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臭氧层耗减的发现与现状
2004-08-30
   
 
  20世纪70年代以来,从世界各地地面观察站对大气臭氧总量的观测记录发现,全球臭氧总量 有逐渐减少的趋势,并推断臭氧的减少主要在臭氧层。

  一些环境科学家认为,某些人类活动所散发的物质进入臭氧层后,参与了消耗臭氧的化学反 应,破坏了臭氧层的自然动态平衡,因此出现了臭氧层耗减的迹象。

  1974年,美国加利福尼亚大学教授罗兰和莫利纳首先提出,世界上正在大量生产和使用的CF Cs,化学性能稳定,不易在对流层内分解,而扩散进入到臭氧层。进入臭氧层的CFCs受到 短波紫外线UV-C的照射分解成CI纷杂苫斡肓硕猿粞醯南摹S纱巳嗣堑贸鲈雌苹党  氧层的元凶是CFCs。同年在美国化学学会的年会上,报告了臭氧层减耗对人类健康和生存环境 的危害性,使美国社会为之哗然。

  1985年,英国南极考察队队长法曼报告,他们从1977年起就发现南极上空的臭氧总量在每年 9月下旬开始,迅速地减少到一半左右,形成一个“臭氧空洞”,持续到11月方才逐渐恢复 。这一报道引起世界性的震惊,要求保护臭氧层的呼声十分高涨。

  通过对卫星资料和地面观测的数据进行分析,得到了臭氧总量的变化趋势,详见表1-1-2 。

  表1-1-2  臭氧总量的变化趋势(%10年)

季 节 卫星资料:1979~1991 地面观测:26N~64N
45S 赤道 45N 1979~1991 1970~1991
12~3月 -5.21.5 +0.34.5 -5.63.5 -4.70.9 -2.70.7
4~8月 -6.23.0 +0.15.2 -2.92.1 -3.31.2 -1.30.4
9~11月 -6.43.2 +0.35.0 -1.71.9 -1.21.6 -1.20.6

  从表1-1-2可以看出,北半球上空的臭氧从冬季到春季有大量减少的趋势,而这种变化趋势 在20世纪80年代更加明显。在赤道附近未出现明显减少趋势。在南半球中纬度则全年都有明 显减少趋势。

  不同地区臭氧总量的变化如图1-1-5所示。

图1-1-5

  该图清楚表明20世纪80年代与60、70年代相比,臭氧减少速度之间的差异。虽然臭氧减少趋 势强弱与地区有关,但是仍然可以发现20世纪80年代与过去相比,臭氧减少速度明显加快 。

  南极是一个非常寒冷的地区,终年被冰雪覆盖,四面环绕着海洋。从20世纪80年代中期开始 出现关于南极上空臭氧层浓度在春季(10月份)期间明显下降的报道起,进一步的测量表明,在过去10 ~15年间,每到春天南极上空的平流层臭氧都会发生急剧的大规模耗损。极地上空的臭氧层 中心地带,近95%的臭氧被破坏。从地面向上观测,高空的臭氧层已极其稀薄,与周围相比 好像是形成了一个“洞”,直径达上千公里,“臭氧空洞”就是因此而得名的,南极臭氧空 洞示意图见图1-1-6。卫星观测表明,臭氧空洞的覆盖面积有时甚至比美国的国土面积还要大。

图1-1-6

  臭氧空洞被定义为臭氧的柱浓度小于200D.U.,也即臭氧的浓度较臭氧空洞发生前减少超过30 %的区域。臭氧空洞可以用一个三维的结构来描述,即臭氧空洞的面积、深度以及延续的时 间。1987年10月,南极上空的臭氧浓度降到了1957~1978年间的一半,臭氧空洞面积则扩大 到足以覆盖整个欧洲大陆。从那以后,臭氧浓度下降的速度还在加快,有时甚至减少到只剩 30%;臭 氧空洞的面积也在不断的扩大,1994年10月17日观测到的臭氧空洞曾一度蔓延到了南美洲最 南端的上空。

