Resum de l’informe sobre la columna d’Ozó a Catalunya

1. Introducció

Des dels anys 70 del segle passat, l’interès per l’evolució de la capa d’ozó ha anat en augment per la seva importància en la capacitat per filtrar els rajos ultraviolats procedents del Sol i, per tant, per permetre la vida a la Terra.

L’any 1974 es va formular la hipòtesi que l’emissió de gasos industrials, com ara els CFC (clorofluorocarbonis), que arriben a l’estratosfera (figura 1), on són irradiats per la llum UV i es descomponen ràpidament per alliberar àtoms de clor que comencen una cadena de reaccions fotoquímiques que interfereixen amb l’ozó estratosfèric i el destrueixen (Molina i Rowland, 1974), (figura 2). No va ser fins l’any 1985, quan es va observar que la columna total d’ozó durant la primavera antàrtica havia disminuït respecte els valors dels anys 70 (Farman et al., 1985).

 

figura 1

Figura 1. Estructura vertical de l’atmosfera. (Rial et al., 2007).

 

figura 2

Figura 2. Efecte dels CFC sobre l’ozó estratosfèric. (Galicy i Marion, 2004)

 

Com a resposta a l’efecte nociu que tenen els gasos industrials sobre l’ozó, les Nacions Unides van convocar una convenció a Viena el 1987 que va permetre un acord internacional que limitava, controlava i regulava la producció, el consum i el comerç d’aquestes substàncies. L’acord es va anomenar Protocol de Montreal.

Existeixen més evidencies de que la disminució de la columna d’ozó durant els últims anys no afecta només a l’Antàrtida, sinó que és també un problema més global (Atkinson et al., 1989). A més, alguns estudis han evidenciat que la disminució dels nivells d’ozó a l’estratosfera ha comportat un augment de la radiació ultraviolada (Kerr i McElroy, 1993; McKenzie et al., 2007).

A banda de la interferència dels CFCs sobre l’ozó estratosfèric, el transport i la redistribució de la columna d’ozó per l’atmosfera també produeix els anomenats mini-forats d’ozó (Newman et al., 1988). Aquests episodis es caracteritzen per valors més baixos respecte els valors climàtics de la columna total d’ozó, la qual cosa implica també un augment de la radiació UV en superfície.

En aquest marc, el Servei Meteorològic de Catalunya i la Universitat de Barcelona col·laboren des de fa molts anys en l’estudi i observació de la columna total d’ozó sobre Barcelona, així com en la mesura de la irradiància solar. Com a resultat d’aquesta feina es calcula la predicció de l’índex ultraviolat (UVI), una variable que dóna l’estimació de la intensitat de la radiació ultraviolada en superfície.

 

2. Climatologia de la columna d’ozó a Catalunya

L’ozó es mesura en unitats Dobson (DU), que equivalen a una columna uniforme d’aquest gas de 0,01 mil·límetres de gruix en condicions normals de pressió i temperatura (1 atm i 0 ºC). La mesura de la columna total d’ozó (TOC) es pot realitzar tant des de satèl·lit com des de la superfície. Cadascuna de les tècniques té els seus avantatges i el seus inconvenients. Les mesures amb satèl·lit tenen una gran cobertura espacial i, a més, es disposa de dades des de finals dels anys 70. Tot i això, es necessiten mesures de gran resolució en superfície per tal de validar els possibles errors comesos pels espectròmetres que mesuren des de l’espai.

La combinació de tenir una capa molt rica en ozó amb el moviment atmosfèric fa que l’ozó estratosfèric presenti una gran variabilitat. Igualment com en la dinàmica de l’atmosfera, que es produeix a diferents escales temporals, les variacions de l’ozó també segueixen patrons més o menys regulars. A més, la variabilitat de la columna total d’ozó a curt termini està molt relacionada amb les condicions meteorològiques (per exemple, el pas d’un front pot provocar canvis apreciables).

Si es representa el rang de valors de la columna total d’ozó mesurats entre 1979 i 2015 segons el dia de l’any (figura 3), es pot observar com la variació interdiària depèn de l’època de l’any i, per tant, del cicle estacional. La major variabilitat es dóna a l’hivern i a principi de primavera, i és menor a l’estiu.

figura 3

Figura 3. Columna total d’ozó a Barcelona entre 1979 i 2015 segons el dia de l’any.

 

Les variacions que donen lloc al cicle estacional són degudes principalment a les variacions d’ozó a l’estratosfera degudes a la circulació de Brewer-Dobson, que transporta ozó des de les latituds baixes cap a les mitjanes i altes (Brewer, 1949; Dobson, 1956). A més, aquesta circulació es dóna únicament durant l’hivern i a principis de primavera en ambdós hemisferis. Per tant, durant l’estiu no s’observa aquest transport, ja que actua sobre l’hemisferi sud, on és hivern.

