北极臭氧洞

■ 陆龙骅

2020年由于北极地区大气环流异常，春季平流层极涡中温度持续偏低，平流层冰晶云面积也创新高，臭氧的化学损耗更大，低值低于220220 DU，故而首次出现了臭氧洞。在目前大气环境被污染的情况下，南极臭氧洞的变化和北极臭氧洞是否出现等，取决于南北两极春季平流层极涡及其低温状态的变化。2020年春季，首个北极臭氧洞出现与春季平流层极涡的持续低温有关，是由大气环流等自然因素引起的，并无环境指示意义。

大气臭氧层是地球生命的保护伞，它的变化对地球生态系统和大气环境有重要影响。自20世纪80年代中期发现春季南极臭氧洞以来，每年春季南极地区都会出现臭氧洞；而在北极春季，直到2019年均未出现过臭氧洞，只有2020年，才首次出现北极臭氧洞。如图1所示，在2020年3月12日蓝色区域为臭氧低值区，其中最低值为205 DU，而在2019年的同期，北极地区却为臭氧高值区。2020年4月中下旬，北极地区臭氧低值升至220 DU以上，北极臭氧洞不复存在。那么，相对于南极，为什么北极臭氧洞直到2020年才出现呢？

北极臭氧的化学亏损和北极臭氧洞

地区，北极大气中污染物的浓度也比较高，与南半球相比污染更为严重；但南北半球的海陆分布差异等对气候和大气环流也有很大影响。无论冬季还是春季，北极平流层极涡中的温度都比南极高，特别进入春季以后北极极涡很快崩溃、温度升高。春季，当极夜后太阳光再次照耀北极地区时，平流层极涡中的温度大都在-78℃以上，很难满足形成平流层冰晶云的必要条件；另外，在春季，北极地区臭氧总量通常为400～500 DU的高值区（图2和图3），故在2019年以前北极春季没有出现过臭氧洞。

在1997、2011和2020年春季，北半球春季平流层极地涡旋中温度异常偏低，大气臭氧的化学亏损严重，都出现了闭合的低值区，

图1 2020年3月12日的北极臭氧① 引自http://ozonewatch.gsfc.nasa.gov/。

图2 1979—2018年3月北极臭氧化①

图3 北半球极冠地区大气臭氧总量的年变化①

北极是更加接近人类活动的只是1997和2011年最低值未低于220 DU，尚未达到出现臭氧洞的标准。而2020年由于北极地区大气环流异常，春季平流层极涡中温度持续偏低（图4），平流层冰晶云面积也创新高（图5），臭氧的化学损耗更大，低值低于220 DU，故而首次出现了臭氧洞。

图4 臭氧异常年的北极平流层（50 hPa）温度变化① 引自http://www.cpc.ncep.noaa.gov/。

图5 2019—2020年北极地区PSC面积①

在目前大气环境被污染的情况下，南极臭氧洞的变化和北极臭氧洞是否出现等，取决于南北两极春季平流层极涡及其低温状态的变化。2020年春季，首个北极臭氧洞出现与春季平流层极涡的持续低温有关，是由大气环流等自然因素引起的，并无环境指示意义。

臭氧层保护是长期任务

天气和气候是两个不同的概念，正如在全球变暖的大背景下，不能因某一年偏冷就认为气候在变冷；同样，也不能因某一年南极臭氧洞偏小或出现了北极臭氧洞，就认为臭氧洞已被修复或环境条件变差。从总体上来说，氟利昂等主要ODC已被禁止生产和使用，大气中污染物质浓度增长的速度在减慢，南极臭氧洞的面积将继续保持稳定，然后开始缓慢减小，到2070年后才有可能恢复到1980年的水平。但鉴于有报告称CFC-11排放自2005年以来并未出现预期的下降，如果近期三氯氟甲烷（CFC-11）的排放增长持续下去可能会让南极臭氧洞的恢复时间延迟10年以上。

深入阅读

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贾朋群, 2014. 他曾让NASA和卫星探测陷入尴尬——记发现南极臭氧洞的英国科学家法曼. 气象科技进展, 4(6): 106-110.

陆龙骅, 2008. 春季南极臭氧洞与环境保护. 科学, 60(2): 15-18.

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陆龙骅, 2016. 北极为什么没有臭氧洞. 人与生物圈, (1): 22-27.

陆龙骅, 2016. 南极臭氧洞的发现、研究和启示. 气象科技进展,6(3): 89-96.

陆龙骅, 2019. 南极臭氧洞：今年怎么又小了？知识就是力量,(2019-12-27).

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