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2024年3月，由于动态天气模式和臭氧消耗物质的减少，北极臭氧达到了前所未有的水平，超过了过去的任何记录。科学家将这一历史新高归因于大气的自然变化和限制有害气体排放的国际协议的长期影响。 臭氧的增加导致紫外线辐射水平降低，有利于生态系统健康和人类福祉。
北极臭氧浓度创历史新高
2024 年 3 月，北极臭氧浓度达到历史峰值，月平均值创下历史最高纪录。 整个冬季大尺度天气模式造成的严重大气扰动推动并维持了北极平流层中比卫星记录中任何其他时间都要多的臭氧。
由美国国家航空航天局（NASA）和利兹大学（University of Leeds）科学家组成的研究小组在2024年9月发表在Geophysical Research Letters杂志上的一篇论文中报告了他们的发现。 作者写道："鉴于自 20 世纪 70 年代以来北极一直没有出现高臭氧，""2024 年 3 月的最高纪录应被视为未来北极臭氧层的积极预兆"。
在 2023 年 12 月至 2024 年 3 月期间，一系列行星尺度的波在大气层中向上传播，减缓了环绕北极的平流层喷流。 当发生这种情况时，来自中纬度地区的空气向极地汇聚，将臭氧送入北极平流层。 美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心地球科学首席科学家、该研究的第一作者保罗-纽曼说，除了臭氧流入之外，氯等物质造成的典型臭氧消耗也非常少。"他说："这是北半球一个非常活跃的冬季。
臭氧增加的积极影响
更多的平流层臭氧对地球上的生命具有积极意义。 平流层臭氧层是天然的防晒霜，可以吸收有害的紫外线（UV）辐射。 作者计算出，从2024年4月到7月，紫外线指数在北极地区会降低6%到7%，在北半球中纬度地区会降低2%到6%。 较少的紫外线辐射意味着对植物DNA的损害较小，人类和动物患白内障、皮肤癌和免疫系统受抑制的风险较低。
2024 年 3 月的活动与 2020 年 3 月形成鲜明对比，当时平流层臭氧浓度达到极低水平。 在没有高层大气波浪事件干扰的情况下，稳定的环极风阻止了其他纬度的臭氧补充到北极平流层。 稳定的极地漩涡也创造了比平均温度更低的条件，有利于臭氧消耗反应的发生。
北极臭氧水平的变化
上图显示了 2020 年 3 月（左）和 2024 年 3 月（右）北极上空的臭氧浓度，说明那里可能存在很大的变化。 这些月平均值是由美国宇航局臭氧观测团队根据美国宇航局-国家大气局 Suomi-NPP 卫星上的 OMPS（臭氧绘图剖面仪套件）获取的数据计算得出的。
纽曼说，南极上空每年都会形成臭氧洞，而北极上空的臭氧浓度则不同，它受对流层和平流层天气"年复一年的变化无常"的影响。
1979-2024年北极上空的平流层臭氧
2024 年全年臭氧创历史新高
2023 年 12 月底至 2024 年 3 月初的强气浪事件导致臭氧浓度上升，如上图所示。 臭氧浓度通常在 3 月份达到峰值，随后一直远高于平均水平。 5月、6月、7月和8月的月平均臭氧浓度也创下了新纪录。纽曼说："这确实是一个非同寻常的北方夏季。"
至于是什么原因导致了不寻常的平流层天气，作者们研究了多种因素，但没有找到明确的答案。 例如，气候变化的影响就很难量化。纽曼说："这里可能有气候因素，但并不明显。 关于厄尔尼诺现象和准双年震动等更大的大气模式，有可能，但影响相对较小。"
长期趋势和未来预测
平流层天气是北极臭氧浓度的主要决定因素，除此以外，作者认为长期趋势也可能使臭氧浓度达到历史新高。 自从《蒙特利尔议定书》于 1987 年逐步淘汰消耗臭氧层的氯氟化碳（CFCs）和哈龙的生产以来，臭氧水平一直在缓慢恢复。 因此，2024 年 3 月的高水平在作者的预期之内：戈达德化学-气候模型GEOSCCM显示，到 2025 年创下历史新高的几率为 1/8，预计未来还会创下更多记录。 不过，他们指出，由于氯氟化碳在大气中会持续存在几十年，预计北极臭氧平均值要到 2045 年左右才能恢复到 1980 年的水平。
平流层中温室气体浓度升高也会加速臭氧的恢复。"这一记录很可能是臭氧消耗物质减少和温室气体增加的结果。 否则，这将只是创纪录的一年，而不是创纪录的一年，"纽曼说。"我称今年为未来的预兆"。
编译自/ScitechDaily
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