 km. Η ανάλυση γίνεται για κάθε εποχή, παρουσιάζοντας τις μεταβολές ανά μήνα στη διάρκεια των ετών 1990-2016 (Σχήματα 3.34-3.105). Τα σχήματα 3.34-3.57 που ακολουθούν αφορούν το στρώμα 10-15 km. 35

Το καλοκαίρι (Σχήματα 3.34-3.39) οι τιμές της θερμοκρασίας είναι περίπου σταθερές με επίπεδα -45 και -45.1 C για τον Ιανουάριο και το Φεβρουάριο. Εξαίρεση αποτελεί ο Δεκέμβριος που έχει έντονες διακυμάνσεις από τα μέσα επίπεδα που είναι -52.7 C. Οι διακυμάνσεις του όζοντος είναι έντονες επίσης για το Δεκέμβριο, λιγότερο έντονες για τον Ιανουάριο και ακόμη λιγότερο για το Φεβρουάριο. Τα μέσα επίπεδα όζοντος είναι για το Δεκέμβριο 29.8 DU, για τον Ιανουάριο 35.6 DU και για το Φεβρουάριο 38.8 DU. Κατά τους φθινοπωρινούς μήνες (Σχήματα 3.40-3.45) οι διακυμάνσεις της θερμοκρασίας είναι εξαιρετικά μικρές. Τα μέσα επίπεδα θερμοκρασιών για το Μάρτιο είναι -48.5 C, για τον Απρίλιο -57.2 C και για το Μάιο -65.8 C. Τα ποσά όζοντος έχουν μέτριες διακυμάνσεις και στους τρεις μήνες, με μικρότερες το Μάιο. Τα μέσα επίπεδα όζοντος είναι παρόμοια και έχουν τιμές 42.4, 44.3 και 43.5 DU αντίστοιχα. Το χειμώνα (Σχήματα 3.46-3.51) οι διακυμάνσεις της θερμοκρασίας είναι πολύ μικρές. Τα μέσα επίπεδα είναι -72.2 C τον Ιούνιο, -77.9 C τον Ιούλιο και -80.6 C τον Αύγουστο. Για το όζον, τα μέσα επίπεδα είναι αντίστοιχα 45, 47.1 και 43.1 DU, δηλαδή έχουν μικρές διαφορές. Οι διακυμάνσεις τους είναι λίγο πιο έντονες από αυτές τις θερμοκρασίας. Τέλος, τους εαρινούς μήνες (Σχήματα 3.52-3.57) υπάρχουν μικρές διακυμάνσεις της θερμοκρασίας για το Σεπτέμβριο και τον Οκτώβριο, ενώ για το Νοέμβριο παρατηρούνται αρκετά μεγαλύτερες. Τα μέσα επίπεδα βρίσκονται στις τιμές -79.9 C, -75,7 C και -66.6 C αντίστοιχα. Το όζον παρουσιάζει μέσα επίπεδα 30.2, 20.1 και 23.3 DU αντίστοιχα, τιμές φανερά μειωμένες σε σχέση με τους προηγούμενους μήνες. Οι διακυμάνσεις των τιμών όζοντος είναι μέτριες και στις τρεις περιπτώσεις. Οι τάσεις των θερμοκρασιών και των ποσοτήτων όζοντος για το στρώμα 10-15 DU φαίνονται στον Πίνακα 3.1. Πρόκειται για τις κλίσεις των ευθειών ελαχίστων τετραγώνων που έχουν σχεδιαστεί στα σχήματα 3.34-3.57. Στις περισσότερες περιπτώσεις η θερμοκρασία έχει τάση ελαφράς μείωσης, εκτός από τους μήνες Μάρτιο, Οκτώβριο και Νοέμβριο όπου έχει τάση αύξησης. Αντίθετα, το όζον παρουσιάζει τάση μείωσης από το Φεβρουάριο μέχρι το Μάιο και τάση αύξησης από τον Ιούνιο μέχρι τον Ιανουάριο, με την πάροδο των ετών. Τα μέσα επίπεδα των θερμοκρασιών και των ποσών όζοντος αναφέρονται συγκεντρωτικά στον Πίνακα 3.2. 40

