[圖文]北極上空出現與南極臭氧層空洞類似的臭氧損耗特征

美國國家航空航天局的科學家們的研究已經證明了在去年冬季和春季時節,北極上空臭氧層出現前所未有的枯竭現象。造成了在北極上空平流層位置出現極為不尋常的低溫期,該低溫期持續的時間較長。該項研究的部分成果已經發表在10月2日的《自然》雜志上。自從20世紀80年代中期以來,科學家發現在南極上空每年春季都會出現臭氧層的空洞現象,而在2011年,北極上空出現了與南極臭氧層空洞類似的臭氧損耗特征。


















南極上空的臭氧空洞





左邊顯示了在北極上空大約12英裡的上層大氣臭氧的分布情況,該圖像繪制與2011年的3月中旬,突出了在北極地區高空平流層臭氧的損耗。有圖則顯示了在同一天,同一個大氣高度位置,主要化學試劑對臭氧的破壞情況,高度大概分布在寒冷的極地平流層下方。該圖有美國宇航局噴氣推進實驗室以及加州理工學院聯合繪制。臭氧層則是主要分布在地表上空20至50千米的高空,這裡也被稱為平流層。其主要的作用是吸收太陽光特定波長的紫外線,可以保護地球上的生物免受短波紫外線的侵害,對地球生命有著重要的意義。同時還可以加熱地球大氣,使得部分大氣昇溫。





南極臭氧層空洞的形成一般在冬季氣候條件下,南極的平流層處於極為寒冷的狀態,由人類活動產生的化學物質在大氣中發生反應,從而破壞臭氧層並形成空洞。同樣的臭氧損耗過程也發生在每年北極地區的冬季時節。然而,一般情況下,北極地區的平流層存在一定的溫度條件,可以限制這些反應的發生以及發生的時限,這種情況使得北極地區會比南極地區出現相對較少的臭氧損耗現象。





為了進行這項關於北極地區臭氧空洞的調查,來自九個國家的19個研究機構的科學家共同對北極上空的臭氧層分布進行了一次全面的監測。而監測的措施則是通過美國國家航空航天局的CALIPSO衛星和Aura衛星,值得一提的是,這個兩個衛星是一個由美國核法國共同打造的對地觀測衛星星座的組成部分,該衛星星座由5顆衛星構成,主要研究地球大氣以及全球變暖等問題。此外,還是用探空氣球攜帶儀器測量,以及氣象數據和大氣模型。





通過研究科學家發現:在某些大氣高度上,北極地區出現低溫情況的持續時間可以超過30天,特別是在2011年的時候,這比以往對北極上空的氣象監測記錄要長得多,這可能就是導致北極上空出現前所未有的臭氧損耗的原因。目前,科學及在進一步研究和確定是哪些因素造成了這麼長時間的低溫持續期。





根據加利福尼亞州帕薩迪納美國宇航局噴氣推進實驗室與新墨西哥州索科羅礦業技術研究所的科學家凱萊曼妮認為:在2010年至2011年度北極地區大氣每日溫度監測數據顯示,與以往監測對比並沒有達到較低的水平,到與以往的冬季不同的是,長時間的低溫足以產生破壞臭氧層的物質。凱萊曼妮同時也是該研究論文的主要作者之一。這就意味著,如果以後北極地區再出現類似大氣環境低溫持續情況,或者只要略有下降,這種氣候變化的結果就會嚴重影響到北極地區的臭氧層,使得臭氧層的損耗變得更為頻繁。





在2011年北極上空出現的臭氧層空洞區域面積比同一時期的南極上空出現的臭氧層空洞面積要小,這是意味北極大氣中存在渦流,持久性的大型氣旋使得臭氧損失情況加劇,但是北極上空典型的渦流要比南極上空的渦流小大約40%左右。雖然北極上空出現的極渦面積小,但是其還有一個特點,就是流動性較大,經常會轉移到人口較多且稠密的地區,所以在北極地區附近的居民,就很容易處於短波紫外線的照射之下。臭氧層空洞發生的人口稠密的地區,會使得地表紫外線輻射增加,這些情況對人類以及其他生命而言,是個非常不利的影響。





雖然目前對北極地區臭氧總量的監測遠遠超過一般情況下的兩次水平,通常在南極地區處於夏季的時候,與南極臭氧空洞的記錄進行比較。這是因為北極地區的冬季的臭氧水平比南極地區冬季時的水平要大得多。科學家凱萊曼妮認為:如果沒有1989年的《蒙特利爾議定書》以限制消耗臭氧層的物質生產的國際條約,那今天高層大氣中氯的水平會驚人地高,而北極地區的臭氧層空洞將在每年的春季開始出現。而南極上空出現的臭氧層空洞是大氣中消耗臭氧層的化學物質經過了較大的時期反映出來,對於未來北極地區上空出現的臭氧層損耗情況,科學家認為將持續數十年之久。





對於北極臭氧層空洞到底達到了多少的損耗程度,參與該項研究的科學家認為:我們有能力在接下來的監測中對臭氧損耗給出量化的指標,這些探測的過程都有美國國家航空航天局的CALIPSO衛星和Aura衛星來測量,它們會一直監測大氣中的微量氣體和雲層的變化,直到工作壽命結束。我們必須保證這種對極低大氣持續的觀測能力,如果我們要預測未來氣候變化中臭氧損耗的趨勢,保持這種觀測能力是必須的


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