受近期南极平流层偏冷的影响，今年南极臭氧空洞面积相对偏大
- 风云梦远
- 2022-09-19 17:40:34
气候监测 【受近期南极平流层偏冷的影响，今年南极臭氧空洞面积相对偏大】
每年9月16日是国际臭氧层保护日。自20世纪70年代末起，人们观测到南极平流层会出现明显的季节性臭氧损耗现象，通常于每年7-8月(南半球冬季)开始出现，9-10月(春季) 达到顶峰，11-12月逐渐减小消失（图1）。这一现象也被形象地称呼为”臭氧层空洞”。而在20世纪90年代末起，南极春季臭氧层空洞面积明显扩大；与此同时，北极地区春季也出现了一定臭氧损耗现象(2011年、2020年则正式出现了臭氧空洞事件），但较南极弱很多。
这一空洞的形成，与极夜期平流层低温环境下形成的珠母云(极地平流层云，PSCs)和臭氧损耗物质有关（图2）。南极进入极夜后，平流层温度显著下降；当温度低于-78°C时，就可形成由水合硝酸晶体或纯水冰形成的这类云。水合硝酸晶体为氟氯烃等臭氧损耗物质分解出氯自由基提供了环境，而氯自由基正是直接破坏臭氧的物质；当南极极夜期逐步结束后，在阳光作用下会出现氯自由基与臭氧的光化学反应，此时臭氧损耗达到峰值；随着逐渐进入夏季，南极平流层气温大幅上升，这些珠母云逐渐消散，消耗臭氧的光化学反应也明显减弱，最终空洞在11-12月逐渐缩小消失。
因而，臭氧层空洞变化存在两个主要因素: 一是【气象条件】，这一因素【振幅较大】但影响时间较短，在每一年间都有显著差异；第二个便是臭氧损耗物质—如氟氯烃等的浓度，这些物质有自然排放和人为排放的来源，但20世纪以来，人为排放源占据了绝对主导。这一因素影响时间较长，可以看作数十年或更久的长期趋势因子。
而在今年，根据NASA数据，9月14日南极臭氧空洞(臭氧浓度小于220DU区域，图1深蓝色与紫色区域)面积约2178万平方千米，较1979-2021年平均偏大了339万平方千米(图3)。
在短期的气象条件方面，今年空洞面积的偏大，可归结于南极涛动（AAO）长期正位相下，南极极地涡旋显著偏强造成的南极平流层偏冷（图4）。在此作用下，能形成珠母云的区域面积明显偏大(图5)，使得氯自由基破坏臭氧的光化学反应较强。
而在长期趋势上，在人类的共同努力下，臭氧损耗物质的生产已经得到大幅控制(甚至停止使用)，这也使得在长期的总体趋势上，臭氧层空洞面积自20世纪末-21世纪初的顶峰起有了明显下降（图6）。如果能维持相关协议的执行，这会是人类控制并修复自身对自然环境影响的第一个显著成就。
图1: 2022年9月14日南极地区臭氧总浓度分布（单位：DU）。
图2: 第一类极地平流层云（PSC I），于2008年1月拍摄于挪威奥斯陆。虽然拍摄于北半球，但南极破坏臭氧层的主力也属于这种类型。摄影者：Gosia Budek， 图片来源：
网页链接
图3: 2022年（红线）与2021年（蓝线）的南极臭氧空洞面积逐日演变图（单位：百万平方千米）。粗黑线为1979-2021年平均值，最上（下）方细黑线为历年最大（小）值的连线。
图4: 2022年以来南极地区（90°-60°S）平均气温异常的高度-时间演变（单位：°C）。可见气温有显著偏低。
图5: 2022年南极地区第一类极地平流层云（PSC I/NAT）面积变化（单位：百万平方千米）。
图6: 1979-2019年，历年9月7日-10月13日的平均南极臭氧空洞面积演变（单位：百万平方千米），可以看到21世纪初以来有一定的下降趋势。