Πίνακας 3.1: Κλίσεις ευθειών θερμοκρασίας και όζοντος για το στρώμα 10-15 km Κλίση Τ ( C/year) Κλίση O 3 (DU/year) Ιανουάριος -0.075 0.063 Φεβρουάριος -0.019-0.044 Μάρτιος 0.015-0.168 Απρίλιος -0.075-0.096 Μάιος -0.002-0.170 Ιούνιος -0.171 0.011 Ιούλιος -0.045 0.022 Αύγουστος -0.037 0.048 Σεπτέμβριος -0.002 0.030 Οκτώβριος 0.050 0.254 Νοέμβριος 0.065 0.249 Δεκέμβριος -0.003 0.054 Πίνακας 3.2: Μέσα επίπεδα θερμοκρασίας και όζοντος για το στρώμα 10-15 km Μέση Τ ( C) Μέσο O 3 (DU) Ιανουάριος -45.0 35.6 Φεβρουάριος -45.1 38.8 Μάρτιος -48.5 42.4 Απρίλιος -57.2 44.3 Μάιος -65.8 43.5 Ιούνιος -72.2 45.0 Ιούλιος -77.9 47.1 Αύγουστος -80.6 43.1 Σεπτέμβριος -79.9 30.2 Οκτώβριος -75.7 20.1 Νοέμβριος -66.6 23.3 Δεκέμβριος -52.7 29.8 Παρακάτω ακολουθούν τα διαγράμματα για το στρώμα 15-20 km. 41

Κατά τη διάρκεια του καλοκαιριού (Σχήματα 3.58-3.63) οι θερμοκρασίες διατηρούνται περίπου σταθερές τους μήνες Ιανουάριο και Φεβρουάριο, ενώ το Δεκέμβριο παρατηρούνται διακυμάνσεις. Αντίστοιχα, οι ποσότητες όζοντος του Δεκεμβρίου έχουν πολύ μεγάλες διακυμάνσεις, σε σύγκριση με τους άλλους δύο μήνες. Τα μέσα επίπεδα των θερμοκρασιών είναι -42.6 C για το Δεκέμβριο, -39.6 C για τον Ιανουάριο και -42.9 C για το Φεβρουάριο. Τα μέσα επίπεδα όζοντος είναι εμφανώς μεγαλύτερα συγκριτικά με το πρώτο στρώμα και είναι αντίστοιχα 59.5, 71.5 και 73.6 DU. Κατά το φθινόπωρο (Σχήματα 3.64-3.69) τα μέσα επίπεδα των θερμοκρασιών παραμένουν σχεδόν σταθερά στις τιμές -50, -63.1 και -75.1 C για τους μήνες Μάρτιο, Απρίλιο και Μάιο. Τα μέσα επίπεδα του όζοντος παρουσιάζουν μικρές διακυμάνσεις γύρω από τις τιμές 80.7, 88.1 και 92.7 DU. Οι τιμές αυτές είναι περίπου διπλάσιες από τις αντίστοιχες στο στρώμα 10-15 km. Το χειμώνα (Σχήματα 3.70-3.75) οι θερμοκρασίες διατηρούνται σταθερές σε χαμηλά επίπεδα, χωρίς ιδιαίτερες διακυμάνσεις. Συγκεκριμένα, για τον Ιούνιο η μέση θερμοκρασία έχει τιμή -82.7 C, για τον Ιούλιο -88 C και για τον Αύγουστο -88.9 C. Τα μέσα επίπεδα όζοντος υφίστανται μικρές διακυμάνσεις γύρω από τις τιμές 95.3, 95.9 και 87.3 DU για τους τρεις μήνες αντιστοίχως. Τέλος, κατά τη διάρκεια της άνοιξης (Σχήματα 3.76-3.81) υπάρχουν αξιοσημείωτες μεταβολές στις τιμές του όζοντος. Οι διακυμάνσεις των θερμοκρασιών του Νοεμβρίου είναι αρκετά μεγάλες, του Οκτωβρίου λίγο μικρότερες και του Σεπτεμβρίου ακόμη μικρότερες. Τα μέσα επίπεδα