极地平流层云及其非均相化学

南极臭氧洞的形成与南极平流层云及其非均相化学过程有很大关系。南极平流层云中存在着硫酸气溶胶粒子、与硫酸 硝酸 水有关的固体或液体粒子以及水的冰晶粒子等 ,在其表面上可以发生非均相化学反应 ,一方面使本来比较惰性的硝酸氯 (ClONO2 )具有相当大的活性 ,另一方面可以把NO2 或硝酸以硝酸固体粒子的形式从平流层中移走。由非均相化学产生的HOCl和Cl2 发生光离解 ,产生活性氯 ,加强了与ClO的二聚物或者与ClO BrO互反应有关的破坏臭氧的催化循环圈的进行 ,加快南极臭氧洞的形成。本文重点介绍极地平流层云及其非均相化学在极地平流层臭氧消耗过程中的作用 。

激光雷达探测南极平流层云

１９９３年中国南极中山站（６９°２２＇Ｓ，７６°２２＇Ｅ）的一台波长为０．６９４μｍ的激光雷达对平流层进行了５３次探测，从激光大气回波信号计算出平流层气溶胶后向散射比的垂直分布和１２～３０ｋｍ高度范围内的积分后向散射系数。探测结果表明因受菲律宾Ｐｉｎａｔｕｂｏ火山爆发的影响，１９９３年南极地区平流层气溶胶粒子含量比１９９０年明显增加，证实了南极冬季平流层云的存在。平流层气溶胶为两层结构，１２ｋｍ附近高度上始终存在着一层厚度为数公里的气溶胶层，２５ｋｍ附近高度的一层变化较大。

南极春季臭氧损耗和恢复期的主要特征及其与平流层环流异常的关系

21世纪以来,南极臭氧总量经历了逐渐恢复的过程。本文基于近41年(1979—2019年)BS填充臭氧总量(Bodeker Scientific Filled Total Column Ozone)数据集和同期的ERA5再分析数据,分析了20世纪末(1979—1999年,损耗期)和21世纪初(2000—2019年,恢复期)南极春季(9—11月)臭氧总量和平流层环流的主要变化特征,研究了不同时期平流层环流异常与臭氧总量的关系,并通过行星波诊断了影响臭氧总量变化的可能途径。结果表明,(1)南极臭氧总量在损耗期以51.5 Du·(10 a)^(-1)的速率显著减小,在恢复期以14.2 Du·(10 a)^(-1)的速率持续增加;与臭氧总量存在显著相关的平流层云(PSC)面积、平流层下部极区温度、中部极区位势高度以及60°S平均纬向风在损耗(恢复)期也经历了快速(缓慢)变化;(2)在整个分析时段,臭氧总量与PSC面积、平流层温度、位势高度以及纬向风保持着显著且稳定的关系;其中恢复期臭氧总量与上述平流层各要素的关系更加显著;(3)与损耗期相比,恢复期由于平流层存在较强的Eliassen-Palm(EP)通量,伴随平流层中上部极区EP通量辐合和更大的负涡旋热通量,使得平流层温度升高,极涡减弱,不仅导致PSC面积减小,而且有利于南极臭氧总量恢复。

臭氧在冰晶及硫酸铵和亚硫酸铵渗溶冰晶上的粘着系数

利用流动管式反应器 ,在 2 2 0— 2 6 0K温度范围内 ,实验测量了臭氧在低温冰晶及硫酸铵和亚硫酸铵渗溶冰晶表面上的粘着系数 .结果表明 :臭氧在低温冰晶表面上的粘着系数随温度升高而增大 ,其粘着系数为 1.3× 10 -7— 2 .7× 10 -6;臭氧在硫酸铵和亚硫酸铵渗溶冰晶表面上的粘着系数与二者浓度呈非线性关系 ;利用实验结果估算了臭氧在极地平流层云中存留寿命约为 5 6d ,臭氧在主要组成为水的冰晶表面上的损耗不容忽视 .

臭氧与臭氧洞

2011年空前的北极臭氧损耗,引发了人们对臭氧和臭氧洞的新关注。本文回顾了南极臭氧洞的由来及变化;讨论了南极臭氧洞产生的原因以及南北极臭氧变化的差异;指出目前只是在南极春季出现了臭氧洞,北极并没有出现过臭氧洞。在当前大气环境被污染的情况下,极地大气臭氧亏损的程度将更多地随大气环流,特别是极地涡旋中的低温状况而发生变化。人类只有一个地球,为保护大气臭氧层,国际社会做出了巨大的努力,中国也有自己的贡献。

南极臭氧洞的发现、研究和启示

回顾了南极臭氧洞的发现过程,评述了南极臭氧洞形成和发展的机制、以及南北极臭氧变化的差异,讨论了南极臭氧洞的发现和研究带来的启示。研究指出,目前只是在南极春季出现了臭氧洞,北极并没有出现过臭氧洞。在当前大气环境被污染的情况下,极地大气臭氧亏损的程度将更多地随大气环流,特别是极地涡旋中的低温状况而发生变化。

1997年和2011年春季北极臭氧损耗事件的对比分析

采用SLIMCAT化学传输模式以及再分析资料,对比分析了1997和2011年北极地区平流层臭氧异常偏低事件及其成因。结果表明,1997和2011年3月北极地区大气臭氧柱总量(TCO)异常值都达到了约-80 DU,并且在30—200 hPa(中下平流层)区域的大气臭氧柱总量异常约占整层大气臭氧柱总量异常的80%。分析表明发生在这两年的极端臭氧偏低事件均可能是由于上一年冬季的拉尼娜事件导致上传的行星波减少,使得北极极涡加强,平流层温度异常偏低,生成了更多极地云,引起更强的臭氧化学损耗导致的。对比这两年的大气臭氧柱总量变化发现,2011年的柱总量减少得更快。2011年北极地区上对流层下平流层(UTLS)区域臭氧下降要明显强于1997年,其主要原因应该是2010—2011冬季的拉尼娜活动更强,北太平洋海温更高,进一步减弱阿留申低压和平流层波活动。这导致2011年极涡温度异常偏低更强烈,形成了更多的极地平流层云甚至出现了第二类极地平流层云,最终加速该年春季的臭氧化学损耗引起的。

春季南极臭氧洞与环境保护

南极臭氧洞，与全球变暖一样，是人们广泛关注的热点问题。在很多媒体上，也经常出现诸如“大气臭氧层耗竭”、“地球生命保护伞臭氧层出现漏洞”、“南极臭氧洞日益加大”等标题。什么是南极臭氧洞呢？它的生成原因是什么？南极臭氧洞警告人们什么？中国和国际社会在保护臭氧层方面做出了哪些努力？

名刊封面

极地平流层云；豇豆萎黄斑病毒；连接神经元的万变基因；IL-17和关节炎；

臭氧层的自然耗损说

臭氧层,人类最关注的环境问题之一,自1985年5月英国科学家首次在南极洲上空发现臭氧层空洞之后,又发现北极地区乃至北半球人口最密集的中纬度地区的臭氧层不断变薄并出现了季节性的空洞,从而威胁着地球村万物的生存,有识之士对臭氧层——“地球生物的保护伞”的漏洞百出,四面楚歌更是忧心忡忡。至今为止,科学界普遍认为臭氧层的耗损物质主要是包括氟氯烃在内的人为原因引起的,然而近年来的研究发现却表明,自然原因对臭氧层的耗损起着催化作用。 电子雨轰击说 据1987年美国《洛杉矶时报》报道。