Russian national report

182
N. F. Elansky
2013b; Bazhenov, 2014]. These ozone anomalies were accompanied by a decrease 
in the stratospheric content of NO
2
. At the ZSS, in late March 2011, the content 
of NO
2
 decreased by 40% with respect to its mean value for this time of the year 
[Gruzdev and Elokhov, 2012; Gruzdev and Elokhov, 2013]. Record negative NO
2
 
anomalies (30% decrease) were observed during the 2011 winter–spring period 
in Tomsk and Zhigansk [Ageyeva et al., 2014]. In all cases, a rapid decrease in the 
TOC and NO2 was accompanied by a decrease in air temperature and in the 
heights of isobaric surfaces in the stratosphere [Bazhenov, 2011; Bazhenov, 2012].
A close relation between ozone and NO2 in the atmosphere is also manifest‑
ed in the response of the latter to variations in solar activity and atmospheric 
circulation. A unique 30-year data series on the NO2 content in the entire atmos‑
pheric vertical column, which was obtained from direct solar-radiation measure‑
ments at the KHASS station from 1979 to 2008, is given in [Arabov et al., 2012]. 
Its analysis revealed the characteristic features of the time variability of the total 
content of NO
2
, which are associated with the 11-year solar-activity cycle, vol‑
canic eruptions, quasi‑biennial oscillations of tropical circulation, and the El 
Nino effect. These features quantitatively differ from those revealed from meas‑
urements of the stratospheric content of NO2 according to solar radiation scat‑
tered in the zenith (NDAAC data).
TOC variations exceeding 100 DU may occur during a day. Such situations 
were analyzed on the basis of observational data obtained in 2009 [Ivanova, 
2011] and 2009–2011 [Ivanova, 2013]. It was shown that a rapid increase (de‑
crease) in the TOC is unambiguously associated with a descent (ascent) of the 
tropopause  position.  The  recurrence  of  such  situations  throughout  the  year 
amounts to 0.25–0.27% of the total sample. Some of such situations were noted 
to be related to a sudden stratospheric warming.
2.2. Vertical ozone distribution
Over the past four years, the system for monitoring the vertical ozone distri‑
bution (VOD), on the whole, has remained unchanged. Ozonesondes were occa‑
sionally launched mainly in winter [Dorokhov et al., 2013; Dorokhov et al., 
2014]. Both microwave (Moscow and Nizhny Novgorod) and lidar (Tomsk) 
soundings were continuously carried out. Instruments and methods for sounding 
were significantly improved. A new-generation mobile automated microwave 
spectroradiometer was developed. This instrument makes it possible to obtain 
data on the VOD within a height range of 20–60 km during 15–20 min. A more 
accurate algorithm for retrieving vertical profiles was also developed. This algo‑
rithm combines the Tikhonov regularization method and the method of statistical 
regularization [Solomonov et al., 2011]. A multiyear data series on the VOD over 

---

183
Ozone
Moscow was used to study the influence of circulation systems and processes, 
such as large-scale vortices, waves, and sudden stratospheric warmings, on the 
ozone layer. New methodical approaches to the solution of these problems and 
obtained results are given in [Solomonov et al., 2011; Solomonov et al., 2012a; 
Solomonov et al., 2012b; Kropotkina et al., 2013; Solomonov et al., 2014]. Dur‑
ing the winter period, planetary waves with the wavenumbers n = 1, 2 dominate 
in the stratosphere, in latitude 69
o
 N. At n = 2, the polar vortex was often shifted 
towards Moscow, and its frequent occurrence in the atmosphere over Moscow 
made it possible to obtain new data on its intensity and sizes and on the structure 
of the VOD inside this vortex and at its borders. Thus, when the vortex passed 
over Moscow in the winter of 2010, the concentration of ozone at a height of 30 
km increased from 54 to 92 ppm [Solomonov et al., 2012b].
The state of stratosphere rapidly changes during sudden stratospheric warmings. 
Such warmings, especially the major warmings of 2001 and 2013, strongly affected 
the VOD, and the character of these VOD variations is described in [Solomonov et 
al., 2011; Kulikov et al. 2013]. The VOD during the formation and existence of the 
ozone anomaly of winter–spring 2011 is analyzed in detail in [Solomonov et al., 
2012b]. In late March – early April, an approximately 30% decrease in the content 
of ozone over Moscow was observed throughout almost the entire middle and upper 
stratosphere. Decreased ozone concentrations in the upper stratosphere were regu‑
larly observed also outside the polar-vortex zone. It was shown in [Solomonov et 
al., 2012a] that such VOD variations occur during the exchange of air masses char‑
acterized by their different compositions and temperatures.
The results of long-term measurements of the VOD with a microwave spec‑
troradiometer over Nizhny Novgorod are given in [Ryskin et al., 2012]. The 
characteristic features of its variability are emphasized. Variations in the VOD 
structure and temperature in the middle atmosphere are analyzed in detail. The 
microwave sounding increases its informativeness in combination with lidar ob‑
servations. Such experiments carried out in Tomsk are described in [Marichev et 
al., 2014; Kulikov et al., 2014; Marichev et al., 2012]. During the December 
2012 – January 2013 stratospheric warming, the content of ozone at heights of 
25–60 km increased by 1.5–2 times [Marichev et al., 2014]. In this case, the 
amplitude of daily variations significantly increased (up to 30% at a height of 60 
km). According to lidar observations, the maximum deviation of air temperature 
from its monthly mean reached 70
o
 K at a height of 30 km. This major warming 
was associated with the fact that circulation in the upper stratosphere over west‑
ern Siberia reversed the direction of its transport from west to east. Similar situ‑
ations (but with weaker variations) were observed from December 2013 to Feb‑
ruary 2014 [Kulikov et al., 2014].
In addition to the influence of natural factors on the content of ozone in the 
mesosphere, of some interest is the possibility of artificial impact on ozone with 

---