南极臭氧洞

南极春季大气臭氧明显减少,这种现象1984年忠钵繁根据日本南极昭和站的观测资料和1985年J、C、Tarman根据英国南极哈菜湾站的观测资料就已经发现。美国南极阿蒙森一斯科特站的地面观测和国家宇航局的卫星观测也发现南极大气臭氧从七十年代后半期开始减少,并确认八十年代南极春季上空臭氧减少区呈同心园状分布。Tarman把     

南极臭氧减少概述

南极臭氧减少已引起科学家们和公众的关注。尽管已有一些公开声明,但还未确立人为污染物和南极臭氧减少之间的明确联系。实际上在本专集中,有人针对已提出的化学方案提出了一些认真的取代意见和限制。     

南极气候变化的季节特征

利用1962～1993年南极16站地面至30hPa10个标准层上月平均温度、南极臭氧总量以及2800MHz太阳通量资料,采用最大熵功率谱方法,研究了各季中月南极诸高度气候的线性趋势变化、熵谱特征及其可能原因。结果显示:南极平流层气温(臭氧总量)在各月均呈变冷(减少)趋势,10月100hPa气温(臭氧总量)10年的变率最大达-1.8℃(-14.8%).南极对流层气温(2800MHz太阳通量)在各月均呈显著增暖(增强)趋势,1月500hPa气温(太阳通量)10年的变率高达0.4℃(22.1个单位).各月太阳通量均呈显著的3年及9～10年甚低频-年代际周期变化。而对流层850～500hPa气温变化熵谱仅在7月具有相应的特征,南极对流层顶气温在各季中月均无显著的趋势变化及周期性变化。提出南极春季臭氧的显著减少及夏季太阳通量的增强是平流层显著变冷及对流层变暖的重要原因;南极夏季对流层显著增暖导致南极大陆边缘部分冰雪消融,可能是近年来全球海平面升高的重要原因之一。     

爱护臭氧 保护人类

大气中的臭氧大部分集中在 1 0～ 5 0 km的大气层中 ,其中 2 0～ 3 0 km臭氧含量最高 ,也称为臭氧层。臭氧能强烈吸收太阳紫外线辐射。由于臭氧能把大部分太阳紫外线辐射吸收掉 ,使地球上的生物免受过多紫外线的伤害 ,所以人们把臭氧看作是地球的“保护伞”。自 2 0世纪 70年代中期以来 ,在南极的大气观测中发现 ,其上空 1 0～ 1 0 km处的平流层中下层 ,春季的臭氧含量在逐年减少。 1 985年英国科学家在南极考察时发现 ,臭氧含量降低了 5 0 %左右 ,面积足有美国领土大的“臭氧洞”。伴随着全球臭氧层厚度的下降 ,南极臭氧洞的面积有逐年扩大…     

平流层臭氧季节变化的动力和光化学作用之比较

1992年到2005年的HALOE资料显示, 在臭氧光化损耗中, ClOx 和NOx 的贡献大小和作用位置有所差异。SOCRATES3模式模拟表明, 两半球夏季高纬极区的臭氧减少, 主要是NOx的化学贡献; 北极春季和南极冬季副极地臭氧的变化, 主要是动力输送引起。南、北极春季臭氧减少的化学机制也有所不同, 南极春季的臭氧耗损包括极区内ClOx 的异相化学作用和副极区NOx的化学作用; 北极春季的臭氧耗损主要以NOx 和ClOx 的气相化学作用为主, 其中NOx 的作用更大。动力和光化学在臭氧变化中的贡献表明, 整个中低平流层及低纬平流层高层的动力输送贡献可达到45%, 而高纬平流层中上层, 化学作用贡献在65%以上。     

南极臭氧的短期气候变化特征

利用1957～1992年南极地区大气臭氧总量地面观测站资料，对南极地区臭氧的时空变化特征进行了研究。结果表明，虽然近35年来南极地区的大气臭氧有较明显的减小趋势，但在不同地区、时段和季节，其变化趋势也不同。近年来南极地区大气臭氧的显著亏损，主要是由南极臭氧洞的形成和发展所造成的。南极地区的大气臭氧存在明显的年振荡、准20个月和准30个月的振荡周期。臭氧变化与天文日照、平流层温度场、平流层冰晶云及人类活动排放到大气中的氟氯烃和溴化烃等污染物质有关。     

南极大气和空间物理过程对全球变化的响应研究

我院承担了该专题的2个子专题：“南极冰雪与大气相互作用过程和辐射特征的观测研究”和“南极臭氧和紫外辐射的监测和变化机制研究”。1999年的研究进展如下：1）对南极中山站用Brewer臭氧光谱仪观测得到的1993－1998年臭氧总量和紫外辐射的分析结果表明,春季出现臭氧低于200     

南极臭氧变化是动力还是化学原因?

