A two-dimensional model of the distribution of trace gases in the stratosphere and troposphere

Summary We report the results of computations of the distribution of trace gases in the troposphere and stratosphere with a two-dimensional photochemical transport model. The region covered by the model extends from pole to pole and from 0 to 50 km. Atmospheric transport is included by using seasonal averaged values for mean meridional and vertical winds and eddy diffusion. The compounds transported in the model are N₂O, NO _x (NO+NO₂), NO _y (NO_x+HNO₃), N₂O₅, H₂O, CH₄ and H₂O₂. Odd hydrogen (OH+HO₂+H) is assumed in photoequilibrium. A simple scheme is proposed to simulate the condensation of H₂O and scavenging of other gases. Rayleigh scattering is included in the calculation of the photodissociation rates. The resulting distributions are compared whenever possible with experimental data. We attempt to discuss the stratospheric budget of water vapour taking into account photochemical sources (e.g. CH₄ oxidation) and sinks. It is shown that similarly to other models serious disagreement seems to exist between the calculated and observed mixing ratios of NO _x , NO _y and the ratios of the different compound within the family. The amount of experimental data is, however, too sparse to draw any definite conclusion.

---

Riassunto Si riportano i rusultati sulla distribuzione di gas minori nella stratosfera e troposfera, ottenuti con un modello bidimensionale, fotochimico con trasporto. Il modello si estende da 0 a 50 km in quota e da polo a polo in latitudine. Del trasporto si tiene conto usando i valori medi stagionali dei venti meridionali e verticali e dei coefficienti di diffusione turbolenta. Il modello tratta il trasporto per i seguenti composti: N₂O, NO _x (NO+NO₂), NO _y (NO _x +HNO₃), N₂O₅, H₂O, CH₄ e H₂O₂. L'idrogeno dispari (H+OH+HO₄) è calcolato all'equilibrio fotochimico. Un semplice meccanismo è proposto per simulare la condensazione del vapor d'acqua e di altri gas. I coefficienti di fotodissociazione sono calcolati tenendo conto dello scattering di Rayleigh. Le distribuzioni ottenute per i vari gas sono confrontate, ove ciò è possible, con i dati sperimentali. Si discute inoltre il bilancio stratosferico del vapor d'acqua tenendo conto delle sorgenti fotochimiche (cioè l'ossidazione del CH₄) e dei pozzi. Si conclude che, analogamente ad altri modelli, esistono delle importanti differenze fra i rappporti di mescolamento calcolati e qualli osservati di NO _x e NO _y . I dati sperimentali sono comunque ancora troppo scarsi per arrivare a conclusioni definitive.

---

Резюме Мы приводим результаты вычислений распределения прослеживаемых газов в тропосфере и стратосфере с помощью двумерной фотохимической модели переноса. Область, которую покрывает модель, распостраняется от полюса до полюса и от нуля до 50 км. Атмосферный перенос включает сезонные усредненные значения для средних меридиональных и вертикальных ветров и диффзию вихрей. Переносимые соединения в этой модели являются: N₂O, NO _x (NO+NO₂), NO _y (NO _x +HNO₃), N₂O₅, H₂O, CH₄ и H₂O₂. Предполагается, что нечетный водород (OH+HO₂+H) находится в фоторавновесии. Предлагается простая схема для моделирования конденсации H₂O и удаления другин газов. При вьчислении интенсивностей фотодиссоциации учитывается релеевское рассеяние. Полученные распределения сравниваются с имеющимися экспериментальными данными. Мы пытаемся обсудить стратосферный бюджет водяных паров, учитывая фотохимические источники (т.е. окисление CH₄) и стоки. Показывается, что аналогично другим моделям, по-видимому, существует существенное расхождение между вычисленными и измеренными отношениями перемешивания NO _x , NO _y и отношениями для различных соединений. Однако экспериментальные данные являются слишком разбросанными, чтобы сделать определенные выводы.