Μελέτη του ρυθμού εισροής στρατοσφαιρικού υλικού στην τροπόσφαιρα δια του 7Be και του O3

Abstract

In the present dissertation, the usefulness of the cosmogenic radionuclide 7Βe, in combination with ozone, as a tracer for the study of stratosphere to troposphere exchange was investigated. For this reason, all the factors that control the variability of its surface concentrations, under different time scales, were studied. There were three main low-frequency oscillations (> 1 month) revealed in the 7Βe time series, connected with: a) the 11-year cycle of solar activity by the correlation of 7Βe with sunspot number (-0.86) and heliocentric potential (-0.80), with the use of the second variable to explain the 5-months delay of the perturbation of the cosmic rays on 7Βe concentrations, b) the Quasi-Biennial Oscillation (QBO), with 7Βe and ozone lagging 8 months after the QBO index, and c) the seasonal variability with summer maximum. At the same time, the amplitude modulation of the annual cycle of 7Βe concentrations was revealed and explained with the use of a theoretical model based on the solar activity modulation. Moreover, 7Βe concentrations were correlated with a number of meteorological parameters. A strong positive correlation was found between 7Βe with tropopause height (0.36-0.43) and back-trajectories height (0.49-0.59), while a strong negative correlation with relative humidity was revealed (-0.45 ως -0.56). Additionally, with the use of backtrajectories analysis the source regions of 7Βe were calculated, and a characteristic path of high concentrations (around 8 mBq m-3) was found indicative of the influence of stratospheric intrusions. Finally, the influence of stratospheric intrusions on the 7Βe surface concentrations at the geographical location at Thessaloniki region was investigated, and a case study of a deep stratospheric intrusion over Thessaloniki that left a clear stamp on the surface concentrations of various tracers was thoroughly described.

Στην παρούσα διατριβή διερευνήθηκε η χρησιμότητα του κοσμογενετικού ραδϊονουκλιδίου 7Βe, παράλληλα με το όζον, ως ιχνηθέτη για τη μελέτη της διανταλλαγής μεταξύ στρατόσφαιρας και τροπόσφαιρας. Για τον σκοπό αυτό μελετήθηκαν όλοι εκείνοι οι παράγοντες που καθορίζουν την μεταβλητότητα των επιφανειακών του συγκεντρώσεων σε διάφορες χρονικές κλίμακες. Τρεις ήταν οι κύριες περιοδικότητες χαμηλής συχνότητας (> 1 μήνας) στην χρονοσειρά του 7Βe, οι οποίες συσχετίστηκαν με: α) τον 11-ετή κύκλο της έντασης της ηλιακής δραστηριότητας, βάσει του συσχετισμού του 7Βe με τον αριθμό των ηλιακών κηλίδων (-0.86) και το ηλιοκεντρικό δυναμικό (-0.80) με την χρήση της δεύτερης μεταβλητής να αίρει την υστέρηση των 5 μηνών της μεταφοράς της διαταραχής στις συγκεντρώσεις του 7Βe, β) την σχεδόν διετή κύμανση (Quasi-Biennial Oscillation - QBO) με τα 7Βe και όζον να έπονται κατά 8 μήνες του δείκτη της QBO και γ) την εποχιακή διακύμανση των συγκεντρώσεων με μέγιστο τους καλοκαιρινούς μήνες. Παράλληλα, μελετήθηκε το φαινόμενο της διαμόρφωσης του πλάτους του ετήσιου κύκλου του 7Βe και ανεπτύχθη θεωρητικό μοντέλο επεξήγησης του φαινομένου με βάση την μεταβολή της ηλιακής δραστηριότητας. Στη συνέχεια συσχετίστηκαν οι συγκεντρώσεις του 7Βe με μια σειρά μετεωρολογικών παραμέτρων. Ισχυρός θετικός συσχετισμός βρέθηκε μεταξύ του 7Βe με το ύψος της τροπόπαυσης (0.36-0.43) και το ύψος των οπισθοτροχιών (0.49-0.59), ενώ ισχυρός αρνητικός συσχετισμός προέκυψε με την σχετική υγρασία (-0.45 ως -0.56). Επίσης, με την βοήθεια των οπισθοτροχιών υπολογίστηκαν οι πηγές προέλευσης του 7Βe με χαρακτηριστικό τον σχηματισμό οδού διέλευσης υψηλών συγκεντρώσεων 7Βe (περίπου 8 mBq m-3) που αντανακλά την επίδραση των στρατοσφαιρικών διεισδύσεων. Τέλος, διερευνήθηκε η επίδραση των στρατοσφαιρικών διεισδύσεων στις επιφανειακές συγκεντρώσεις του 7Βe στην γεωγραφική περιοχή της Θεσσαλονίκης και δόθηκε με λεπτομέρεια ένα περιστατικό βαθιάς στρατοσφαιρικής διείσδυσης, η οποία από τυπώθηκε στις επιφανειακές συγκεντρώσεις των διαφόρων ιχνηθετών.