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臭氧空洞与北极变暖之间的意外联系

【时间】2020-03-12【来源】Space daily

日前,联合国环境规划署臭氧行动处发布专家研究报告,指出消耗臭氧层物质与气候变化有着密切联系。主要内容如下:

最早关于人为气候变化将如何影响我们星球的预测之一表明,北极地区的变暖程度将是全球平均水平的大约两到三倍。四十年后,人们将亲眼目睹这种“北极放大”现象。

 

破记录的北极变暖和海冰的急剧减少,正在给该地区敏感的生态系统带来严重后果。

但是为什么北极比热带和中纬度地区更暖和呢?

我们现在知道,这种情况一部分归因于非常强效的温室气体—消耗臭氧层物质,如全氟氯烃(CFCs)。

 

一种神奇的气体?

臭氧层是平流层中的保护层,大约在地球上方20-50公里处,吸收来自太阳有害的紫外线辐射。消耗臭氧层物质是强效的温室气体,但它们对臭氧层的破坏性更为人们所熟知。

这些化学物质发明于20世纪20年代,被吹捧为“神奇气体”,作为制冷剂、清洗剂和推进剂用于冰箱、空调和包装材料。直到20世纪80年代,科学家在南极洲上空的臭氧层发现一个洞,他们才意识到这些化学物质臭氧消耗特性的严重性。

1987年,197个国家同意批准《蒙特利尔议定书》,逐步淘汰消耗臭氧层物质。这项具有历史意义的国际协定的成功实施使CFCs的排放量几乎减少为零;然而,由于CFCs在大气中已经存在了几十年,臭氧空洞的恢复速度较慢。

由于消耗臭氧层物质对臭氧层的影响,研究这些化学物质及其对气候影响的气候学家一直关注臭氧层消耗的后果。由于消耗臭氧层物质本身在大气中的浓度很小,因此通常认为其对气候影响较小,且很大程度上未经深入探究。

 

气候模型试验

研究人员对消耗臭氧层物质在20世纪末(1995年至2005年)对全球变暖的影响很感兴趣。选择这个时间段,是因为在这段时间内可以捕捉到大气中消耗臭氧物质浓度急剧上升。自本世纪初以来,浓度一直在下降。

气候学家解决这类问题的一种方法是使用针对地球的计算机模型来理解不同现象(如火山爆发)和温室气体(如甲烷)对气温、海洋环流模式、降雨量等的影响。

为了探讨消耗臭氧层物质对20世纪末气候变暖的贡献,研究人员对1955年至2005年间的情况使用了气候模型。其中一个模拟包含了所有不同的历史气候变化驱动因素——那些使气候变暖的因素,如二氧化碳、甲烷、一氧化二氮和消耗臭氧层物质,以及那些使气候变冷的因素,如火山颗粒物。第二个模拟包含了除消耗臭氧层物质以外的所有历史气候变化驱动因素。

这是第一次将消耗臭氧层物质的作用分离出来。通常,研究不同气候驱动因素作用的气候模型试验把温室气体归结在一起。

比较两个模型的模拟结果显示,当模拟中不包括消耗臭氧层物质时,全球变暖程度减少了三分之一,北极变暖程度减少了一半。

 

北极放大效应

尽管消耗臭氧层物质的大气浓度很小,但为什么却具有如此大的影响?首先,这些化学物质是非常强效的温室气体,这是早就知道的事实。其次,在20世纪末,由于大气中颗粒物的冷却作用部分抵消了二氧化碳造成的变暖效应,使得CFCs和其他消耗臭氧层物质对气候变暖起到了实质性的作用。

最后,当谈到北极放大效应时,我们知道这一现象是由气候系统内的反馈作用引起的,这些反馈起到了加剧气候变暖的作用,这正是研究人员在模型模拟中发现的。在没有消耗臭氧层物质的模拟中,气候反馈比包含消耗臭氧层物质模拟出来的结果要弱,导致北极的放大效应较小。

未来研究的目的是了解为何大气反馈有差异,同时,研究人员的工作也清楚地表明了消耗臭氧层物质对北极气候的重大影响。

30年前,那些签署《蒙特利尔议定书》的国家并没有考虑过气候变化。然而,目前的研究强调,这项协议在减缓未来气候变暖方面发挥重要作用,因为消耗臭氧物质的浓度随时间的推移会下降。

也就是说,如果未来几十年不大幅减少二氧化碳排放,通过《蒙特利尔议定书》取得的成果很快将不堪重负。所以,需要采取进一步行动保护北极和我们的星球。

 

 

(信息来源: Space daily作者:Karen Smith,多伦多大学)