είναι για το Σεπτέμβριο -85.3 C, για τον Οκτώβριο -76.8 C και για το Νοέμβριο -59.6 C. Οσον αφορά το όζον, μεγαλύτερες διακυμάνσεις στις τιμές του παρατηρούνται το Νοέμβριο. Το Σεπτέμβριο οι μέσες τιμές όζοντος είναι 37.9 DU, τον Οκτώβριο μειώνονται απότομα στην τιμή 8.8 DU και το Νοέμβριο ανακάμπτουν και φτάνουν τα 27.7 DU. Οι τάσεις των μεταβολών για το στρώμα 15-20 km φαίνονται στον Πίνακα 3.3. Οι θερμοκρασίες έχουν την τάση να μειώνονται με την πάροδο των χρόνων για τους μήνες εκτός από το Φεβρουάριο, τον Οκτώβριο και το Νοέμβριο. Τα ποσά του όζοντος μειώνονται ελαφρώς κατά τους μήνες Μάρτιο, Μάιο, Ιούνιο, Σεπτέμβριο και Δεκέμβριο, ενώ τους υπόλοιπους παρουσιάζουν μικρή αύξηση. Τα μέσα επίπεδα θερμοκρασιών και όζοντος φαίνονται στον Πίνακα 3.4. 46

Πίνακας 3.3: Κλίσεις ευθειών θερμοκρασίας και όζοντος για το στρώμα 15-20 km Κλίση Τ ( C/year) Κλίση O 3 (DU/year) Ιανουάριος -0.054 0.006 Φεβρουάριος 0.010 0.006 Μάρτιος -0.012-0.180 Απρίλιος -0.080 0.051 Μάιος -0.036-0.333 Ιούνιος -0.157-0.033 Ιούλιος -0.053 0.034 Αύγουστος -0.035 0.068 Σεπτέμβριος -0.003-0.176 Οκτώβριος 0.065 0.124 Νοέμβριος 0.033 0.123 Δεκέμβριος -0.077-0.239 Πίνακας 3.4: Μέσα επίπεδα θερμοκρασίας και όζοντος για το στρώμα 15-20 km Μέση Τ ( C) Μέσο O 3 (DU) Ιανουάριος -39.6 71.5 Φεβρουάριος -42.9 73.6 Μάρτιος -50.0 80.7 Απρίλιος -63.1 88.1 Μάιος -75.1 92.7 Ιούνιος -82.7 95.3 Ιούλιος -88.0 95.9 Αύγουστος -88.9 87.3 Σεπτέμβριος -85.3 37.9 Οκτώβριος -76.8 8.8 Νοέμβριος -59.6 27.7 Δεκέμβριος -42.6 59.5 Τα σχήματα 3.82-3.105 αφορούν το τελευταίο στρώμα 20-25 km. 47

Το καλοκαίρι (Σχήματα 3.82-3.87) οι διακυμάνσεις της θερμοκρασίας είναι μικρές και τα μέσα επίπεδα βρίσκονται στις τιμές -32.8, -36 και -41.5 C για το Δεκέμβριο, τον Ιανουάριο και το Φεβρουάριο αντίστοιχα. Το όζον έχει μέτριες διακυμάνσεις γύρω από τις τιμές 74.7, 65.9 και 63.3 DU. Για το φθινόπωρο (Σχήματα 3.88-3.93) η θερμοκρασία δεν έχει έντονες διακυμάνσεις, ενώ παρατηρούνται μέτριες διακυμάνσεις στο όζον. Οι μέσες τιμές θερμοκρασίας είναι -51.4, -68 και -80.4 C για το Μάρτιο, τον Απρίλιο και το Μάιο, ενώ οι μέσες τιμές όζοντος είναι 61.1, 54.9 και 53 DU αντίστοιχα. Το χειμώνα (Σχήματα 3.94-3.99) παρατηρούνται περίπου σταθερές θερμοκρασίες και ποσότητες όζοντος με πολύ μικρές διακυμάνσεις. Οι μέσες θερμοκρασίες διατηρούνται σε χαμηλά επίπεδα και είναι για τον Ιούνιο -87.4 C, για τον Ιούλιο -90.4 C και για τον Αύγουστο -88.6 C. Οι μέσες τιμές όζοντος