■ 新闻缘起

    发表在英国《自然》周刊上的一份研究报告说：“北极地区上方的臭氧层首次出现大面积空洞，足以被称为‘北极臭氧洞’。”也有报道称，北极上方出现了一个面积达到加利福尼亚州5倍的臭氧洞，这个规模空前的空洞有时会向东欧、俄罗斯和蒙古地区移动，因而当地人受到的紫外线照射强度会增加，但不会持久。

    长期以来，南极地区臭氧层缩小的规模一直都比北极地区大，因为前者的气温要比后者低得多。但在近期，类似于“北极上空疑现首个臭氧洞，或已延伸到纽约上空，面积大如美国大陆”的消息屡见不鲜。众所周知，臭氧层能够过滤掉太阳光中对植物造成损害并导致皮肤癌和白内障的紫外线，那么，臭氧层的破坏对人类势必会造成影响，所以这一消息引起了人们的广泛关注。

    真相究竟如何？北极的臭氧洞到底是怎么回事？本期科技之谜与中科院大气物理研究所高登义研究员、周立波副研究员共同为您答疑释惑。

    臭氧低值区？还是臭氧洞？

    据国家卫星气象中心监测数据显示，风云三号卫星臭氧总量探测仪在北极上空监测到一个明显的臭氧低值区，在该低值区内臭氧总量是正常情况下平均值的一半左右，部分地区的臭氧总量达到了臭氧洞的标准。

    难道北极臭氧洞已经形成？对此，高登义研究员表示：“从目前观测资料来讲，只有南极上空出现臭氧洞，北极上空以及青藏高原上空它们现在只存在臭氧低值区，在某一地区相对其他地区来讲臭氧总量含量要相对较低，但从气候平均值来看，并没有低于220多普森单位，所以，严格意义来讲，除了南极以外其他地区还没有发现臭氧洞的存在。不过在某一天中出现臭氧含量低于220多普森单位的臭氧含量的情况是存在的，但是我们说的臭氧洞是一个气候比例概念，是用一个相对的时间段里出现的平均值衡量的，两者之间存在一定区别。”

    自然？还是人为？

    之前，人们认为臭氧层的破坏仅仅是弗里昂气体的作用，后来科学家们提出来一个问题，人类主要活动在北半球而并非南半球，如果南极臭氧洞形成的原因只是人为因素造成的话，那为什么在北极上空并没有臭氧洞呢？

    “臭氧洞的形成，受到自然与人为两种因素影响。”高登义研究员说：“比如南极臭氧洞，我们知道南极地区是以南极洲大陆为主的地理单元，而南极洲大陆是世界上最大的一个冰盖，这个地区不仅储存了世界上冰雪的70%左右，而且厚度也非常深，因此它对于大气来讲，它是一个很大的冷源。只有南极洲特殊冰盖的这个条件，在南极过渡季节的时候，平流层会出现一个低于零下80℃以上的温度，从而产生冰晶云，这个冰晶云类似于催化剂，会加速氮氧化物的破坏。氮氧化物从一定意义上讲是臭氧的一个保护层，我们曾经观察过，氮氧化物含量高的时候，臭氧总量就会相应增高。由于形成了这个低于零下80℃的冰晶云以后，从而提供了弗里昂气体中的氯离子和臭氧发生化学反应的条件，把三氧分解为一氧和二氧。它会破坏氮氧化物，因此，使得臭氧含量减少，因为我们人类排放的氟里昂里面的氯离子，在这个时候提供了它和臭氧发生化学反应，分解为氧分子和氧原子。”

    气温升降惹的祸？

    有报道称，北极出现的臭氧洞主要与2011年北极地区平流层内极低的温度和北极极涡长时间的维持有关，但科学家表示相关研究还在进行当中。

    那么气温与臭氧究竟存在怎样的联系？周立波副研究员解释说：“气温是臭氧洞形成和演变的重要要素，但不是唯一因素。气温的升降直接决定了极地平流层冰晶云的形成：没有极低的气温，就不可能形成极地平流层冰晶云，后者是导致臭氧洞形成和维持的重要因子。相对于南极地区，北极地区海陆差异更大，由此动力学影响也更为明显。所以影响北极地区的臭氧亏损机制比南极地区的臭氧亏损要复杂得多，例如人类活动产生温室气体带来的气候效应、极地涡旋维持的强度和时间长短以及极区内大气化学产生的臭氧消减等等。”

    南北极臭氧低值有啥不一样？

    北极的上空以及青藏高原上空确实出现了臭氧低值区，但是形成的原因与南极是完全不一样的。

    高登义研究员说：“在北极，北大西洋暖流把中低纬度的暖湿海水源源不断地往高纬度输送，北大西洋暖流输送有一个移动的路径，在它移动过的地方正好是在我们北极圈里面，在这个地方海表温度非常高，而北大西洋暖流不经过的地方可能存在冷流，因此使得在北极地区东西方向海表温度的差异非常大，这个差异根据科学家们的计算结果能够使得北极地区上空的臭氧的含量减少。这种差异会带来一种垂直的环流，空气往上运动的时候就把低海拔地区的空气带到了高海拔地区上空，偷梁换柱的把臭氧含量浓度低的空气替换了北极地区上空臭氧浓度高的空气，这个原因与南极地区完全不一样。”

    臭氧值能否恢复正常？

    现在北极地区臭氧低值区仍然存在。在此之前，科研机构在3月份和4月初的大约27天中观察到极低的总臭氧浓度(低于250多普森单位)。臭氧层的缩小开始于今年1月，在2月底和3月进一步加剧。因此，极地漩涡地区的臭氧浓度在3月初至4月底期间要比平时低得多。4月底后，极地漩涡就会消失。

    对此，高登义研究员表示：“北极地区臭氧低值区仍然存在，不过一般臭氧低值区这种状况，与全年相比就是出现在某个季节，基本上是在3月份4月份。包括南极上空的臭氧洞也并不是一直存在。

    北极臭氧稀薄也就是出现在春天，1月和2月，北极都是极夜，几乎看不到太阳；3月—4月，臭氧浓度会变得相对稀薄，之后，就会逐渐恢复正常。南极和北极上空的臭氧浓度变化，国际上一直密切监控，而且监控数据全球分享。  （文·实习生 徐冰）

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