Ozone depletion after very large solar proton events
Master thesis
Permanent lenke
https://hdl.handle.net/11250/3135156Utgivelsesdato
2024Metadata
Vis full innførselSamlinger
- Institutt for fysikk [2698]
Sammendrag
Energiske partikler fra solstormer (Solar Proton Events; SPE), hovedsakelig protoner, kan starte komplekse ion-prosesser som produserer odd-nitrogen (NOₓ) og odd-hydrogen (HOₓ) i mesosfæren og stratosfæren. Disse molekylene kan ødelegge ozon via katalytiske reaksjoner. Spesielt produksjon av NOₓ spiller en betydelig rolle for ozon i stratosfæren på grunn av sin lange levetid.
Satellittobservasjoner og modelleringsstudier viser forhøyede verdier av NOᵧ, og lavere verdier av O₃ etter store solstormer. Derimot er virkningene av ekstremt store solstormer avhengig av modellprognoser. Denne studien hadde som mål å undersøke konsekvensene av solstormer, og dermed forhøyede verdier av NOᵧ, på stratosfærisk ozon, ved å benytte en kjemisk boksmodell (MISU-1D). Denne sammenhengen kan bidra til en parameterisering for ozonnedbrytning gitt en viss mengde NOᵧ produsert av energiske partikler (EPP).
Ved 40 km og 70N viste simuleringene en nesten fullstendig ozon-kollaps om natten under ekstreme NOᵧ-forhold (800 ppbv), med betydelig ozontap på omtrent 80 prosent som vedvarte hele dagen. Det ble ikke observert et klart metningspunkt for NOᵧ, som betyr at en videre økning kan fortsette å påvirke ozonnivåene.
Studien påpekte også betydningen av fotolyse i ozonnedbrytning, der mangel på fotolyse førte til ubetydelig ozontap i nattlige simuleringer. Ozonødeleggelsen var mer effektiv ved 80N enn ved 70N. Ved 80N muliggjorde fotolyse av NO₂ katalytisk ozonødeleggelse, samtidig som mangel på kortbølget stråling hindret ozonproduksjon. MISU-1D samsvarte bra med resultat simulert av SD-WACCM-D, med forskjeller i relativt ozontap på omtrent 10 prosent. The energetic particles from Solar Proton Events(SPEs), predominantly protons, can penetrate into the middle atmosphere, initiating complex ion chemistry processes that lead to the formation of odd hydrogen (HOx) and odd nitrogen (NOx). These chemical species, particularly (NOx), play a significant role in catalytic ozone destruction.
Historical satellite observations and modeling studies have provided evidence of increased (NOy) levels and ozone depletion following large SPEs. However, the impact of extreme and rare SPEs on ozone depletion relies heavily on model predictions. This study aimed to explore the chemical impacts of SPEs on stratospheric ozone using a comprehensive chemical box model(MISU-1D), and hence provide a parameteration for ozone loss with given EPP-NOy.
Specifically, at 40 km altitude and 70N, simulations demonstrated nearly complete ozone destruction at night under extreme (NOy) conditions(800ppbv), with an ozone loss of about 80 percent persisting throughout the day. There was no clear saturation point observed, indicating that increasing (NOy) levels continue to impact ozone levels.
The study also highlighted the importance of photolysis in ozone depletion, with the lack of photolysis leading to negligible ozone loss in nighttime simulations. Ozone destruction was more effective at 80N than at 70N in late October. At 80N, the photolysis of NO2 enable catalytic ozone destruction, meanwhile the lack of short-wave radiation hinders ozone production. MISU-1D agreed within 10 percent with results simulated by SD-WACCM-D.