臭氧层恢复及其对气候变化的影响

臭氧层恢复及其对气候变化的影响

平流层中持续产生的臭氧，也在持续地被自然过程所破坏，特别是紫外线辐射的作用，臭氧层浓度就是在这种动力学平衡中建立的。工业化以前，臭氧层是相当稳定的，尽管可能受太阳黑子活动周期的影响。但是20世纪60年代以后，情况就完全不同了。二氧化碳等温室气体的排放和其它影响气候变暖的因素，都不可避免地存在甚至增加。因此世界各国都会感受到不可回避的压力[1-3]。

由于国际社会的共同努力，人类最终将停止排放人类活动产生的臭氧损耗物质，二十世纪九十年代末以来臭氧层出现回升的迹象。但是在温室气体持续增加的背景下，臭氧层如何恢复到1980年前的水平？另一方面，臭氧层恢复将导致平流层变暖，而温室气体增加将导致平流层变冷，在这两大相反因素的作用下，平流层气候如何变化？平流层气候变化对对流层气候有何影响？这些都是十分重要的气候变化问题。

1、研究现状和有待研究的问题

1）臭氧层的恢复将有助于人们与全球变暖进行的斗争[4-6]。

在6月13日出版的美国《科学》杂志上，气候学家报告说，臭氧层的恢复同时还能够重建南半球的季风系统，从而打破由臭氧损耗和温室气体集结形成的平衡。

随着臭氧层空洞的愈合以及SAM逐渐恢复到更为正常的状态，研究人员预测，由它们产生的影响将在南半球地区逐渐减少。在一项最新的研究中，一个国际研究小组将标准的气候变化计算机模型与考虑了同温层化学变化的其他版本的模型进行了对比。比较的结果表明，臭氧层恢复将重建SAM传统的风模式。参与该项研究的美国哥伦比亚大学的气候科学家LorenzoPolvani表示：“这是一个让人感到欢欣鼓舞的结果。”他说，“我们的研究表明，臭氧层的恢复将减轻气候变化对南半球造成的影响。”

那么，SAM的减少将对南极洲产生怎样的影响呢？“我们现在还无法得出结论。”科罗拉多大学的大气科学家JudithPerlwitz这样认为，“我们目前仅仅能够提出问题。”她补充说，这种不确定性增强了持续监测臭氧层对气候变化造成的

影响的需求。

2）氢氟烃有助恢复臭氧层，却是“超级”温室气体[7]。

科学家日前表示，氢氟烃(HFCs)虽然缓解了臭氧层空洞现象，但现在它却引起了另一个环境问题。氢氟烃是上个世纪90 年代曾广泛用于替代空调、冰箱和绝缘泡沫中破坏臭氧层的氟利昂的气体。

由于氢氟烃的使用，地球的臭氧层防护屏似乎得到了恢复。但是研究人员表示，氢氟烃虽有利于臭氧层，却有害于气候变化。在大气中，这些替代化学物质如同“超级”温室气体，其捕获热量的能力可能是二氧化碳的4470 倍。

据《华盛顿邮报》报道，科学家们表示，现在全世界必须为氢氟烃寻找新的替代品；否则，阻止全球变暖的各种努力，可能被这些“超级”温室气体抵消掉。国国家海洋和大气管理局(NOAA)专家大卫·费瑞(David Fahey)说：“无论设定什么目标，如果对额外排放没有进行控制，那么(阻止全球变暖)将于事无补。

氢氟烃无色无味，进入大气的量较少，一般是从冰箱、空调中泄漏出来。美国环保局(EPA)表示，氢氟烃目前约占美国排放导致的全球变暖效应的2%。相比之下，燃烧化石燃料排放的二氧化碳约占全球变暖效应的85%；家畜和垃圾分解等产生的甲烷约占10%。

但在近期以碳为主导地位的气候变化谈判中，氢氟烃却引起了较多的关注。美国环保组织自然资源保护委员会(NRDC)策略主管大卫·东尼格(David Doniger)表示：“我们要防患于未然，避免有害物质的增长。”

科学家们也发表论文预测，如果不加以控制，氢氟烃排放将在未来40 年中迅速增长，到2050年，其大气含量可能相当于 6 年中二氧化碳排放的总量。

什么东西可以取代氢氟烃？科学家表示，一些具有较少全球变暖效应的替代品或许可以，但科学家对此尚未完全了解。

3）气候的变化对于臭氧层而言既有好处也有弊端[8]。

根据一项新的研究，由于大气中二氧化碳浓度的不断上升和气流的改变，北半球中部地区——包括美国、加拿大和欧洲在内，其臭氧层空洞有可能会提前得到恢复。与此同时，地处热带的各个地区以及南半球中部地区，如澳大利亚、新西兰和秘鲁，其臭氧层的恢复则可能会有所延迟。

臭氧层是高层大气的一个重要部分，保护人类和生态系统不受紫外线B辐射

的伤害。20世纪70年代，平流层(位于地表上方10至50千米高处)中臭氧的损耗问题备受关注:科学家们意识到，损耗臭氧的化学物质，如氯氟烃，广泛应用于包括气溶胶和电冰箱在内的各类产品中，这些物质正在破坏世界范围内的臭氧层，特别是两极地区的臭氧层。然而，这些化学物质并不是唯一影响臭氧层的排放物。长期以来，研究人员已了解到，温室气体通过冷却平流层，可减缓损耗臭氧的化学反应速率，因此也许会有助于臭氧层的恢复。但气候变化还有另一影响:改变全球大气环流的模式。直到近几年，才有人开始注意大气环流是如何影响臭氧层的。

