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        北極臭氧洞

        2020-07-28 11:44:58陸龍驊
        關(guān)鍵詞:平流層低值北極

        ■ 陸龍驊

        2020年由于北極地區(qū)大氣環(huán)流異常,春季平流層極渦中溫度持續(xù)偏低,平流層冰晶云面積也創(chuàng)新高,臭氧的化學(xué)損耗更大,低值低于220220 DU,故而首次出現(xiàn)了臭氧洞。在目前大氣環(huán)境被污染的情況下,南極臭氧洞的變化和北極臭氧洞是否出現(xiàn)等,取決于南北兩極春季平流層極渦及其低溫狀態(tài)的變化。2020年春季,首個(gè)北極臭氧洞出現(xiàn)與春季平流層極渦的持續(xù)低溫有關(guān),是由大氣環(huán)流等自然因素引起的,并無環(huán)境指示意義。

        大氣臭氧層是地球生命的保護(hù)傘,它的變化對(duì)地球生態(tài)系統(tǒng)和大氣環(huán)境有重要影響。自20世紀(jì)80年代中期發(fā)現(xiàn)春季南極臭氧洞以來,每年春季南極地區(qū)都會(huì)出現(xiàn)臭氧洞;而在北極春季,直到2019年均未出現(xiàn)過臭氧洞,只有2020年,才首次出現(xiàn)北極臭氧洞。如圖1所示,在2020年3月12日藍(lán)色區(qū)域?yàn)槌粞醯椭祬^(qū),其中最低值為205 DU,而在2019年的同期,北極地區(qū)卻為臭氧高值區(qū)。2020年4月中下旬,北極地區(qū)臭氧低值升至220 DU以上,北極臭氧洞不復(fù)存在。那么,相對(duì)于南極,為什么北極臭氧洞直到2020年才出現(xiàn)呢?

        北極臭氧的化學(xué)虧損和北極臭氧洞

        地區(qū),北極大氣中污染物的濃度也比較高,與南半球相比污染更為嚴(yán)重;但南北半球的海陸分布差異等對(duì)氣候和大氣環(huán)流也有很大影響。無論冬季還是春季,北極平流層極渦中的溫度都比南極高,特別進(jìn)入春季以后北極極渦很快崩潰、溫度升高。春季,當(dāng)極夜后太陽(yáng)光再次照耀北極地區(qū)時(shí),平流層極渦中的溫度大都在-78℃以上,很難滿足形成平流層冰晶云的必要條件;另外,在春季,北極地區(qū)臭氧總量通常為400~500 DU的高值區(qū)(圖2和圖3),故在2019年以前北極春季沒有出現(xiàn)過臭氧洞。

        在1997、2011和2020年春季,北半球春季平流層極地渦旋中溫度異常偏低,大氣臭氧的化學(xué)虧損嚴(yán)重,都出現(xiàn)了閉合的低值區(qū),

        圖1 2020年3月12日的北極臭氧① 引自http://ozonewatch.gsfc.nasa.gov/。

        圖2 1979—2018年3月北極臭氧化①

        圖3 北半球極冠地區(qū)大氣臭氧總量的年變化①

        北極是更加接近人類活動(dòng)的只是1997和2011年最低值未低于220 DU,尚未達(dá)到出現(xiàn)臭氧洞的標(biāo)準(zhǔn)。而2020年由于北極地區(qū)大氣環(huán)流異常,春季平流層極渦中溫度持續(xù)偏低(圖4),平流層冰晶云面積也創(chuàng)新高(圖5),臭氧的化學(xué)損耗更大,低值低于220 DU,故而首次出現(xiàn)了臭氧洞。

        圖4 臭氧異常年的北極平流層(50 hPa)溫度變化① 引自http://www.cpc.ncep.noaa.gov/。

        圖5 2019—2020年北極地區(qū)PSC面積①

        在目前大氣環(huán)境被污染的情況下,南極臭氧洞的變化和北極臭氧洞是否出現(xiàn)等,取決于南北兩極春季平流層極渦及其低溫狀態(tài)的變化。2020年春季,首個(gè)北極臭氧洞出現(xiàn)與春季平流層極渦的持續(xù)低溫有關(guān),是由大氣環(huán)流等自然因素引起的,并無環(huán)境指示意義。

        臭氧層保護(hù)是長(zhǎng)期任務(wù)

        天氣和氣候是兩個(gè)不同的概念,正如在全球變暖的大背景下,不能因某一年偏冷就認(rèn)為氣候在變冷;同樣,也不能因某一年南極臭氧洞偏小或出現(xiàn)了北極臭氧洞,就認(rèn)為臭氧洞已被修復(fù)或環(huán)境條件變差。從總體上來說,氟利昂等主要ODC已被禁止生產(chǎn)和使用,大氣中污染物質(zhì)濃度增長(zhǎng)的速度在減慢,南極臭氧洞的面積將繼續(xù)保持穩(wěn)定,然后開始緩慢減小,到2070年后才有可能恢復(fù)到1980年的水平。但鑒于有報(bào)告稱CFC-11排放自2005年以來并未出現(xiàn)預(yù)期的下降,如果近期三氯氟甲烷(CFC-11)的排放增長(zhǎng)持續(xù)下去可能會(huì)讓南極臭氧洞的恢復(fù)時(shí)間延遲10年以上。

        深入閱讀

        卞林根, 林忠, 鄭向東, 2011. 南極臭氧洞的影響因子和變化趨勢(shì).氣候變化研究進(jìn)展, 7(2): 90-96.

        賈朋群, 2014. 他曾讓NASA和衛(wèi)星探測(cè)陷入尷尬——記發(fā)現(xiàn)南極臭氧洞的英國(guó)科學(xué)家法曼. 氣象科技進(jìn)展, 4(6): 106-110.

        陸龍驊, 2008. 春季南極臭氧洞與環(huán)境保護(hù). 科學(xué), 60(2): 15-18.

        陸龍驊, 2012. 臭氧與臭氧洞. 自然雜志, 34(1): 24-28.

        陸龍驊, 2016. 北極為什么沒有臭氧洞. 人與生物圈, (1): 22-27.

        陸龍驊, 2016. 南極臭氧洞的發(fā)現(xiàn)、研究和啟示. 氣象科技進(jìn)展,6(3): 89-96.

        陸龍驊, 2019. 南極臭氧洞:今年怎么又小了?知識(shí)就是力量,(2019-12-27).

        Chubachi S, 1984. Preliminary result of ozone observations at Syowa station from February 1982 to January 1983.Mem Nati Inst Polar Res, 34: 13-19.

        Farman J C, Gardiner B G, Shanklin J D, 1985. Large losses of total ozone in Antarctica reveal seasonal CIOx/NOxinteraction. Nature,315: 207-210.

        Solomon S, 1999. Stratospheric ozone depletion: a review of concepts and history. Reviews of Geophysics, 37(3): 275-316.

        Stolarski R S, Krueger A J, 1986. Nimbus-7 satellite measurements of the spring time Antarctic ozone decrease. Nature, 332: 808-811.

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