DOI: https://doi.org/10.5194/acp-26-1751-2026
تاريخ النشر: 2026-02-03
المؤلف: David Tichopád وآخرون
الموضوع الرئيسي: الأوزون الجوي والمناخ
نظرة عامة
تدرس هذه الدراسة الاتجاهات في عمود الأوزون الكلي (TOC) في ثلاث محطات في القارة القطبية الجنوبية—مارامبيو، ترول/ترولهوجن، وكونكورديا—خلال الفترة من 2007 إلى 2023. باستخدام قياسات TOC الأرضية جنبًا إلى جنب مع بيانات الأقمار الصناعية من قمر ناسا الصناعي “أورا”، تستخدم البحث نموذج الانحدار الخطي المتعدد من مشروع الاتجاهات والشكوك طويلة الأجل في الأوزون في الستراتوسفير (LOTUS). يفسر النموذج بشكل فعال 94-97% من تباين TOC عبر المحطات، مع تحديد درجة حرارة الستراتوسفير السفلي، وتدفق الحرارة الدوامي، والتذبذب شبه الثنائي كعوامل رئيسية تؤثر على تباين الأوزون. ومن الجدير بالذكر أنه تم ملاحظة اتجاه متزايد ذو دلالة إحصائية قدره 3.43 وحدة دوبسون (DU) لكل عقد في مارامبيو، بينما لم يتم العثور على اتجاهات ذات دلالة في الموقعين الآخرين.
تطبق الدراسة أيضًا نموذج LOTUS على إعادة تحليل MERRA-2 عبر منطقة 40-90° جنوبًا، مما يكشف عن أداء قوي مع معاملات تحديد معدلة تتجاوز 0.95، خاصة فوق غرب القارة القطبية الجنوبية. أبرزت دراسة حالة أن الظروف الدافئة بشكل استثنائي في الستراتوسفير السفلي في سبتمبر 2019 أدت إلى مستويات TOC تتجاوز المعدل الطبيعي بأكثر من 100 DU، خاصة في شرق القارة القطبية الجنوبية. تعزز هذه النتائج فهم الاتجاهات الإقليمية لـ TOC واستجابة طبقة الأوزون في القارة القطبية الجنوبية للتغيرات في المواد المستنفدة للأوزون، مما يساهم في تقديم رؤى قيمة حول التعافي المستمر لطبقة الأوزون.
مقدمة
تسلط المقدمة الضوء على الدور الحاسم لطبقة الأوزون في الستراتوسفير في حماية الحياة على الأرض من الإشعاع الشمسي الضار. أدى اكتشاف ثقب الأوزون في القارة القطبية الجنوبية إلى اتخاذ إجراءات دولية، مما أدى إلى اتفاقية فيينا في 1985 وبروتوكول مونتريال في 1987، الذي نجح في تقليل انبعاثات المواد المستنفدة للأوزون (ODS). تشير الدراسات الحديثة إلى احتمال تعافي عمود الأوزون الكلي (TOC) في القارة القطبية الجنوبية، خاصة خلال فصل الربيع، على الرغم من التقلبات من سنة إلى أخرى في استنفاد الأوزون المدفوع بالظروف الجوية المتغيرة وديناميات الدوامة القطبية.
يمكن أن تتعرض الدوامة القطبية، التي تتشكل سنويًا وتؤثر على شدة استنفاد الأوزون، للاضطرابات، كما يتضح من حدث الاحترار المفاجئ في الستراتوسفير في سبتمبر 2019. بينما ركزت الأبحاث المكثفة على اتجاهات الأوزون في القارة القطبية الجنوبية، لم يُعطَ اهتمام كافٍ للتباين الإقليمي لـ TOC والعوامل الجوية المؤثرة عليه. تهدف هذه الدراسة إلى تحليل اتجاهات TOC من 2007 إلى 2023 باستخدام طريقة الانحدار من مشروع الاتجاهات والشكوك طويلة الأجل في الأوزون في الستراتوسفير (LOTUS)، المطبقة على بيانات من ثلاث محطات في القارة القطبية الجنوبية. من خلال استخدام إعادة تحليل MERRA-2، تسعى الدراسة إلى تعزيز الفهم لكيفية تأثير المتنبئين الجويين على الأنماط المكانية لـ TOC في المناطق القطبية الجنوبية.
مناقشة
في هذه الدراسة، استخدم المؤلفون بيانات إعادة تحليل MERRA-2 لتحليل اتجاهات عمود الأوزون الكلي (TOC) في القارة القطبية الجنوبية، مستخدمين نموذج الانحدار الخطي المتعدد الذي تم تطويره كجزء من مبادرة الاتجاهات والشكوك طويلة الأجل في الأوزون في الستراتوسفير (LOTUS). تم التحقق من مجموعة بيانات MERRA-2، التي تدمج بيانات ملف الأوزون من جهاز قياس الأطياف الميكروويف وقياسات العمود الكلي من جهاز مراقبة الأوزون، مقابل الملاحظات الأرضية والأقمار الصناعية، مما يظهر دقة عالية مع انحرافات تتراوح من -0.27% إلى 1.05%. تضمن نموذج الانحدار مجموعة متنوعة من المتنبئين، بما في ذلك تذبذب النينيو-الجنوب (ENSO)، والتذبذب شبه الثنائي (QBO)، ودرجة حرارة الستراتوسفير (T100)، لتقييم تأثيرها على تباين TOC عبر ثلاث محطات في القارة القطبية الجنوبية: مارامبيو، ترول، وكونكورديا.