马里兰州巴尔的摩市约翰·霍普金斯大学的大气科学家达林·沃领导的一个研究小组开动了一个化学气候模型，该模型模拟了下个世纪的大气动态、能量转移以及化学成分的变化情况。模拟结果显示，南半球中部地区气流的增加将会减缓那里的臭氧生成速度，从而推迟澳大利亚与阿根廷等地的臭氧恢复进程。该研究小组本周在《地球物理学研究快报》上报道:即使到本世纪末，热带地区的臭氧层也无法恢复到20世纪60年代以前的水平。与此截然相反的是，在美国及北半球的其他地区，臭氧层的恢复速度将会加快，到2030年左右，这些地区的臭氧层即可恢复到20世纪中叶时的水平。两极地区的臭氧恢复情况受气候变化的影响将是最小的。

加利福尼亚州圣迭戈市斯克里普斯海洋研究所的大气科学家丹·卢宾称:这些发现表明，澳大利亚和新西兰等地、以及秘鲁和智利等高海拔地区的浅肤色人群，患上皮肤癌的风险将会有所增加。加拿大多伦多大学的大气科学家西奥多·谢泼德说，以前的模型也发现了类似的地域性趋势，但至于气候变化和氯氟烃的减少对臭氧层的恢复分别有什么影响，这一研究提供了一个更加清晰的认识。英国利兹大学的大气科学家马丁·奇珀菲尔德指出，尽管该研究中呈现的模式很可能是可靠的，但是其他气候模型所显示的臭氧恢复速度则可能会有所不同。

据《科学》（Science）杂志报道说，随着地球的同温臭氧层持续致2050年的复原，它可能会触发整个地球南半球的意想不到的气候变化。这是因为臭氧的恢复可能会至少在夏季使快速移动的风流在全球范围内急速流动时发生停顿。正如政府间气候变化组织 (IPCC)在其第四次评估（AR4）中所描述的，这一由多国研究人员组成的团队所作出的发现与传统观念背道而驰。

应用取自一个被称作Chemistry-Climate Model Validation (CCMVal) 模型的演练较新近的预测，Seok-woo Son及其同事显示了同温层臭氧的恢复是如何减缓一个距离地球表面较近的关键性的西向喷气流——通过对较低同温层及较高对流层的进一步加温，从而影响风及风压的模式。由于亚热带喷气流在南极附近速度会放缓，它也可能在接近赤道的时候风速得到加强。在南半球，这种变化可能会影响海面的温度、海冰、风暴路径、干旱地区的位置、风驱海洋循环模式的力度以及自然的二氧化碳交换。基于更好的气候预测来理解这些变化将是绝对必要的。

大气温度主要是依靠吸收地面的热辐射而升温的（地面吸收太阳能量升温，再以红外的辐射方式加热空气），所以越向高处越冷，当到达对流层顶部时（约1万米上下）可低达摄氏-83度。再往上是平流层，由于有臭氧对太阳辐射的吸收，气温逐渐升高，越往上气温越高，当到达平流层顶部时（约五万米），气温可升至-3度。也就是说，由于平流层臭氧对太阳辐射能量的吸收，竟然可使气温上升约80度。曾有科学家预言，如果没有臭氧层对太阳辐射的吸收，地球上的生物会被烤焦。是否真的能达到这么严重的程度我们不知道，但宁可相信他的预言。臭氧层的长期变化特征和机理还有待完善[9]。

2、技术路线和方案

1）臭氧层长期变化特征及机理。利用卫星资料、地基臭氧总量观测、臭氧探空资料分析臭氧及消耗臭氧物（ODS）的变化特征；结合资料分析和化学-气候模式敏感性试验，揭示平流层等价有效氯含量、气溶胶等的变化在臭氧层长期变化中的作用。

2）21世纪臭氧层恢复趋势。使用化学-气候耦合模式模拟在平流层等价有效氯含量降低的条件下臭氧层的恢复趋势；模拟不同温室气体排放情景对臭氧层恢复的影响。

3）臭氧层恢复的气候效应。使用化学-气候耦合模式模拟在臭氧层恢复与温室气体增加的情景下平流层气候的变化，分析相应的对流层气候变化[10]。

参考文献

[1] 王革丽,吕达仁,杨培才.人类活动对大气臭氧层的影响[J].地球科学进展.2009(3)

[2] 臭氧层耗损的不利影响[J]. 广西节能, 2009,(02)

[3] 郭丽. 保护臭氧层[J]. 读与写(初中版), 2009,(04) .

[4] 逐渐恢复的臭氧层[N]

[5] 臭氧层恢复减缓全球变暖[N]

[6] 汤家礼.气候-灾害链条与臭氧层问题[J].海洋世界,2008,(10)

[7] 氢氟烃有助恢复臭氧层却是“超级”温室气体[J].有机硅氟资讯.2009(08)

[8] Jackie Grom.气候变化对臭氧层的利与弊[J].科技英语学习.2009(9)

[9] 浅谈修补臭氧层与减缓气候变暖的关系[EB]

[10] 吕达仁.平流层大气基本过程及其在东亚气候与天气变化中的作用.973项目申请书.2010