北極臭氧洞

■ 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）的排放增長持續(xù)下去可能會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.氣候變化研究進(jìn)展, 7(2): 90-96.

賈朋群, 2014. 他曾讓NASA和衛(wèi)星探測陷入尷尬——記發(fā)現(xiàn)南極臭氧洞的英國科學(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？知識就是力量,(2019-12-27).

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