不断上升的温室气体对北极臭氧层构成持续威胁
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北极上空的平流层云，就像这里看到的瑞典基律纳上空的云层一样，为化学反应提供了理想的条件，这些化学反应将氯转化为一种消耗地球保护性臭氧层的形式。新研究表明，除非减少温室气体排放，否则有利于形成此类云层的气候模式将继续加速臭氧损失。图片来源：Ross Salawitch/UMD
不断上升的温室气体对北极臭氧层构成持续威胁
2021 年 6 月 23 日
由 马里兰大学
北极上空的大气层正在进行一场竞赛，如果温室气体排放量的减少不够迅速，保护地球免受紫外线 (UV) 辐射破坏的臭氧层将在这场竞赛中落败。
包括马里兰大学教授罗斯·萨拉维奇在内的一个国际科学家团队的一项新研究表明，由于与全球变暖相关的气候模式，北极上空大气中极低的冬季气温正变得越来越频繁和更加极端。该研究还表明，这些极低的温度正在导致几十年来人类排放到空气中的化学物质发生反应，从而导致更大的臭氧损失。
新发现对普遍持有的假设提出了质疑，即在 2010 年全球禁止生产称为氯氟烃 (CFC) 和哈龙的消耗臭氧层化学品之后，臭氧损失将在短短几十年内停止。
该研究由 UMD、阿尔弗雷德韦格纳研究所的亥姆霍兹极地和海洋研究中心和芬兰气象研究所联合进行，于 2021 年 6 月 23 日发表在《自然通讯》杂志上。
罗斯说：“我们正处于一种需要 50 到 100 年才能消失的 氟氯化碳 缓慢而稳定的下降与气候变化之间的竞赛，后者导致极地涡旋极端温度迅速变冷。” 萨拉维奇是 UMD 大气与海洋科学系、化学与生物化学系以及地球系统科学跨学科中心的教授。“越来越冷的温度创造了促进氟氯化碳消耗臭氧的条件。因此，尽管这些化合物正在慢慢消失，但随着气候变化，北极臭氧消耗正在上升。”
该研究的新数据显示，2020 年北极极地涡旋温度最低，臭氧损失最高，超过了九年前 2011 年创下的纪录。
极地涡旋是一个相对独立的低压系统，每年秋天在北极上空约 12 至 50 公里（7.5 至 31 英里）的平流层中形成，并在整个冬季到春天持续不同的时间。极地涡旋冬季的冷暖温度模式非常不规则，因此并非每个冬天都非常寒冷。
但是研究人员担心极地涡旋中更频繁和更极端低温的趋势，因为这些条件促进了云层的形成，并促进了极地平流层的臭氧损失。
平流层中的大部分氯和大量溴来自 CFC、哈龙和其他消耗臭氧层物质的分解。通常在北极极地涡旋中，氯是不反应的，但云层为氯的形态变化提供了合适的条件，并与溴和阳光发生反应，从而破坏臭氧层。
尽管自 1987 年蒙特利尔议定书和 2010 年全球禁令以来，氟氯化碳和哈龙的工业生产大幅减少，但这些长效化合物在大气中仍然丰富。据世界气象组织称，到本世纪末，人类产生的大气氯和溴预计不会低于其最高水平的 50%。
为了确定这种情况对未来意味着什么，研究人员根据极地涡旋中的长期温度趋势以及氯和溴化合物的预期下降，预测了到 2100 年的臭氧损失。他们的预测基于政府间气候变化专门委员会使用的 53 个顶级气候模型的输出。
“除了我们查看的一个气候模型外，所有的气候模型都表明，极地涡旋中异常寒冷的冬天会随着时间的推移变得更冷，”萨拉维奇说。“而且温室气体排放越多，趋势越陡峭，这意味着臭氧消耗越大。”
将这些预测与过去 56 年的气象数据分析相结合，研究人员证实，北极已经经历了平流层温度降低和相关臭氧损失增加的显着趋势。更重要的是，他们的观察表明，这些趋势的发生速度与最快的气候模型一致。
“多年来，我们一直在说火车要来了，”萨拉维奇说，他指出他在 2004 年和 2006 年发表的研究论文表明，北极的极端冬天正在变得越来越冷。“我们现在已经看到火车在 2011 年和 2020 年以创纪录的臭氧损失呼啸而过。因此，这篇论文确实敲响了警钟，表明大气中正在发生一些对臭氧非常重要的事情，它看起来像温室气体正在推动它。”
萨拉维奇和他的同事们尚未完全了解温室气体排放的增加和全球气候的相关
变化是如何导致极地涡旋平流层出现极端寒冷的冬天。但是一些潜在的机制是可以理解的。全球变暖的部分原因是温室气体将热量聚集在更靠近地球表面的地方，这使得臭氧层所在的平流层上层得以冷却。地表变暖导致盛行风模式发生变化，研究人员认为，这些变化也会在极地涡旋中产生较低的温度。
研究人员还指出，近年来低层大气中甲烷（一种比二氧化碳更强大的温室气体）迅速增加。当这种气体进入平流层时，它会增加湿度，这也会导致在北极促进破坏臭氧的化学反应的条件。
由于臭氧会过滤掉大部分太阳潜在有害的紫外线辐射，当极地涡旋向南倾斜时，北极上空的臭氧层耗尽会导致更多的紫外线辐射到达欧洲、北美和亚洲的地球表面。
但研究人员表示，有希望避免未来的臭氧消耗。他们的研究表明，未来几十年温室气体排放量的大幅减少可能导致有利于北极平流层大量臭氧损失的条件稳步下降。
研究论文“气候变化有利于北极臭氧的大量季节性损失” ，Peter von der Gathen、Rigel Kivi、Ingo Wohltmann、Ross J. Salawitch、Markus Rex，于2021 年 6 月 23 日发表在《自然通讯》杂志上。
注：所谓哈龙（Halon 的音译），就是我们平常说的 1211 和 1301 的商品名称，它属于一类称为卤代烷的化学品，主要用于灭火药剂。
CFCs(英文全称Chloro-fluoro-carbon）为氯氟烃的英文缩写，是20世纪30年代初发明并且开始使用的一种人造的含有氯、氟元素的碳氢化学物质，在人类的生产和生活中还有不少的用途。在一般条件下，氯氟烃的化学性质很稳定，在很低的温度下会蒸发，因此是冰箱冷冻机的理想制冷剂。它还可以用来做罐装发胶、杀虫剂的气雾剂。
探索
科学家观察到南极极地涡旋边缘区域臭氧的快速波动
更多信息：气候变化有利于北极臭氧的大量季节性损失，自然通讯（2021 年）。期刊信息：自然通讯
由马里兰大学提供
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