图1、3、5、6来源：网页链接
图4来源:网页链接
每年9月16日是国际臭氧层保护日。自20世纪70年代末起，人们观测到南极平流层会出现明显的季节性臭氧损耗现象，通常于每年7-8月(南半球冬季)开始出现，9-10月(春季) 达到顶峰，11-12月逐渐减小消失（图1）。这一现象也被形象地称呼为”臭氧层空洞”。而在20世纪90年代末起，南极春季臭氧层空洞面积明显扩大；与此同时，北极地区春季也出现了一定臭氧损耗现象(2011年、2020年则正式出现了臭氧空洞事件），但较南极弱很多。
这一空洞的形成，与极夜期平流层低温环境下形成的珠母云(极地平流层云，PSCs)和臭氧损耗物质有关（图2）。南极进入极夜后，平流层温度显著下降；当温度低于-78°C时，就可形成由水合硝酸晶体或纯水冰形成的这类云。水合硝酸晶体为氟氯烃等臭氧损耗物质分解出氯自由基提供了环境，而氯自由基正是直接破坏臭氧的物质；当南极极夜期逐步结束后，在阳光作用下会出现氯自由基与臭氧的光化学反应，此时臭氧损耗达到峰值；随着逐渐进入夏季，南极平流层气温大幅上升，这些珠母云逐渐消散，消耗臭氧的光化学反应也明显减弱，最终空洞在11-12月逐渐缩小消失。
因而，臭氧层空洞变化存在两个主要因素: 一是【气象条件】，这一因素【振幅较大】但影响时间较短，在每一年间都有显著差异；第二个便是臭氧损耗物质—如氟氯烃等的浓度，这些物质有自然排放和人为排放的来源，但20世纪以来，人为排放源占据了绝对主导。这一因素影响时间较长，可以看作数十年或更久的长期趋势因子。
而在今年，根据NASA数据，9月14日南极臭氧空洞(臭氧浓度小于220DU区域，图1深蓝色与紫色区域)面积约2178万平方千米，较1979-2021年平均偏大了339万平方千米(图3)。
在短期的气象条件方面，今年空洞面积的偏大，可归结于南极涛动（AAO）长期正位相下，南极极地涡旋显著偏强造成的南极平流层偏冷（图4）。在此作用下，能形成珠母云的区域面积明显偏大(图5)，使得氯自由基破坏臭氧的光化学反应较强。
而在长期趋势上，在人类的共同努力下，臭氧损耗物质的生产已经得到大幅控制(甚至停止使用)，这也使得在长期的总体趋势上，臭氧层空洞面积自20世纪末-21世纪初的顶峰起有了明显下降（图6）。如果能维持相关协议的执行，这会是人类控制并修复自身对自然环境影响的第一个显著成就。
图1: 2022年9月14日南极地区臭氧总浓度分布（单位：DU）。
图2: 第一类极地平流层云（PSC I），于2008年1月拍摄于挪威奥斯陆。虽然拍摄于北半球，但南极破坏臭氧层的主力也属于这种类型。摄影者：Gosia Budek， 图片来源：
网页链接图3: 2022年（红线）与2021年（蓝线）的南极臭氧空洞面积逐日演变图（单位：百万平方千米）。粗黑线为1979-2021年平均值，最上（下）方细黑线为历年最大（小）值的连线。
图4: 2022年以来南极地区（90°-60°S）平均气温异常的高度-时间演变（单位：°C）。可见气温有显著偏低。
图5: 2022年南极地区第一类极地平流层云（PSC I/NAT）面积变化（单位：百万平方千米）。
图6: 1979-2019年，历年9月7日-10月13日的平均南极臭氧空洞面积演变（单位：百万平方千米），可以看到21世纪初以来有一定的下降趋势。
图1、3、5、6来源：
网页链接图4来源:
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