北極上空或已形成臭氧層空洞
高登義
周立波
北極上空或已形成臭氧層空洞
■ 新聞緣起
發表在英國《自然》周刊上的一份研究報告說：“北極地區上方的臭氧層首次出現大面積空洞，足以被稱為‘北極臭氧洞’。”也有報道稱，北極上方出現了一個面積達到加利福尼亞州5倍的臭氧洞，這個規模空前的空洞有時會向東歐、俄羅斯和蒙古地區移動，因而當地人受到的紫外線照射強度會增加，但不會持久。
長期以來，南極地區臭氧層縮小的規模一直都比北極地區大，因為前者的氣溫要比後者低得多。但在近期，類似於“北極上空疑現首個臭氧洞，或已延伸到紐約上空，面積大如美國大陸”的消息屢見不鮮。眾所周知，臭氧層能夠過濾掉太陽光中對植物造成損害並導致皮膚癌和白內障的紫外線，那麼，臭氧層的破壞對人類勢必會造成影響，所以這一消息引起了人們的廣泛關注。
真相究竟如何？北極的臭氧洞到底是怎麼回事？本期科技之謎與中科院大氣物理研究所高登義研究員、周立波副研究員共同為您答疑釋惑。
臭氧低值區？還是臭氧洞？
據國家衛星氣像中心監測數據顯示，風雲三號衛星臭氧總量探測儀在北極上空監測到一個明顯的臭氧低值區，在該低值區內臭氧總量是正常情況下平均值的一半左右，部分地區的臭氧總量達到了臭氧洞的標准。
難道北極臭氧洞已經形成？對此，高登義研究員表示：“從目前觀測資料來講，只有南極上空出現臭氧洞，北極上空以及青藏高原上空它們現在只存在臭氧低值區，在某一地區相對其他地區來講臭氧總量含量要相對較低，但從氣候平均值來看，並沒有低於220多普森單位，所以，嚴格意義來講，除了南極以外其他地區還沒有發現臭氧洞的存在。不過在某一天中出現臭氧含量低於220多普森單位的臭氧含量的情況是存在的，但是我們說的臭氧洞是一個氣候比例概念，是用一個相對的時間段裡出現的平均值衡量的，兩者之間存在一定區別。”
自然？還是人為？
之前，人們認為臭氧層的破壞僅僅是弗裡昂氣體的作用，後來科學家們提出來一個問題，人類主要活動在北半球而並非南半球，如果南極臭氧洞形成的原因只是人為因素造成的話，那為什麼在北極上空並沒有臭氧洞呢？
“臭氧洞的形成，受到自然與人為兩種因素影響。”高登義研究員說：“比如南極臭氧洞，我們知道南極地區是以南極洲大陸為主的地理單元，而南極洲大陸是世界上最大的一個冰蓋，這個地區不僅儲存了世界上冰雪的70%左右，而且厚度也非常深，因此它對於大氣來講，它是一個很大的冷源。只有南極洲特殊冰蓋的這個條件，在南極過渡季節的時候，平流層會出現一個低於零下80℃以上的溫度，從而產生冰晶雲，這個冰晶雲類似於催化劑，會加速氮氧化物的破壞。氮氧化物從一定意義上講是臭氧的一個保護層，我們曾經觀察過，氮氧化物含量高的時候，臭氧總量就會相應增高。由於形成了這個低於零下80℃的冰晶雲以後，從而提供了弗裡昂氣體中的氯離子和臭氧發生化學反應的條件，把三氧分解為一氧和二氧。它會破壞氮氧化物，因此，使得臭氧含量減少，因為我們人類排放的氟裡昂裡面的氯離子，在這個時候提供了它和臭氧發生化學反應，分解為氧分子和氧原子。”
氣溫升降惹的禍？
有報道稱，北極出現的臭氧洞主要與2011年北極地區平流層內極低的溫度和北極極渦長時間的維持有關，但科學家表示相關研究還在進行當中。
那麼氣溫與臭氧究竟存在怎樣的聯系？周立波副研究員解釋說：“氣溫是臭氧洞形成和演變的重要要素，但不是唯一因素。氣溫的升降直接決定了極地平流層冰晶雲的形成：沒有極低的氣溫，就不可能形成極地平流層冰晶雲，後者是導致臭氧洞形成和維持的重要因子。相對於南極地區，北極地區海陸差異更大，由此動力學影響也更為明顯。所以影響北極地區的臭氧虧損機制比南極地區的臭氧虧損要復雜得多，例如人類活動產生溫室氣體帶來的氣候效應、極地渦旋維持的強度和時間長短以及極區內大氣化學產生的臭氧消減等等。”
南北極臭氧低值有啥不一樣？
北極的上空以及青藏高原上空確實出現了臭氧低值區，但是形成的原因與南極是完全不一樣的。
高登義研究員說：“在北極，北大西洋暖流把中低緯度的暖濕海水源源不斷地往高緯度輸送，北大西洋暖流輸送有一個移動的路徑，在它移動過的地方正好是在我們北極圈裡面，在這個地方海表溫度非常高，而北大西洋暖流不經過的地方可能存在冷流，因此使得在北極地區東西方向海表溫度的差異非常大，這個差異根據科學家們的計算結果能夠使得北極地區上空的臭氧的含量減少。這種差異會帶來一種垂直的環流，空氣往上運動的時候就把低海拔地區的空氣帶到了高海拔地區上空，偷梁換柱的把臭氧含量濃度低的空氣替換了北極地區上空臭氧濃度高的空氣，這個原因與南極地區完全不一樣。”
臭氧值能否恢復正常？
現在北極地區臭氧低值區仍然存在。在此之前，科研機構在3月份和4月初的大約27天中觀察到極低的總臭氧濃度(低於250多普森單位)。臭氧層的縮小開始於今年1月，在2月底和3月進一步加劇。因此，極地漩渦地區的臭氧濃度在3月初至4月底期間要比平時低得多。4月底後，極地漩渦就會消失。
對此，高登義研究員表示：“北極地區臭氧低值區仍然存在，不過一般臭氧低值區這種狀況，與全年相比就是出現在某個季節，基本上是在3月份4月份。包括南極上空的臭氧洞也並不是一直存在。
北極臭氧稀薄也就是出現在春天，1月和2月，北極都是極夜，幾乎看不到太陽；3月—4月，臭氧濃度會變得相對稀薄，之後，就會逐漸恢復正常。南極和北極上空的臭氧濃度變化，國際上一直密切監控，而且監控數據全球分享。