كشفت التحليلات أن T100 كان المتنبئ الأكثر أهمية الذي يؤثر على تباين TOC في جميع المحطات، حيث تراوحت تأثيراته من -50 إلى 100 وحدة دوبسون (DU). ومن الجدير بالذكر أن الدراسة وجدت أن العلاقة بين المتنبئين وTOC تختلف مكانيًا، حيث أظهر T100 تأثيرًا إيجابيًا قويًا فوق وسط وغرب القارة القطبية الجنوبية. أشارت نتائج الانحدار إلى أنه بينما كانت الاتجاهات في TOC غير ذات دلالة إحصائية من 2007 إلى 2023، كانت هناك تقلبات موسمية ملحوظة، خاصة خلال أشهر الربيع. كما أبرزت الدراسة الديناميات المتناقضة في الستراتوسفير بين سبتمبر 2019 و2020، حيث أدى الاحترار المفاجئ الطفيف في 2019 إلى تقليل ثقب الأوزون، بينما أدى وجود دوامة قطبية قوية في 2020 إلى انخفاض مستويات TOC. بشكل عام، تؤكد النتائج على التفاعل المعقد بين الديناميات الجوية وظروف الستراتوسفير في التأثير على مستويات الأوزون في القارة القطبية الجنوبية.
DOI: https://doi.org/10.5194/acp-26-1751-2026
Publication Date: 2026-02-03
Author(s): David Tichopád et al.
Primary Topic: Atmospheric Ozone and Climate
Overview
This study investigates trends in the total ozone column (TOC) at three Antarctic stations—Marambio, Troll/Trollhaugen, and Concordia—over the period from 2007 to 2023. Utilizing ground-based TOC measurements alongside satellite data from NASA’s Aura satellite, the research employs a multiple linear regression model from the Long-term Ozone Trends and Uncertainties in the Stratosphere (LOTUS) project. The model effectively explains 94-97% of the TOC variability across the stations, identifying lower stratospheric temperature, eddy heat flux, and the Quasi-Biennial Oscillation as significant drivers of ozone variability. Notably, a statistically significant increasing trend of 3.43 Dobson Units (DU) per decade was observed at Marambio, while no significant trends were found at the other two locations.
The study further applies the LOTUS model to MERRA-2 reanalyses across the 40-90° S region, revealing a strong performance with adjusted coefficients of determination exceeding 0.95, particularly over West Antarctica. A case study highlighted that exceptionally warm lower stratospheric conditions in September 2019 resulted in TOC levels exceeding normal by over 100 DU, especially in East Antarctica. These findings enhance the understanding of regional TOC trends and the Antarctic ozone layer’s response to changes in ozone-depleting substances, contributing valuable insights into the ongoing recovery of the ozone layer.
Introduction
The introduction highlights the critical role of the stratospheric ozone layer in protecting life on Earth from harmful solar UV radiation. The discovery of the Antarctic ozone hole prompted international action, leading to the Vienna Convention in 1985 and the Montreal Protocol in 1987, which successfully reduced emissions of ozone-depleting substances (ODS). Recent studies suggest a potential recovery of total ozone column (TOC) in the Antarctic, particularly during spring, despite year-to-year fluctuations in ozone depletion driven by varying meteorological conditions and the dynamics of the polar vortex.
The polar vortex, which forms annually and influences the severity of ozone depletion, can experience disruptions, as evidenced by the sudden stratospheric warming event in September 2019. While extensive research has focused on Antarctic ozone trends, less attention has been given to the regional variability of TOC and the atmospheric factors influencing it. This study aims to analyze TOC trends from 2007 to 2023 using the Longterm Ozone Trends and Uncertainties in the Stratosphere (LOTUS) regression method, applied to data from three Antarctic stations. By employing MERRA-2 reanalyses, the research seeks to enhance understanding of how atmospheric predictors affect spatial patterns of TOC in the southern polar regions.
Discussion
In this study, the authors utilized MERRA-2 reanalysis data to analyze total ozone column (TOC) trends in Antarctica, employing a multiple linear regression model developed as part of the Long-term Ozone Trends and Uncertainties in the Stratosphere (LOTUS) initiative. The MERRA-2 dataset, which integrates ozone profile data from the Microwave Limb Sounder and total column measurements from the Ozone Monitoring Instrument, has been validated against ground-based and satellite observations, demonstrating high accuracy with biases ranging from -0.27% to 1.05%. The regression model incorporated various predictors, including the El Niño-Southern Oscillation (ENSO), Quasi-Biennial Oscillation (QBO), and stratospheric temperature (T100), to assess their influence on TOC variability across three Antarctic stations: Marambio, Troll, and Concordia.
The analysis revealed that T100 was the most significant predictor affecting TOC variability at all stations, with its influence ranging from -50 to 100 Dobson Units (DU). Notably, the study found that the relationship between predictors and TOC varied spatially, with T100 exhibiting a strong positive effect over central and West Antarctica. The regression results indicated that while trends in TOC were statistically insignificant from 2007 to 2023, there were notable seasonal variations, particularly during spring months. The study also highlighted the contrasting stratospheric dynamics between September 2019 and 2020, where a minor sudden stratospheric warming in 2019 led to a reduced ozone hole, while a strong polar vortex in 2020 resulted in lower TOC levels. Overall, the findings underscore the complex interplay of atmospheric dynamics and stratospheric conditions in influencing Antarctic ozone levels.