观测表明,南极早春季节臭氧的气柱密度有明显的季节性减少,十月份之后又很快回升,超过春季以前的值。根据南极的特殊环境——相对稳定的环极涡旋,极夜的低温和当太阳重现时臭氧吸收太阳辐射的增加,我们推测存在一个在极地平流层低层为上升运动的反环流圈。涌升流将100百帕以下臭氧含量少的空气带入平流层,可能对早春观测到的臭氧减少起一定作用。同时,南极平流层NO_x(NO+NO_2)的浓度维持一低值[<0.1p.p.b.v.(10~(-9))],有利于卤化物对O_3的催化分解。我们认为多相反应过程和极夜前后通过BrO+ClO→OClO+Br的反应所生成的OClO在早春可能有助于抑制NO_x的含量。但涌升流对氯化物浓度的稀释可能降低O_3光化学分解的有效性。     

南极臭氧洞计算机模拟

一维时空光化学模式引进垂直运动及离子反应生成的氮氧(NOx)、氢氧(HOx)化合物。模式中采用1978到1983年期间的太阳紫外辐射通量及南极73度的纬向八月份平均温度。 计算结果表明:春季南极出现臭氧洞,主要是第21太阳黑子周峰值期太阳紫外辐射减少造成的。其次,在太阳黑子周峰值期伴随多次大的太阳质子事件,产生大量氮氧、氢氧化合物。在极区太阳质子事件产生的化合物催化破坏平流层臭氧可持续几天至几年。 南极冬春季节强大的下降垂直运动是南极臭氧洞形成发展极其重要的局部动力条件,特别是在极夜期间。太阳升起后,垂直运动的影响不明显。 南极臭氧洞的形成主要是通过光化变化过程,动力过程是其局部的充要条件,人为活动产生的含氯化合物对低层大气臭氧的直接破坏不可忽视。基于上述论点,可以预期进入第22太阳黑子周期,南极及全球大气臭氧的分布状态将会改变,大自然本身自复。     

南极大陆沿岸地面臭氧损耗事件的研究

利用南极大陆沿岸中山站2008-2013年的地面臭氧连续观测数据和相关资料,对地面臭氧损耗事件（ODE）进行研究。结果显示,春季南极中山站常发生臭氧损耗事件。在该事件发生期间,气象要素有明显的突变过程,包括气温明显下降,风向由偏东风转变为偏北风,风速随之下降。来自海冰区的偏北风增多,风速很小,使臭氧浓度维持在较低水平。地面臭氧损耗事件主要与南极沿岸海冰区的活性溴（BrO）浓度有关。春季南极大陆沿岸海冰冻融过程中形成的冰间水道和冰间湖,在低温的作用下会再次冻结,形成薄冰和霜花。卫星资料能够观测到薄冰区释放的活化海盐溴高浓度区,活性溴与臭氧发生化学反应形成地面臭氧损耗事件。臭氧损耗现象是在未受到人为影响的自然状态下发生的,与中高纬度地区光化学反应导致臭氧消耗有所不同。      

南极臭氧洞的影响因子和变化趋势

利用卫星和台站观测的南极臭氧资料和NCEP/NCAR再分析资料,分析了南极臭氧近年来的变化特征和影响因子,探讨了南极臭氧洞期间中山站臭氧突变过程与大气动力的作用。结果显示,平流层氯和溴的卤化物当量（EESC）和平流层温度是影响南极臭氧洞面积的关键因子。臭氧总量与EESC和平流层温度均具有显著相关,表明两站虽然都位于臭氧洞边缘,EESC和平流层温度对臭氧总量的变化仍然可以起决定性的作用,同时也验证了EESC参数在东南极大陆沿岸具有适用性。 EESC的年代际变化与臭氧变化趋势相似,臭氧的年际变化与平流层温度关系密切。回归结果表明,2010年后臭氧洞面积逐渐减小,在2070年左右可能恢复到1980年前的水平,但其结果存在很大的不确定性。     