  近几年,臭氧空洞的深度和面积等仍在继续扩展,1995年观测到的臭氧空洞发生期间是77天 , 到1996年南极平流层的臭氧几乎全部被破坏,臭氧空洞发生期间增加到80天。1997年至今, 观测到的臭氧空洞发生的时间也在提前,连续两年南极臭氧空洞从每年的冬初即开始,1998 年臭氧空洞的持续时间超过了100天,是南极臭氧空洞发现以来的最长记录,而且臭氧空洞 的面积比1997年增大约15%,几乎可以相当于3个澳大利亚。这一切迹象表明,南极臭氧空洞 的耗减状况仍在恶化之中。

  进一步的研究和观测还发现,臭氧层耗减不只发生在南极,在北极上空和其它中纬度地区也 都出现了不同程度的臭氧层耗减现象。实际上,尽管没有在北极发现类似南极空洞的臭氧损 失,但科

  学研究发现,北极地区在1~2月的时间,16~20km高度的臭氧损耗约为正常浓度的 10%,北纬60啊 70岸确段У某粞踔ǘ鹊钠苹翟嘉 5%~8%。因此,与南极的臭氧破坏相 比,北极的臭氧损耗程度要轻得多,而且持续时间相对较短。不过,近几年臭氧在北半球和 北极也有急剧减少的现象。

  欧洲航天局1999年11月30日测得西欧北部上空的臭氧含量出现超低现象。在英国、比利时、 荷兰和斯堪和纳维亚半岛上空的臭氧含量几乎降到与南极上空的臭氧含量同样低的水平,只 相当于该地区往年同期臭氧含量的2/3。

  由美国、欧盟、日本等多个国家和地区的科学家进行的一项联合研究表明,在2000年冬季里,北极上空臭氧含量急剧减少。据“第三次欧洲臭 氧同温层试验”发表的新闻公报说,2000年1~3月间,北极上空18km处的臭氧同温层里,臭 氧含量累计减少了60%以上,这是近10年同一区域臭氧损失最严重的一次,在距地面20km的 上空,臭氧损失相对要轻一些。在3月份的头两周,北极上空臭氧平均含量比20世纪80年代 的监测结果低16%。北极上空臭氧减少将影响到整个欧洲上空的臭氧含量。2000年3月,希腊 萨洛尼卡大学发表报告说,欧洲上空的平均臭氧含量比1976年以前的水平低15%。

  1998年日本北海道上空的臭氧量在过去10年间减少了3.3%。

  为了探明臭氧减少的原因,正确评价臭氧减少所带来的影响,了解臭氧等浓度面的高度分布 和变化是十分重要的。在高度40km左右和高度15~20km的范围内臭氧明显减少,因为15~25 km高度范围内臭氧浓度最高,所以即使与其它高度范围呈现相同的减少率,对臭氧总量减少 的影响也是非常大的。

  我国在北京和昆明建立了两个观察站,也对大气臭氧总量进行了观测。从1979~1989年10年 间的观测结果可以看出,上述两个站上空的臭氧总量都出现下降趋势。北京站的纬度更高, 下降趋势更为明显,见图1-1-7。我国在青藏高原存在一个臭氧低值中心。中心出现于每 年6月,臭氧总浓度的年递减率达0.345%,这在北半球是非常异常的现象。我国上空臭氧总 量减少情况见图1-1-3。

图1-1-7

  表1-1-3  我国上空臭氧总量减少情况图

  预测今后几十年内,大气中臭氧总量还将继续减少。即使采取措施,自2000年起完全停止使用CFCs和哈龙,大气臭氧总量也要到100年以后,即2100年才能恢复到1985年的水平。臭氧 层的这种现状已经引起了各国政府和人民的普遍担忧。

     
 
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