Чем выше уровень, где сезонный ход с зимним максимумом наибольший, тем годовое изменение становится менее выраженным. Уже выше примерно 25 км снова наблюдается такой же сезонный ход, что и у Земли, с максимумом озона летом (июль). Если зимний максимум в нижней части стратосферы обязан своим существованием движениям воздуха с озоном, то летний максимум выше 25 км обусловлен фотохимическими процессами. Динамические процессы медленные. Они меняют количество озона на этих высотах за 2–3 месяца. А изменения, связанные с образованием озона под действием солнечного излучения, — быстрые. Поэтому определяющей на этих высотах является интенсивность солнечного излучения. Летом она больше, поэтому больше и количество озона. Но динамические процессы сбрасывать со счетов нельзя. Так, кроме основного летнего максимума озона, который совпадает с максимумом интенсивности солнечного излучения и вызван им, имеется и весенний максимум. Этот весенний максимум связан с движениями атмосферного газа.

О том, что динамика важна и выше 25 км, говорит и тот факт, что минимум озона наступает еще в ноябре, то есть до того, как солнечное излучение станет минимальным. Это еще раз подтверждает, что мало учитывать только интенсивность солнечного излучения. В то же время точный учет динамических процессов очень непрост: слишком быстро может меняться ситуация из-за различных движений атмосферного воздуха (вместе с озоном).

Ситуация меняется существенно ото дня ко дню, хотя такие изменения в количестве озона не могут быть объяснены изменениями солнечного излучения. Обычно отклонения какой-либо величины от среднего значения характеризуют различными показателями. Часто для этого используют среднее квадратичное отклонение. Чем больше разброс данных измерений озона на одной и той же высоте, но в разные дни, тем больше среднее квадратичное отклонение.

Данные измерений озона за десятки лет обрабатывались, и при этом и по разным станциям для разных высот рассчитывались средние квадратичные отклонения. Такие расчеты были выполнены. Расчеты показали, что наибольшие изменения озона ото дня ко дню наблюдаются на высотах 12–15 км. Чем ниже от этой высоты, тем средние квадратичные отклонения парциального давления озона меньше. Около 5 км они минимальны. Еще ниже отклонения несколько увеличиваются.

Состояние атмосферы, и прежде всего ее динамика, зависит от сезона. Ясно, что и изменчивость озона в разное время года должна быть различной. По измерениям в Потсдаме (вблизи Берлина) получено, что наибольшая изменчивость высотных профилей озона наблюдается в январе-марте. Это естественно, поскольку в эти месяцы происходят многие возмущения западной стратосферной циркуляции. Эти возмущения и вызывают соответствующие возмущения озона. При восточной стратосферной циркуляции таких возмущений намного меньше. Поэтому летом (в мае — сентябре) при восточной циркуляции изменчивость озона меньше.

Выше 15–16 км положение значительно стабильнее. Чем выше этого уровня, тем изменчивость меньше. Так, около 21 км среднее квадратичное отклонение в несколько (2–3) раз меньше, чем в нижней стратосфере. Летние восточные движения атмосферного воздуха в стратосфере способствуют стабилизации в распределении озона. Чем ниже, тем эта стабилизация наступает позднее. То есть она распространяется сверху вниз, а на это нужно некоторое время. Это же относится и к усиленной изменчивости озона, которая связана с западной стратосферной циркуляцией. Она возникает на высоте примерно 16 км в октябре и затем постепенно распространяется вниз. Зимний тип циркуляции (западная стратосферная циркуляция) связан с развитием длинных волн, циклонов и т. д. В средней стратосфере в это время происходят изменения озона, которые связаны с этими волнами, циклонами, то есть с крупномасштабными формами циркуляции, в результате которых происходят большие переносы воздушных масс в горизонтальных направлениях. Эти крупномасштабные движения вызывают также стратосферные потепления.

Как уже говорилось, озон во всей атмосфере очень тесно взаимосвязан. Поэтому необходимо знать и о том озоне, который находится выше слоя озона в стратосфере. Здесь, в мезосфере, ситуация с озоном (с его возникновением и исчезновением) в корне отлична от таковой в стратосфере. Это отличие связано прежде всего с тем, что условия в мезосфере отличаются от условий в стратосфере.

Озон образуется с участием атомного кислорода. В стратосфере атомного кислорода очень мало по сравнению с озоном. Атомный кислород образуется под действием солнечного излучения. Как только с заходом солнца солнечное излучение «выключается», образование атомного кислорода прекращается. Тот атомный кислород, который был образован до этого момента, быстро идет на создание озона (путем соединения с молекулами кислорода). В течение ночи, пока нет солнечного излучения, не идут процессы образования озона и его разрушения. Основное разрушение озона происходит под действием солнечного излучения. Поэтому можно считать, что ночью озонный слой в стратосфере не меняется (или меняется очень мало).

Совсем другая ситуация имеется выше, в мезосфере. Известно, что чем выше, тем больше под действием солнечного излучения образуется атомного кислорода. Уже на высоте 55 км его больше, чем озона. Еще выше его еще больше. Поэтому с заходом солнца атомный кислород исчезает не мгновенно, а постепенно, в течение всей ночи. Чем выше, тем это исчезновение атомного кислорода происходит медленнее. Атомный кислород исчезает не только в реакциях с молекулярным кислородом, в результате которых образуется озон. Если атомного кислорода достаточно много, то атомы его могут часто сталкиваться друг с другом и при этом образовывать молекулы кислорода. Но при этом столкновения должны быть тройными: третье тело должно взять на себя избыток энергии, которая выделяется при объединении двух атомов кислорода в молекулу. Если такого третьего участника столкновения нет, то образование молекулы кислорода не состоится.

В мезосфере условия таковы (прежде всего количество атомного кислорода таково), что образование молекулярного кислорода из атомного проходит достаточно эффективно. Анализ указанных реакций с учетом реальных условий в мезосфере показал, что события, происходящие ночью и связанные с изменением количества атомного кислорода, сказываются и в продолжение всего последующего дня. Это происходит потому, что в ночных реакциях настолько меняются условия в мезосфере, что они восстанавливаются все светлое время суток. Поэтому равновесие, при котором количество образованного в единицу времени озона и атомного кислорода точно равно их количеству, которое разрушается за это же время, не наступает. То есть в продолжение всех суток как озон, так и атомный кислород являются существенно неравновесными. Именно поэтому озона и атомного кислорода днем выше 70 км намного меньше, нежели их было бы, если бы днем выполнялись для них условия равновесности.

Распределение озона с высотой в продолжение всей ночи непрерывно меняется. Сразу же после захода солнца озон образуется из атомного кислорода особенно эффективно. Во-первых, там есть достаточное для этого количество атомного кислорода, а во-вторых, озон после захода солнца не разлагается солнечным излучением. Второе обстоятельство определяющее. Поэтому на высоте 80 км после захода солнца количество озона увеличивается в десятки раз. По теоретическим оценкам, на высоте около 75 км концентрация озона может достигать 100 миллиардов молекул в кубическом сантиметре зимой и в три раза больше летом. Выше этого уровня концентрация озона довольно быстро убывает.

Как уже отмечалось, озон — активный участник формирования погоды, поскольку служит своего рода аккумулятором и преобразователем энергии, которая вносится в атмосферу волновым излучением Солнца и потоками заряженных частиц. Под их действием в атмосфере значительно изменяется количество озона, вызывая нарушение теплового режима стратосферы и, как следствие, условий в погодном слое.