南极中山站高太阳天顶角时地基臭氧总量观测比较OA

中国南极中山站(69.37°S,76.38°E)每年5—7月最低太阳天顶角(SZA)≥80°限制了利用太阳直射光(DS)开展大气臭氧柱总量(TOC)的观测,进而影响了对秋、冬季乃至全年TOC变化的准确认识。将南极中山站2009—2023年高太阳天顶角(SZA≥80°)时4种(Brewer光谱仪的DS即TOC_(DS≥80°)、聚焦太阳(FS)即TOC_(FS≥80°)、聚焦月球(FM)即TOC_(FM)和SAOZ曙暮光光谱仪即TOC_(SAOZ))观测结果以SZA在[72°,80°)时Brewer光谱仪的DS观测值(TOC_(DS[72,80°)))为参考进行了比较。结果显示,杂散光使得TOCDS≥80°观测值在SZA为[81°,81.5°)时平均差异和相对差异分别偏低(5.5±9.5(1σ)) DU和(2.1±4.1(1σ))%;TOC_(FS≥80°)观测值在SZA为[80°,84.5°)时平均差异和相对差异分别偏高(2.8±4.3(1σ)) DU和(1.75±4.3(1σ))%,臭氧层质量数(μ)随SZA增大而偏低是TOC_(FS≥80°)观测值偏高的原因;TOC_(FM)观测值平均差异和相对差异分别偏低(6.8±16.7(1σ)) DU和(2.2±6.8(1σ))%,TOC_(SAOZ)对应的差异则分别偏低(12.1±12.9(1σ))DU和(4.4%±5.0(1σ))%。曙暮光在大气中较长的传输光程及TOC随纬度增高而增大导致TOC_(SAOZ)明显偏低。“臭氧洞”期间TOC昼夜急剧变化造成DS、FS和FM观测值与参考值的差异大于非“臭氧洞”期。建议SZA≥80°时优先应用FS观测,FM是极夜期间唯一有效的TOC观测途径。综合4种高SZA情形下的地基TOC观测可确定:南极中山站“臭氧洞”开始于8月,极夜期间TOC均值270—290 DU,最低约为230 DU,表明臭氧层损耗已经发生;秋季(3月)TOC低值与北半球中高纬度9月情形相似,是南半球平流层Brewer-Dobson环流影响所致。