看，臭氧洞变小了

高登义

争论不休找原因——臭氧洞咋就南极有？

自从1985年科学家发现南极臭氧洞的存在以来（南极臭氧洞被确认发现是1985年，但南极有臭氧卫星观测资料始于1979年，而有关臭氧洞的资料却始于1982年），国际上一度掀起观测研究南极臭氧洞形成原因的高潮。美国科学家一马当先向有关部门申请了巨额经费资助，开始观测、研究臭氧洞形成原因及其对于人类和生物的影响。

在南极臭氧洞发现后的几年里，也就是1990年之前，有科学家提出：南极臭氧洞形成的原因是人类排放了过多的氟利昂，而氟利昂气体中的氯离子与臭氧（O3）发生分解反应，形成原子氧（O）和分子氧（O2），减小臭氧总量，从而扩大了臭氧低值范围，形成臭氧洞。这个结论在当年很是轰动，得到科学界的认同和赞扬，因为这是人类第一次提出“人类活动可以影响地球环境变化”的观点。很快，就有科学家提出质疑：人类活动在北半球远甚于在南半球，而且排放的氟利昂也远远大于在南半球的排放量，为什么在北极上空就没有发现过臭氧洞呢？

臭氧洞的面积在2019年9月8日达到了峰值，10月面积缩小至1982年以来的最小值（图片来源/NASA）

科学家们继续观测、研究，于是，自然原因和人类活动影响共同作用的理论出炉了：由于南极冰盖平均海拔高度达到3000米左右时（相当于把一座巨大的冰库抬高到海拔3000 米以上，来冷却海拔3000 米以上的大气），它就成了南极上空大气的强冷源，极易冷却南极上空的大气。在南极由夏季过渡到冬季期间（对北半球而言，在南半球为春季），这个冷源可以使得南极平流层中层相当范围内形成低于-78℃的气温，有利于产生冰晶云（PSCs），这种冰晶云会破坏平流层的氮氧化物，给被人类排放于此的氟利昂气体中的氯离子，提供与臭氧发生化学反应的机会，将臭氧分解为原子氧和分子氧，减小臭氧总量，扩大臭氧洞的面积。

南极臭氧洞今年怎么了？

2019年春天，南极臭氧洞再次登上热搜榜是因为它开始自己“愈合”了——缩小得让人有点始料未及。据气象观测资料表明，从2019年8月下旬开始，仅仅10天内，在10百帕等压面（平流层中层）上，气温就升高了40℃;9月，离地面20千米的平流层底层大气温度则升高了16℃，成为历史最高记录。相关报道认为，这次春季南极平流层气温的爆发性增温是南极臭氧洞面积缩小的原因。

“臭氧洞”到底有多大？

所谓南极臭氧洞，是指在南极春季平流层出现臭氧总量低于220多布森单位的范围。这种臭氧总量低于220多布森单位的范围越大，就称为南极“臭氧洞越大”，反之，称为南极“臭氧洞越小”。

为什么要把臭氧洞的范围定义为220多布森单位呢？因为当南极平流层臭氧总量低于220多布森单位时，南极上空的紫外线辐射就能够穿透平流层到达地面，使人们罹患皮肤癌，轻者皮肤溃烂，重者危及生命;与此同时，还可以杀死位于海洋表层1米内的生物，破坏海洋环境。

臭氧洞的形成是自然原因和人类活动结合作用的结果

2014—2019年南极臭氧洞变化情况（图片来源/NASA）

臭氧洞“愈合”为哪般？

为什么南极上空平流层气温爆升会让令人担忧的臭氧洞缩小了呢？

首先，如果南极平流层升温高于-78℃，就不能在平流层形成冰晶云，也就不能破坏平流层的氮氧化物，不能给人类排放的氟利昂中的氯离子提供與臭氧发生分解反应的机会，南极上空的臭氧总量就可能会增加到超过220 多布森单位，臭氧洞的面积就会缩小。

其次，科学家长期的研究表明，在南极春季，当平流层出现爆发性增温时，南极的臭氧总量会增加。我和日本国立极地研究所的川口贞男曾在1986 年11 月的《大气科学进展》（ADVANCE IN ATMOSPHERIC SCIENCES） 和1987年9月的《大气科学》杂志上发表论文《春季南极昭和站上空增温与臭氧含量和分布的关系》。在论文中我们指出，“1968年10月22—30日， 南极昭和站50百帕（平流层中下部）上气温由-62.5℃增加到-27.5℃，与此相应，南极昭和站臭氧总量增加了157多布森单位;1979 年9月22—30日， 南极50百帕上气温由-77.5℃增加到-45℃，与此相应，臭氧总量增加了139多布森单位。”

由此可见，臭氧总量增加，当然臭氧洞的面积就减小了。

不过，这种变化属于天气尺度的变化，并不是一年以上的气候变化。

气候变暖不都是坏事

自2014年以来，当我在科普讲座、报告中讲到“南极臭氧洞形成原因研究过程”时，曾经多次给听众提出“南极气候变暖与南极臭氧洞关系”的思考题，启发听众“举一反三”的能力。讨论中，我曾经说过：“如果南极气候真的变暖到使南极平流层的气温在春季持续高于-78℃，那就意味着南极臭氧总量会迅速增加，臭氧洞的面积就会逐渐缩小。这一点，对于南极的环境是有利的。一旦南极真的没有‘臭氧洞了，紫外线的辐射对于生物的负面影响就没有了。这就是气候变暖对于人类有利一面的例证。”

当然，这个预言还要靠今后的观测资料来证实。

最后应指出的是，2019年出现的南极平流层爆发性增温引起臭氧洞面积达到1982 年以来的最小值，这是天气学行为，过去也曾经出现过类似现象。它不是南极气候变暖的根据，只不过是2019年南极春季的爆发性增温特别强而已。

（责任编辑/岳萌 美术 编辑/满斗工作室）