Японские ученые рассчитали влияние температуры стратосферы на направленный вверх адиабатический поток воздуха (с озоном). Дело в том, что при определенных условиях крупномасштабными гравитационными волнами могут создаваться локализованные направленные движения тропосферного воздуха вверх, в нижнюю стратосферу. В результате такого движения образуется минимум температуры и концентрации озона, расположенный в нижней стратосфере в Антарктике. Профили зональных ветров зимой и ранней весной в Антарктике свидетельствуют о наличии там гравитационных волн. Возникают они вследствие неровностей рельефа местности и могут усиливаться в течение одного или двух дней. В результате в нижней стратосфере образуются локальный минимум температуры и направленные вверх потоки воздуха. Очень важно, что вертикальное смещение и горизонтальный масштаб возникающего таким образом температурного минимума могут быть существенно больше размеров орографии, которая вызвала эти гравитационные волны.

Скорость нагревания нижней стратосферы в Антарктике растет зимой, составляя около 0,3^оС в день, а поздней зимой и весной — около 1,0^оС в день. Таким образом, профили зональных ветров, которые свидетельствуют о наличии гравитационных волн, должны быть тесно связаны и с концентрацией озона. Получалось, что если средняя температура стратосферы равна 240 К, то направленный верх поток появляется на высоте 25 км. При понижении температуры до 210 К этот поток появляется ниже, около 20 км. Это происходит потому, что имеется сильная зависимость адиабатического потока от температуры стратосферы. Чем больше направленный вверх адиабатический поток воздуха (с озоном), тем больше озона переносится вверх, где он быстрее исчезает. Таким образом, чем ниже температура стратосферы, тем выше направленный вверх адиабатический поток (он захватывает более низкие уровни) и тем меньше количество озона. В результате, если от года к году температура стратосферы уменьшается, то должно уменьшаться и количество озона в стратосфере. Именно такая ситуация реализовалась в 80-е годы.

В течение многих лет проводятся измерения количества озона на японской антарктической станции Сева. Анализ этих данных показал, что наибольшее количество озона над станцией сосредоточено в относительно узком слое нижней стратосферы между 16 и 19 км. Только с наступлением лета (ноябрь в южном полушарии) эта область расширяется вверх до 22 км.

Во многих экспериментах измерялось не только количество озона и других малых составляющих атмосферы, но и температуры. Была установлена самая тесная связь между количеством озона в стратосфере и температурой воздуха там же. Оказалось, что характер изменения количества озона тесно связан с тепловым режимом стратосферы над Антарктидой.

В разные годы количество озона меняется по-разному, в соответствии с изменением теплового режима стратосферы. Так, например, в 1979 году в Антарктике имела место относительно ранняя перестройка теплового режима стратосферы, температура повысилась существенно еще до установления летнего режима температуры. Поэтому в октябре 1979 года над станцией Сева наблюдались высокие значения общего содержания озона, порядка 0,39 атм-см. Совсем иначе менялась стратосферная температура в Антарктике в следующем, 1980 году. Рост ее значительно отставал от наблюдаемого в 1979 году в те же календарные сроки. Температура достигла максимальной величины только в конце весеннего сезона. К этому времени достигло максимального значения и количество озона на высоте с атмосферным давлением, равным 50 гПа.

Образование и развитие озонной дыры в Антарктиде наблюдали английские ученые и в 1987 году. Они проводили измерения на своей антарктической станции Хэлли-Бей. Озон измерялся приборами, которые поднимались в стратосферу на шарах-зондах (баллонах). За период с апреля по ноябрь 1987 года было проведено более 60 запусков баллонов. Из них 50 проводили измерения в период развития озонной дыры с августа по октябрь.

Измерение озона в антарктической стратосфере проводилось и на четырех советских озонометрических станциях. На станции Молодежная проводились ракетные измерения высотных профилей концентраций озона одновременно с измерением общего содержания озона наземными озонометрами.

Результаты измерений общего содержания озона на станции Молодежная (68^о южной широты, 45^о западной долготы) наземным озонометром в период с мая по ноябрь 1987 года подтвердили существование там в весеннее время значительного понижения в общем содержании озона на высотах 14–18 км. Измерения на другой советской озонометрической станции в Антарктиде (Новолазаревская) также показали наличие озонной дыры в весенний сезон. Общее содержание озона понижалось временами до 160 Д.Е.

Были также проанализированы данные измерений озона, проводимых на третьей озонометрической антарктической советской станции — Мирный (67^о южной широты, 93^о восточной долготы) в период с 1979 по 1986 год. Анализ показал, что в продолжение указанного периода весенние величины общего содержания озона от года к году уменьшались. В весенний для Антарктики месяц октябрь это уменьшение достигало примерно 7 % в год. В летнее время (январь) это уменьшение было меньше, всего около 1 % в год.

Сама озонная дыра, регистрация которой проводилась на станции Мирный, характеризовалась тем, что весной общее содержание озона уменьшилось примерно на 25 %. Это средняя величина за весь период с 1976 по 1985 год. В другие сезоны уменьшение общего содержания озона, измеренное на этой стадии за указанный период, составляло 5 — 10 %. Это примерно соответствует тому, что наблюдали англичане на своей станции Хэлли-Бей, что и позволило им первыми в мире в 1985 году заявить о существовании озонной дыры в Антарктиде. О результатах наблюдений озонной дыры на советской озонометрической станции было очень кратко (в примечании) сообщено только в 1987 году. Почему?

Данные измерений показывают, что накануне образования озонной дыры, в первой декаде августа, нижняя стратосфера была спокойной. Максимальное количество озона наблюдалось на высоте 16,5 км. Оно соответствовало парциальному давлению, равному 170 нбар. В последнюю неделю августа появились первые признаки озонной дыры, то есть понижение количества озона. С 29 августа понижение парциального давления озона прогрессировало вплоть до 11 сентября, когда значительное уменьшение озона охватило нижнюю стратосферу. В последующие 10 суток (с 11 по 21 сентября) существенных изменений в высотном распределении озона приборы не регистрировали. Но после этого спокойного периода с 23 сентября распределение озона по высоте стало существенно изменяться: между уровнями с давлением 120 нбар и 50 нбар появился глубокий одинокий минимум в количестве озона. С 28 по 30 сентября этот минимум не наблюдался. И только с 7 по 13 октября количество озона значительно уменьшилось на всех высотах. Практически до конца октября приборы регистрировали очень низкие величины как горизонтального давления озона, так и отношения смеси. Последующие измерения показали, что минимум озона был ясно виден еще 23 ноября. О том, насколько изменилось количество озона, говорят такие данные измерений. До 28 августа, то есть до начала образования озонной дыры, общее содержание озона находилось в пределах 265–305 м-атм-см. В период от конца сентября до конца октября это значение упало ниже 200 м-атм-см, а в отдельные дни октября даже ниже 150 м-атм-см. Это значит, что количество озона в эти дни уменьшилось вдвое! Приборы измеряли не только общее содержание озона, но и его распределение по высоте. Эти данные измерений показывают, что уменьшение озона происходило главным образом на высотах между 13 и 22 км. В этом слое разрушается около 80 % озона, а на высоте наибольшего понижения разрушается практически весь озон. Отсюда следует очень любопытный вывод. Если в будущем разрушение озона не будет в заметном количестве происходить на других высотах, а только в указанном слое между 13 и 22 км, то общее содержание озона в последующие годы не будет уменьшаться катастрофически сильнее, чем в 1987 году, так как в этом поясе озон уже разрушится почти полностью.