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。     

臭氧和平流层动力学的相互作用

讨论了给定的南极春季臭氧洞(取自1979—1985年臭氧减少的观测结果)对二维平流层—对流层模式中温度和环流的影响。11月份,南极上空约17km处,温度最多可降低6℃。这种温度变化引起的平均经向环流对臭氧洞起填塞作用,不过,这种影响很小,每年仅产生14DU的变化。观测事实表明,近年来10月份,南半球波活动减弱。为此,我们作了南半球波作用全年都减少一半,并考虑了臭氧洞的数值试验。结果表明,臭氧柱在11月份76°S减少了44DU,在赤道却增加了12DU。     

南极春季臭氧的TOVS反演及其与BREWER观测的比较

通过改进臭氧的统计反演算法，从NOAA卫星的TOVS资料中提取了1993年南极臭氧洞期间中山站上空大气臭氧含量的资料。本文的结果与NOAA的TOVS臭氧产品以及中山站的Brewer观测进行了比较。尽管3种资料对在臭氧洞期间臭氧含量的显著减少这一特征上相当一致，但此项结果相对于Brewer观测，其均方根误差29 DU，优于NOAA的业务反演产品。此外，还初步讨论了这两种反演的误差特征。     

臭氧·紫外辐射·紫外线指数

由于大氧臭氧含量日渐减少．世界各国对太阳紫外辐射及其危害越来越关注。近些年来,人类活动排放了大量的七。氟氟烃、含澳卤代烃等化合物质,这引起大气平流层臭氧相应减少。目前。已经证实,在南极和北半球高纬度地区的晴好天气下,地面紫外辐射有了明显增力＊,这与两地上空臭氧含量下降密切相关。另据报道,我国科学家在青藏高原（地球第三级）上空屯发现了臭氧低值区。保护臭氧层、避免紫外辐射危害,这已成为世界各国的共识。紫外（UV）辐射位于太阳辐射光谱区100～400urn之间,其辐射能仅占太阳辐射能量总量的8％,臭氧主要吸引其…     

近年来的南极臭氧洞

据ＷＭＯ南极臭氧化报的报导。１９９６年的南极臭氧洞无论从出现时间，最大面积，最低臭氧值，还是从持续时间上来说都与前几年相似，基本上未创新的记录。臭氧洞生成的主要原因，与人类活动产生的里昂和溴化烃等含氯和溴化合物在合适的平流层低温条例上通过光化学反应破坏臭氧有关。     

极区大气臭氧总量变化特征及其对大气温度的影响

利用ＴＯＭＳ资料分析了南北极区大气臭氧总量的多年趋势变化,年际变化,季节变化及周期性变化特征。结果表明,近十余年来南北极区大气臭氧总量都是下降的,并且存在转折现象,但两者具有不同的多年变化特征和地理分布特征;南北极区的臭氧减少都是春季下降最快;南北极区存在不同的周期振荡现象,南极地区比北极地区表现出更强的周期振荡特征．     

南极臭氧洞与南极涡旋的变化——IAP模式的试验结果

通过对IAP9层全球大气环流模式试验结果的分析,讨论了1987年南极臭氧洞对平流层大气辐射加热率和温、压、风场的影响。结果表明,南半球高纬和极地平流层臭氧含量的耗损,使该地区辐射加热率明显减小,气温明显下降,等压面明显下降,南极涡旋明显加强,说明南极春季涡旋的强弱与该地区臭氧含量及其热状况有密切关系。     

北极平流层的臭氧

南极平流层下部在南半球的春季(9-10月)臭氧含量出现了显著的减少,这一现象(Ogone hole)——臭氧洞在1987年秋季引起了人们的特别关注.由于准两年振荡(QBO)等原因,1988年没有出现太明显     

南极长城站大气臭氧和NO2的观测研究

在中国第五次南极考察社长城站的科学研究活动中,开展了与南极臭氧洞有关的大气臭氧和NO_2柱含量的观测。观测采用地面吸收光谱的原理进行。从1988年12月到1989年2月的观测结果表明,长城站区臭氧柱含量平均值为341DU,与常年平均结果相当。NO_2的平均柱含量为2.16×10~(18)cm~(-2)。无论是臭氧或NO_2的柱含量都有明显的日变化。