Així per exemple, la primavera de l’any 2011 es va caracteritzar per valors anormalment baixos de la columna d’ozó, com a resposta a la reducció d’ozó a l’Àrtic del mateix any (Petkov et al., 2014). Els baixos valors detectats van ser conseqüència d’un transport més feble des de latituds més baixes, juntament amb un vòrtex polar més fort de l’habitual (Isaksen et al., 2012). El vent que conforma el vòrtex es va afeblir i els valors de la columna d’ozó es van recuperar a la zona de l’Àrtic, però van afectar els de latituds més baixes degut a la dinàmica atmosfèrica.

figura 4

Figura 4. Variació estacional de la columna total d’ozó a Barcelona entre 1979 i 2015.

 

A la Figura 4 cal destacar les disminucions de la columna total d’ozó entre hivern i estiu de 1993, causades per l’efecte retardat de l’erupció del Mont Pinatubo l’any 1991, que va emetre aerosols que van afectar l’ozó estratosfèric.

El cicle estacional es repeteix en major o menor grau any rere any, però també existeixen diferències interanuals i a llarg termini. La figura 5 mostra l’evolució dels valors de la columna d’ozó durant el període d’estudi en base a les mitjanes mensuals.

 

figura 5

Figura 5. Variació de la mitjana anual de la columna total d’ozó a Barcelona entre 1979 i 2015.

 

La columna total d’ozó mostra una tendència negativa, d’unes 10 UD per dècada, amb una major contribució durant la primavera i l’hivern. Aquest resultat està d’acord amb els valors trobats en altres estudis a l’hemisferi nord (Steinbrecht et al., 1998). Durant el període 1979-1994 la disminució va ser més considerable i, en canvi, a partir de llavors els valors es mantenen semblants, tot i que la sèrie no és prou llarga com per poder establir tendències en aquest últim període. Aquesta estabilització pot ser deguda a la implementació dels acords del Protocol de Montreal sobre la limitació de l’ús de CFC’s. No obstant això, la possible recuperació pot estar afectada per altres factors, entre els quals no es descarta la influència del canvi climàtic. Així, a la tardor de 2015 s’ha enregistrat a l’Antàrtida un forat d’ozó molt extens en àrea (el 4rt. en extensió de tota la sèrie) amb un cert retard en la seva formació, que ha estat cap a final de la primavera antàrtica. La figura 6 mostra la imatge del forat del 2015 subministrada per la NASA.

figura 6

Figura 6. Forat de la capa d’ozó a l’Antàrtida el dia 2 d’Octubre de 2015, corresponent al dia amb major àrea del 2015.

 

3.Referències

Atkinson, R. J., Matthew, W. A., Newman, P. A. and Plumb, R. A. (1989), Evidence of the midlatitude impact of Antarctic ozone depletion, Nature, 340, 290–294.

Brewer, A. W. (1949), Evidence for a world circulation provided by the measurements of helium and water vapour distribution in the stratosphere, Q. J. R. Meteorol. Soc., 75, 351–363.

Dobson, G. M. B. (1956), Origin and distribution of the polyatomic molecules in the atmosphere, Proc. R. Soc. Lond., A236, 197–193.

Farman, J. C., Gardiner, B. G. and Shanklin, J. D. (1985), Large losses of total ozone in Antarctica reval seasonal ClOx/NOx interaction, Nature, 315, 207–210.

Galicy B., Marion B. (2004), Environment & CFCs. Recuperat de: http://elseware.univ-pau.fr/MAINPAGEPUB/cfcs/

Isaksen, I.S.A. et al. (2012), Attribution of the Arctic ozone column deficit in March 2011, Geophys. Res. Lett., doi:10.1029/2012GL053876.

Kerr, B., and McElroy C. T. (1993), Evidence for large upward trends of UVB radiation linked to ozone depletion, Science, 262, 1032–1034.

McKenzie, R. L., Aucamp P., Bais A., Bjorn, L., and Ilyas, M. (2007), Changes in biologicallyactive ultraviolet radiation reaching the Earth’s surface, Photochem. Photobiol. Sci., 6 (3), 218–231, doi:10.1039/ b211155c.

Molina, M. J., and Rowland F. S. (1974), Stratospheric sink for chlorofluoromethanes: chlorine atom-catalysed destruction of ozone, Nature, 249, 810–812.

Petkov, B.H. et al. (2014), Response of the ozone column over Europe to the 2011 Arctic ozone depletion event according to ground-based observations and assessment of the consequent variations in surface UV irradiance, Atmos. Env., 85, 169-178.

Rial, D., Enciso, J., Fernández, A., Pérez, C., López, J., Duran, E. (2007), Ciències de la Naturalesa. Unitat 2: L’atmosfera i el clima. McGraw-Hill Education. Recuperat de: http://assets.mheducation.es/bcv/guide/capitulo/8448176448.pdf

Steinbrecht, W., Claude, H., Köhler, U., and Hoinka, K. P. (1998), Correlations between tropopause height and total ozone: Implications for long-term changes, J. Geophys. Res., 103(D15), 19,183–19,192.

 

Comentaris tancats.