平流層變暖使臭氧洞縮小 但温室氣體可不是“補天石”

天氣和氣候是兩個不同的概念，正如在全球變暖的大背景下，不能因某一年偏冷，就認為氣候在變冷，同樣也不能因某一年臭氧洞偏小，就認為臭氧洞已被修復，南極臭氧洞問題並未得到徹底解決。

本報記者 陳 瑜

據物理學家組織網近日報道，美國國家海洋與大氣管理局（NOAA）和美國國家航空航天局（NASA）的科學家稱，近日，由於南極上空平流層異常温暖，極大限制了臭氧的損失，使南極上空臭氧洞縮小到自臭氧洞發現以來的最小規模。

南極臭氧洞是怎麼形成的？臭氧洞變小是不是意味着臭氧洞被修復了呢？就此，科技日報記者採訪了中國氣象科學研究院研究員陸龍驊。

南極臭氧洞並非一直都有

臭氧由3個氧原子組成，主要分佈在平流層，通常最大濃度出現在離地20—25公里的地方，是一種化學性質很不穩定、氧化性很強的物質，它在平流層中生成和分解與太陽輻射有密切關係。

陸龍驊説，臭氧在大氣中含量很少，在標準情況下，如果把大氣中的臭氧收集起來，全球平均累積厚度僅為3毫米左右，即只相當於兩個5分硬幣的厚度。“可別小看這區區的3毫米，就是這平均3毫米的臭氧層，大量吸收了來自太陽的紫外輻射，對地球生態系統和大氣環境有重要影響。可以形象地説，臭氧層是地球生命的保護傘。”

但自上世紀70年代末以來，全球臭氧總量下降，尤其在南極地區下降最明顯。

據陸龍驊介紹，1984年日本氣象廳觀測員、札幌氣象局忠缽繁率先發現，日本南極昭和站臭氧總量在春季顯著降低。在這之後，1985年，通過對英國Halley灣站自1957—1958年國際地球物理年起的觀測數據重新檢驗分析，英國劍橋大學的法爾曼等人發現，每年9—10月，南極大陸上空數百萬平方公里的大氣臭氧總量僅為正常值的一半以下。

繼日本和英國科學家之後，1986年美國NASA科學家斯托拉斯基等用氣象衞星資料證實了上述結果。在1979—1985年，10月份的南極臭氧最小值較早先同期減少了40%。在春季，南極地區臭氧總量急劇減少,會出現低於全球平均值30%—40%的閉合低值區，與周圍地區相比, 就顯得南極大陸上空出現了一個臭氧值極低的“空洞”，這就是南極臭氧洞。

然而，南極臭氧洞並不是全年都存在的，只在南極春季出現。通常南極臭氧在7月下旬開始減少，8月中旬後就出現較為明顯的臭氧洞，9月下旬到10月上旬臭氧洞的面積最大，10月底後臭氧急劇增加, 臭氧洞逐漸填塞，12月中旬恢復正常，就不再有臭氧洞了。

“空洞”為啥偏偏在南極

為討論形成南極臭氧洞的原因，各國科學家通過氣球、飛機、火箭、衞星及地面站等多種現代化觀測方法獲取了大量資料，並用計算機進行了分析和模擬研究。曾有兩屆諾貝爾化學獎得主的工作與研究臭氧洞形成的原因有關。

如今，有關南極臭氧洞形成的科學機理已經基本釐清。陸龍驊説，形成臭氧洞需要滿足兩個條件——大氣中存在有人類活動排放的氟里昂和溴化烴等消耗臭氧層的物質；春季南極平流層極地渦旋中較長時間的低温。

為製造冰箱和空調等，人類發明和使用了氟里昂和溴化烴等含氯和溴的化合物。這類污染物質的化學性質十分穩定，泄漏排放到大氣中滯留的時間很長，在大氣垂直環流作用下會從對流層到達平流層，在強烈的紫外輻射作用下發生分解變得不穩定，釋放出氯原子。氯原子與平流層的甲烷或二氧化氮反應生成鹽酸和硝酸氯。

通常情況下，這些物質被稱為平流層的“氯儲存庫”，氯原子在平流層不具備催化循環反應的功能，因此，全球平流層並沒有發生大面積的臭氧損耗現象，但在南極冬春季極低平流層環境下發生了意外。

南極大陸冬季極夜環境異常寒冷，當氣温下降到一定的閾值時導致了極地平流層雲（PSCs）的出現。在PSCs表面發生了非均相化學反應，氯氣不斷累積，當春季陽光出現時，氯氣光解成遊離態的氯原子，參與了損耗臭氧的

催化循環反應。在數月的催化反應時間裏，1個氯原子可“吃掉”10萬個臭氧分子。

為什麼平流層的臭氧損耗在南極表現得更為強烈，這得從南極有獨特“個性”的大氣環流説起。

受南半球的地理特徵和大氣驅動力影響，南極上空的大氣運動以繞極環流為主。冬季極夜期間，南極上空的繞極環流更加強盛，風速最大區在南極大陸邊緣，可持續幾個月。南極上空這一繞極環流被稱為“極地渦旋”，其高度範圍從距地面數公里直到50公里以上。因為南極四周是海，存在數月之久的南極“極地渦旋”像一堵無形的牆，圍繞在南極上空，阻止南極內部的空氣與外界空氣交換，阻礙了極地平流層與中低緯度地區平流層物質和能量的交流，使得南極上空的大氣屬性明顯區別於外部，也使得極地地區的臭氧損耗在封閉的空間裏持續。

北極也有“極地渦旋”，但北極地區的地面四周海陸相交，頻繁向上傳播的重力波時常衝破“極地渦旋”的封閉狀態，使得北極“極地渦旋”的持續時間和強度均普遍低於南極地區，因此，北極地區春季的臭氧損耗通常遠低於南極地區。

面積縮小與平流層異常變暖有關

那麼今年南極的臭氧洞怎麼會變得這麼小，是不是臭氧洞被修復了呢？

相關機構表示，雖然世界各國在減少消耗臭氧層的化學物質使用方面取得重大進展，但今年相對較小的臭氧空洞主要與平流層異常變暖有關。

科研人員在分析今年臭氧洞變化原因時，同樣也提到了氣象因素：由於今年10月以來，南極上空異常温暖，臭氧空洞縮小至有記錄以來的最小規模。這樣的情況與2002年、1988年相似。同期平流層垂直剖面上的平均温度表明：温暖的年份與大氣臭氧總量偏高、臭氧洞偏小密切相關，而寒冷的年份與臭氧含量低相關。他們分析認為，2019年是40年來出現的第三次由於平流層温度過高導致臭氧消耗減少。

陸龍驊指出，天氣和氣候是兩個不同的概念，正如在全球變暖的大背景下，不能因某一年偏冷，就認為氣候在變冷，同樣也不能因某一年臭氧洞偏小，就認為臭氧洞已被修復，南極臭氧洞問題並未得到徹底解決。

臭氧洞變小，是否意味着較高的温度對臭氧層有利，那麼人類繼續向大氣中排放二氧化碳等温室氣體，臭氧洞會不會變得更小呢？

NASA戈達德太空飛行中心的科學家保羅⋅紐曼説，並不完全是這樣。事實證明，二氧化碳在平流層中的作用與在離地面較近的對流層的作用相反。紐曼解釋説，平流層中的二氧化碳會吸熱，然後散逸到太空中，它實際上會讓平流層變冷。地球變暖不光是温室氣體的原因，所以排放温室氣體不等於拯救臭氧洞。