南极

今年，南极上空的臭氧空洞在9月8日达到了峰值，面积为630万平方英里（约合1640万平方公里），在此之后呈现下降趋势。2019年南极上层大气的异常天气模式极大地限制了臭氧的消耗。 图片来源：NASA 10月21日，美国航空航天局（NASA）和美国国家海洋和大气管理局（NOAA）的科学家发布报告称，在9月和10月，南极上层大气异常的气候模式极大地限制了臭氧的消耗，这让观测到的臭氧空洞面积自1982年以来达到了最小值。 依据NASA和NOAA的卫星测量结果，2019年臭氧空洞在9月8日达到了630万平方英里（约合1640万平方公里）的峰值，然后在9月和10月的剩余时间内，这一面积缩小到了不足390万平方英里（约合1000万平方公里）。在天气状况正常的年份中，在9月下旬或10月初，臭氧空洞的最大面积通常会增长到大约800万平方英里（约合2070万平方公里）。 “对于南半球的臭氧层来说，这是一个非常好的消息，” 保罗•纽曼（Paul Newman）说道，他是NASA位于马里兰州格林贝尔特戈达德太空飞行中心（Goddard Space Flight Center）地球科学的首席科学家。“但是重要的是，我们需要明白：今年观测到的臭氧空洞结果是平流层温度升高导致的，这并不意味着地球大气中的臭氧层忽然之间就处于快速恢复的时期了。” 臭氧由三个氧原子组成，是一种高反应活性分子，天然存在的数量较少。臭氧层位于地球上空大约7～25英里（约合11～40千米）处，是大气平流层中臭氧浓度较高的区域。臭氧层就像是地球的防晒霜，可以保护地球免受有害紫外线的侵蚀，因为有些紫外线会让人类和其他动物患上皮肤癌和白内障、抑制我们的免疫系统，还会对植物造成损伤。 南极地区的臭氧空洞通常形成于南半球的冬季末期，因为逐渐增强的太阳辐射会开始消耗臭氧。相关的一系列化学反应中，涉及了游离态氯离子和溴离子，这两种离子的化学反应活性极高，源自人造化合物，例如氟利昂。当氟利昂这类通常较为稳定的化合物被大气环流带到平流层时，太阳辐射的作用让它们在云颗粒表面分解形成游离的氯离子和溴离子，进而将臭氧还原成氧气和氧原子。在较高的温度下，极地平流层极少有云形成，即使形成也不会持续很长时间，从而限制了臭氧的消耗过程。 利用互补性质的仪器测量方法，NASA和NOAA每年都共同监测着臭氧空洞的情况。 包括NASA的奥拉号（Aura）卫星、NASA-NOAA索米国家极地轨道伙伴卫星（Suomi National Polar-orbiting Partnership satellite，Suomi NPP）以及NOAA的联合极地卫星系统（Joint Polar Satellite System，JPSS）NOAA-20卫星在内的卫星，都可以从太空之中测量大气层的臭氧含量。奥拉号卫星的微波临边测深仪（Microwave Limb Sounder）还对平流层中破坏臭氧的氯含量进行了估算。 在南极极点处，NOAA的工作人员投放了带有测量臭氧“探空仪”（sondes）的气象气球，这些探空仪在穿过大气的过程中，对大气层的臭氧水平进行了直接的垂直采样。大多数年份里，至少在平流层的某些高度中，那些测得的臭氧浓度通常最高的高空区域里，总会存在完全不含臭氧的空洞。 “今年，在南极极点进行的臭氧探空仪测量中，大气层的任何部分都没有显示出臭氧完全耗尽的情况。” 大气科学家布莱恩•约翰逊（Bryan Johnson）说道，他来自NOAA位于科罗拉多州博尔德市的地球系统研究实验室（Earth System Research Laboratory）。 [rml_read_more] 来自NASA和NOAA的科学家每年都会共同追踪全年的臭氧层状态，并确定臭氧空洞在什么时候达到年度最大值。今年，南极地区出现了异常强烈的天气模式，导致南极点上方的高层大气温度升高，这留给了我们一个较小的臭氧空洞。 视频来源：NASA戈达德航天中心/凯蒂•梅斯曼（Katy Mersmann） 虽罕见少有，但并非史无前例 NASA戈达德太空飞行中心大学空间研究协会（Universities Space Research Association，USRA）的大气科学家苏珊•斯特拉恩（Susan Strahan）表示：在过去40年中这是第三次天气系统带来的温度上升限制了臭氧的消耗，除此之外，1988年9月和2002年9月在南极大气平流层中类似的天气模式也造成了非典型的较小臭氧空洞。 “这一现象是我们仍在尝试了解的罕见事件，” 斯特拉恩说道，“如果变暖的情况没有发生，我们面对的将可能是一个更为典型和常见的臭氧空洞。” 这些独特天气模式的发生与气候变化之间暂时没有确定的联系。 通常而言，9月份让臭氧空洞有缩小趋势的天气系统一般比较温和，但在今年却异常强劲：在臭氧受到破坏的关键时期，南极平流层的温度急剧升高。在大约12英里（约合20千米）的海拔高度处，今年9月的温度比往年9月平均温度高出了29华氏度（约合16摄氏度），是9月温度40年历史记录中的最高值。此外，这些天气系统还削弱了南极极地涡旋，使其偏离南极上空原本所处的中心位置，从而让南极周围强劲的9月高速气流（jet stream）的平均速度从161英里/小时（约合259千米/小时）降低到了67英里/小时（约合108千米/小时）。 这种缓慢的涡旋旋转使得空气沉入海拔较低的臭氧消耗发生区域——平流层，这对大气产生了两个主要影响：首先，下沉的空气让南极上空高度较低的平流层温度升高，最大限度地减少了极地平流层云（polar stratospheric cloud，PSC）的形成，同时降低了PSC形成之后的持久性，而PSC是破坏臭氧主要过程的发生位点；其次，强大的天气系统将富含臭氧的空气带到了南极上空的臭氧空洞区域，这些富含臭氧的空气来自南半球其他地方的较高纬度。 与自1980年代中期以来通常出现的臭氧空洞情况相比，这两种影响导致南极洲的臭氧水平大大高于正常水平。 截至2019年10月16日，南极上空的臭氧空洞虽然较小但情况稳定，并有望在未来几周的时间内逐渐消失。 这张延时照片拍摄于2019年9月9日，显示了臭氧探空仪从阿蒙森-斯科特南极站（Amundsen-Scott South Pole Station）升入南极大气时的行进路径。科学家投放这些气球传感器是为了测量大气高处的臭氧保护层厚度。 图片来源：罗伯特•施瓦茨（Robert Schwarz）/明尼苏达大学（University of Minnesota） 南极上空的臭氧浓度在上世纪70年代开始缓慢下降，到80年代初期则出现了大量季节性的臭氧赤字。英国南极调查局（British Antarctic Survey，BAS）的研究人员于1985年首次发现臭氧空洞，而借助臭氧总量测绘光谱仪（Total Ozone Mapping Spectrometer）的数据，NASA卫星估计出的臭氧柱总量证实了1985年的臭氧空洞事件，揭示了臭氧空洞的陆地规模。 32年前，国际范围内的24个国家签署了《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》（Montreal Protocol on Substances that Deplete the Ozone Layer），该协议规范了消耗臭氧层化合物的消费和生产。直到2000年，大气中人为消耗臭氧层物质的浓度都在上升；2000年之后，这些物质的浓度逐渐下降，但数量仍然足以造成大量的臭氧损失。随着氯氟烃（chlorofluorocarbon，一种曾经被用作冷却剂、现已禁止生产和使用的含氯化合物）数量的持续减少，南极上空的臭氧空洞情况预计将逐渐减轻，南极臭氧层或将在2070年恢复到1980年的水平。 了解NOAA和NASA监测臭氧和臭氧消耗气体的更多信息，请访问: https://ozonewatch.gsfc.nasa.gov/ https://www.cpc.ncep.noaa.gov/products/stratosphere/polar/polar.shtml https://www.esrl.noaa.gov/gmd/dv/spo_oz/ 参考来源： https://www.nasa.gov/feature/goddard/2019/2019-ozone-hole-is-the-smallest-on-record-since-its-discovery/