είναι αντίστοιχα 51.5, 52.3 και 52.1 DU, τιμές πολύ κοντά η μία στην άλλη. Κατά τους εαρινούς μήνες (Σχήματα 3.100-3.105) παρατηρούνται μεγάλες διακυμάνσεις, τόσο θερμοκρασίας όσο και όζοντος. Μεγαλύτερες μεταβολές στο όζον έχουμε το μήνα Νοέμβριο. Τα μέσα επίπεδα των θερμοκρασιών είναι -80.1 C το Σεπτέμβριο, -59.1 C τον Οκτώβριο και -39.2 C το Νοέμβριο. Κατ αντιστοιχία τα μέσα επίπεδα όζοντος είναι 38.1, 38.6 και 58.9 DU. Οι τάσεις των μεταβολών για το στρώμα 20-25 km φαίνονται στον Πίνακα 3.5. Οι θερμοκρασίες έχουν την τάση να μειώνονται τους περισσότερους μήνες, εκτός από το Σεπτέμβριο και τον Οκτώβριο. Το όζον επίσης έχει τάση μείωσης, αλλά τους μήνες Ιανουάριο, Οκτώβριο και Νοέμβριο παρουσιάζει μικρή αύξηση. Τα μέσα επίπεδα θερμοκρασίας και όζοντος για όλους τους μήνες, για το ίδιο στρώμα φαίνονται στον Πίνακα 3.6. 52

Πίνακας 3.5: Κλίσεις ευθειών θερμοκρασίας και όζοντος για το στρώμα 20-25 km Κλίση Τ ( C/year) Κλίση O 3 (DU/year) Ιανουάριος -0.074 0.130 Φεβρουάριος -0.015-0.151 Μάρτιος -0.066-0.201 Απρίλιος -0.101-0.313 Μάιος -0.087-0.129 Ιούνιος -0.051-0.111 Ιούλιος -0.009-0.212 Αύγουστος -0.011-0.073 Σεπτέμβριος 0.026-0.097 Οκτώβριος 0.137 0.251 Νοέμβριος -0.108 0.167 Δεκέμβριος -0.100-0.171 Πίνακας 3.6: Μέσα επίπεδα θερμοκρασίας και όζοντος για το στρώμα 20-25 km Μέση Τ ( C) Μέσο O 3 (DU) Ιανουάριος -36.0 65.9 Φεβρουάριος -41.5 63.3 Μάρτιος -51.4 61.1 Απρίλιος -68.0 54.9 Μάιος -80.4 53.0 Ιούνιος -87.4 51.5 Ιούλιος -90.4 52.3 Αύγουστος -88.6 52.1 Σεπτέμβριος -80.1 38.1 Οκτώβριος -59.1 38.6 Νοέμβριος -39.2 58.9 Δεκέμβριος -32.8 74.7 53

Κεφάλαιο 4 Συμπεράσματα Οι μετρήσεις από το Dobson παρουσιάζουν μία συνολική εικόνα της εξέλιξης του πολικού όζοντος κατά τη διάρκεια των ετών. Την περίοδο 1963-1980 τα μέσα επίπεδα ολικού όζοντος είναι περίπου σταθερά στα 300 DU, με μικρές διακυμάνσεις από έτος σε έτος. Μετά το 1980 το ολικό όζον αρχίζει να μειώνεται απότομα και φτάνει μέχρι 20% μείωση. Η μέιωση οφείλεται στο φαινόμενο της τρύπας του όζοντος που άρχισε να δημιουργείται στην Ανταρκτική κάθε άνοιξη. Την παρουσία του οφείλει στις μεγάλες συγκεντρώσεις των ενώσεων του χλωρίου και του βρωμίου που καταστρέφουν το όζον και στις ιδιαίτερες μετεωρολογικές συνθήκες που επικρατούν στην Ανταρκτική κατά τη διάρκεια του χειμώνα. Μετά το 1985 η τιμή του αρχίζει να σταθεροποιείται στα 245 DU, μέχρι και το έτος 2016 που εχουμε μετρήσεις. Οι εποχικές μεταβολές του όζοντος διαφέρουν