地球两极地区上空的臭氧层空洞是近几十年来气候变化新闻的一个普遍特征，那里的平流层臭氧水平明显枯竭。人为来源的氯氟烃(CFCs)是主要原因，从冰箱、空调和喷雾罐等家用物品中的冷却剂中释放出来。限制它们的使用对臭氧层空洞的恢复至关重要，因为它们在大气中的寿命长达几十年。
解决臭氧消耗问题的政策，如1987年的《蒙特利尔议定书》国际协定，旨在停止消耗臭氧物质的生产和消费，以便到2045年和2066年分别在北极和南极修复这些臭氧空洞。因此，自2000年初以来，北极平流层中消耗臭氧的无机氯和溴的水平已经下降，尽管速度相当缓慢。
在这种黯淡的预测中，发表在《地球物理研究快报》上的研究暗示了一个更光明的未来。美国宇航局戈达德太空飞行中心地球科学家首席科学家保罗·纽曼博士和他的同事们认为，2024年3月是自20世纪70年代以来北极臭氧含量最高的一个月，此前2023年至2024年冬季臭氧含量总体增加。
高于平均水平的臭氧水平持续到2024年9月。这一点很重要，因为以前，当高氯氟烃水平与大型、寒冷、旋转的低压气象系统(称为极地涡旋)同时出现时，春季与臭氧消耗有关。
研究小组强调了这项研究的重要性，作为氯氟化碳含量正在下降的初步证据，以使臭氧层开始其漫长的恢复。纽曼博士说:“臭氧是地球的天然防晒霜。臭氧增加是一个积极的消息，因为它对环境有益，而且全球蒙特利尔议定书协议正在产生积极成果的消息令人鼓舞。”
为了探索这种变化，纽曼博士及其同事研究了自1979年以来的气象和卫星反向散射紫外线数据，以观察总臭氧柱(从地球表面到大气某一特定柱顶部的臭氧总量)。
2024年3月臭氧平均峰值为477个杜布森单位(DU)，比1979年3月的记录高6个杜布森单位，比研究期间(1979 - 2023年)的平均值高60个杜布森单位。北极的日记录水平出现了大约半个月，3月20日的最大值为499 DU。
他们发现，平流层的最底层(距离地球表面10-20公里)在一个月中有23天经历了创纪录的高温，与此同时，由于温暖的天气系统从底层对流层向上移动到平流层，臭氧水平升高。
这与1997年、2011年和2020年发生的已知极端臭氧消耗事件形成对比，这些事件发生在长时间的极地涡旋期间。
2024年3月这些异常温度和臭氧水平的成因机制归因于大气罗斯比波冬季涡旋热通量的增强。这些波进入平流层，在极地地区造成向下运动，导致极地温度升高。
这些波浪还减缓了北极周围平流层极地夜间急流(极地涡旋)的速度，导致中纬度地区的空气聚集在极地，比正常情况下向该地区输送更多的臭氧。
纽曼博士解释说:“北极臭氧是由氯和溴化合物直接消耗臭氧和臭氧运输控制的。”
“在前一种情况下，温度太高，不适合大量消耗。在后一种情况下，从对流层传播到平流层的波将臭氧带入北极，使极地地区变暖，并减缓极地涡旋。已经研究了El Niño事件和西伯利亚积雪作为臭氧输送的控制过程，但似乎没有重大影响。
“比正常情况下更强的传输似乎是由一个随机的天气年引起的，罗斯比波在平流层中大量传播。很可能是消耗氧气物质水平的下降和二氧化碳水平的上升进一步将北极臭氧水平提升到创纪录的水平。”
鉴于二氧化碳水平预计在未来几年仍将增加，纽曼博士指出，“极有可能”这些破纪录的臭氧事件将继续发生。
“气候变化被认为正在影响平流层极地涡旋的强度和稳定性。例如，海冰损失导致的表面温度和压力的变化会增加罗斯比波的产生，从而导致较弱且不稳定的极地涡旋。
此外，由于《蒙特利尔议定书》的签署，全球臭氧预计将缓慢增加。这两个因素的结合将为更高的极地臭氧值创造有利条件。
虽然北极和南极总体上对罗斯比波的影响反应相似，但北极的反应要强烈得多，因此臭氧水平高于南半球，南半球经历了更明显的臭氧空洞。
“北极有一个更强的罗斯比波源，向上传播到平流层(通过更强的涡流热通量来量化)。因此，北极更温暖，涡旋更弱，臭氧更多。因为南极有一个非常冷的漩涡，可以包含活性氯，我们每年都有很深的臭氧空洞，”纽曼博士说。
利用这一见解，化学和气候耦合模型预测，由于大气中消耗臭氧物质的减少和温室气体水平的升高，从2000年到2025年，北极臭氧将增加10-30 DU。
此外，根据这些数据计算正午晴空的紫外线指数，2024年北极臭氧水平屏蔽了更多的紫外线，导致紫外线指数比1979年至2023年研究期间的平均值降低了5%。
归根结底，臭氧恢复对于保护地球上的生命至关重要，否则，来自太空的紫外线辐射增加会产生一系列后果，从减少植物生长(影响“地球之肺”和农业粮食供应)、通过影响生长或初级生产者而破坏海洋食物链，到增加人类皮肤癌和免疫缺乏性疾病的发病率。
现在有希望有一天这些臭氧空洞会愈合。
©2024 Science X Network
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我是乐威号的签约作者“代珊”！
希望本篇文章《北极臭氧浓度创历史新高，助力全球气候改善》能对你有所帮助！
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