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，南極臭氧洞問題并未得到徹底解決。
本報記者 陳 瑜
據(jù)物理學家組織網(wǎng)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，由于南極上空平流層異常溫暖，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(fā)現(xiàn)以來的最小規(guī)模。
南極臭氧洞是怎么形成的？臭氧洞變小是不是意味著臭氧洞被修復了呢？就此，科技日報記者采訪了中國氣象科學研究院研究員陸龍驊。
南極臭氧洞并非一直都有
臭氧由3個氧原子組成，主要分布在平流層，通常最大濃度出現(xiàn)在離地20—25公里的地方，是一種化學性質(zhì)很不穩(wěn)定、氧化性很強的物質(zhì)，它在平流層中生成和分解與太陽輻射有密切關系。
陸龍驊說，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，即只相當于兩個5分硬幣的厚度?！翱蓜e小看這區(qū)區(qū)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(tài)系統(tǒng)和大氣環(huán)境有重要影響。可以形象地說，臭氧層是地球生命的保護傘?！?/span>
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(qū)下降最明顯。
據(jù)陸龍驊介紹，1984年日本氣象廳觀測員、札幌氣象局忠惴甭氏確⑾鄭？氈灸霞？押駝境粞踝芰吭詿杭鞠災？檔汀T謖庵？螅?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(shù)據(jù)重新檢驗分析，英國劍橋大學的法爾曼等人發(fā)現(xiàn)，每年9—10月，南極大陸上空數(shù)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后，1986年美國NASA科學家斯托拉斯基等用氣象衛(wèi)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(qū)臭氧總量急劇減少，會出現(xiàn)低于全球平均值30%—40%的閉合低值區(qū)，與周圍地區(qū)相比， 就顯得南極大陸上空出現(xiàn)了一個臭氧值極低的“空洞”，這就是南極臭氧洞。
然而，南極臭氧洞并不是全年都存在的，只在南極春季出現(xiàn)。通常南極臭氧在7月下旬開始減少，8月中旬后就出現(xiàn)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月底后臭氧急劇增加， 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、衛(wèi)星及地面站等多種現(xiàn)代化觀測方法獲取了大量資料，并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(jīng)基本厘清。陸龍驊說，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(zhì)；春季南極平流層極地渦旋中較長時間的低溫。
為制造冰箱和空調(diào)等，人類發(fā)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(zhì)的化學性質(zhì)十分穩(wěn)定，泄漏排放到大氣中滯留的時間很長，在大氣垂直環(huán)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(fā)生分解變得不穩(wěn)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(zhì)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(huán)反應的功能，因此，全球平流層并沒有發(fā)生大面積的臭氧損耗現(xiàn)象，但在南極冬春季極低平流層環(huán)境下發(fā)生了意外。
南極大陸冬季極夜環(huán)境異常寒冷，當氣溫下降到一定的閾值時導致了極地平流層云(PSCs)的出現(xiàn)。在PSCs表面發(fā)生了非均相化學反應，氯氣不斷累積，當春季陽光出現(xiàn)時，氯氣光解成游離態(tài)的氯原子，參與了損耗臭氧的
催化循環(huán)反應。在數(shù)月的催化反應時間里，1個氯原子可“吃掉”10萬個臭氧分子。
為什么平流層的臭氧損耗在南極表現(xiàn)得更為強烈，這得從南極有獨特“個性”的大氣環(huán)流說起。
受南半球的地理特征和大氣驅(qū)動力影響，南極上空的大氣運動以繞極環(huán)流為主。冬季極夜期間，南極上空的繞極環(huán)流更加強盛，風速最大區(qū)在南極大陸邊緣，可持續(xù)幾個月。南極上空這一繞極環(huán)流被稱為“極地渦旋”，其高度范圍從距地面數(shù)公里直到50公里以上。因為南極四周是海，存在數(shù)月之久的南極“極地渦旋”像一堵無形的墻，圍繞在南極上空，阻止南極內(nèi)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(qū)平流層物質(zhì)和能量的交流，使得南極上空的大氣屬性明顯區(qū)別于外部，也使得極地地區(qū)的臭氧損耗在封閉的空間里持續(xù)。
北極也有“極地渦旋”，但北極地區(qū)的地面四周海陸相交，頻繁向上傳播的重力波時常沖破“極地渦旋”的封閉狀態(tài)，使得北極“極地渦旋”的持續(xù)時間和強度均普遍低于南極地區(qū)，因此，北極地區(qū)春季的臭氧損耗通常遠低于南極地區(qū)。
面積縮小與平流層異常變暖有關
那么今年南極的臭氧洞怎么會變得這么小，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(zhì)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：由于今年10月以來，南極上空異常溫暖，臭氧空洞縮小至有記錄以來的最小規(guī)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溫度表明：溫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(xiàn)的第三次由于平流層溫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，南極臭氧洞問題并未得到徹底解決。
臭氧洞變小，是否意味著較高的溫度對臭氧層有利，那么人類繼續(xù)向大氣中排放二氧化碳等溫室氣體，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·紐曼說，并不完全是這樣。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。紐曼解釋說，平流層中的二氧化碳會吸熱，然后散逸到太空中，它實際上會讓平流層變冷。地球變暖不光是溫室氣體的原因，所以排放溫室氣體不等于拯救臭氧洞。