για τις περιόδους πριν και μετά την εμφάνιση της τρύπας του όζοντος. Την περίοδο 1963-1980 οι ποσότητες του όζοντος παραμένουν σταθερές τους περισσότερους μήνες στα 280 DU και μετά τον Οκτώβριο αρχίζουν να αυξάνονται. Αντίθετα, την περίοδο 1981-2016 το ολικό όζον παραμένει σταθερό στα 250 DU μέχρι τον Αύγουστο και η μείωσή του ξεκινά με την εμφάνιση της ηλιακής ακτινοβολίας στις αρχές του Σεπτεμβρίου. Πιο συγκεκριμένα, για τους μήνες από Ιανουάριο μέχρι Αύγουστο δεν υπάρχουν ιδιαίτερες μεταβολές από έτος σε έτος στις ποσότητες όζοντος. Οι μειώσεις στο όζον συμβαίνουν τους εαρινούς μήνες και ιδιαίτερα τον Οκτώβριο και Νοέμβριο με πολύ μεγάλες διακυμάνσεις από έτος σε έτος. Τον Οκτώβριο παρατηρούνται οι μεγαλύτερες μειώσεις της τάξης του -40%, με κάποια χρόνια να φτάνουν το -60% σε σχέση με την περίοδο 1963-1980. Ο Σεπτέμβριος και ο Δεκέμβριος αποτελούν μεταβατικούς μήνες για το φαινόμενο και παρουσιάζουν έντονες διακυμάνσεις, αλλά μεγαλύτερες τιμές όζοντος συγκριτικά με τον Οκτώβριο και το Νοέμβριο. Οι μετρήσεις από τις οζοντοβολίσεις παρουσιάζουν μία λεπτομερή εικόνα του πολικού όζοντος για την πιο πρόσφατη περίοδο 1990-2016 και συσχετίζουν τις με- 54

ταβολές της θερμοκρασίας και του όζοντος για τα στρώματα 10-15, 15-20 και 20-25 km. Η θερμοκρασία και το όζον παρουσιάζουν αρμονικές εποχικές μεταβολές. Η θερμοκρασία λαμβάνει ελάχιστη τιμή το χειμώνα και στα τρία στρώματα όζοντος, ενώ το όζον παρουσιάζει ελάχιστο την άνοιξη. Τη μεγαλύτερη μείωση υφίσταται το στρώμα 15-20 km, το οποίο υπό κανονικές συνθήκες έχει μεγαλύτερες συγκεντρώσεις όζοντος. Για τους μήνες Ιανουάριο μέχρι Αύγουστο δεν υπάρχουν ιδιαίτερες μεταβολές από έτος σε έτος στη θερμοκρασία και στο όζον και στα τρία στρώματα. Αντίθετα, τον Οκτώβριο και το Νοέμβριο παρουσιάζονται έντονες διακυμάνσεις και οι τιμές όζοντος είναι ελάχιστες, έως μηδενικές κάποια χρόνια. Γενικότερα, σε όλα τα στρώματα υπάρχει θετική συσχέτιση μεταξύ θερμοκρασίας και όζοντος. Χαμηλότερες θερμοκρασίες ευνοούν το σχηματισμό πολικών στρατοσφαιρικών νεφών, στην επιφάνεια των οποίων συμβαίνουν αντιδράσεις καταστροφής όζοντος. Συνεπώς, μικρότερες θερμοκρασίες συνδέονται με χαμηλότερες τιμές όζοντος και μεγαλύτερες με υψηλότερες τιμές όζοντος. Τέλος, από τις κλίσεις των ευθειών ελαχίστων τετραγώνων φαίνεται ότι δεν υπάρχουν αξιοσημείωτες μεταβολές, επομένως δεν είναι ξεκάθαρο αν υπάρχει τάση αύξησης ή μείωσης στο όζον κατά τη διάρκεια των ετών. 55