臭氧層空洞修復(fù)了嗎？
年初，被忽視已久的臭氧層空洞再次進入公眾視野。只是，不同于以往的“恐怖號角”，這次似乎是個利好消息——1月9日，一個由聯(lián)合國支持的專家組在美國氣象學(xué)會第103次年會上發(fā)布報告稱，自2000年以來，南極上空臭氧層空洞的面積和深度一直在逐步改善。
臭氧是氧氣的特殊形式（同素異形體），雖然在大氣層中所占的比例很小，但它的存在對于人類的生存至關(guān)重要。它的垂直分布和絕大多數(shù)氣體或物質(zhì)不同，90％分布在平流層、10％分布在對流層。所謂臭氧層空洞修復(fù)，主要是指平流層中的臭氧層，與近年來逐漸熱門的近地面臭氧污染并非一回事兒。
1985年5月，英國科學(xué)家法爾曼（Farmen）等人根據(jù)觀測事實在《自然》雜志上刊文，揭示了南極臭氧洞的存在。多年以來，圍繞臭氧層空洞的各種擔(dān)憂、絕望、籌謀乃至陰謀論層出不窮，當(dāng)然人類社會也付諸了行動。那么，上述利好消息是否意味著我們的勝利或行動已見效了？
歡欣之前，我們有必要用科學(xué)的量尺去衡量每一次來之不易的進展——要搞清楚臭氧層“修復(fù)”的含義，涉及位置、空洞深度和面積，以及延續(xù)時間4個評價指標。
一方面，平流層上層和南極臭氧的含量正在恢復(fù)中，但平流層下部的臭氧并沒有顯示出恢復(fù)的跡象。模型模擬結(jié)果預(yù)測了兩個半球中緯度平流層下部臭氧層存在小規(guī)模恢復(fù)，但是在實際觀測中沒有看到。
另一方面，臭氧空洞的大小、強度和壽命存在顯著的年際變化，需要長期觀察，而不是一發(fā)現(xiàn)臭氧洞減小就可以定義為修復(fù)。不過整體來看，目前南極臭氧總柱（TCO）在繼續(xù)恢復(fù)。預(yù)計南極臭氧總柱將在2066年左右恢復(fù)到1980年的狀態(tài)，北極將在2045年左右恢復(fù)到1980年的狀態(tài)，而全球（北緯60°到南緯60°）平均水平將在2040年左右恢復(fù)到1980年的狀態(tài)。
2018年11月發(fā)布的《臭氧損耗科學(xué)評估2018》報告稱，直到2100年全球臭氧層也無法完全恢復(fù)到未受人類影響的狀態(tài)。因此，目前認為臭氧層空洞全面修復(fù)還為時尚早。但這并不意味著關(guān)于臭氧洞修復(fù)的信息是無意義的。至少這則信息帶來了一些新的啟發(fā)，對生物圈、科學(xué)界和政策制定領(lǐng)域意義很重大。臭氧層空洞持續(xù)修復(fù)，就可以避免紫外線對生物圈的危害。同時，它驗證了全世界遵守蒙特利爾議定書、共同致力于臭氧層恢復(fù)行動的有效性和巨大成就。這是科學(xué)正作用于政策制定以及跨國界共同應(yīng)對氣候變化挑戰(zhàn)的非常典型的榜樣。
地球本身，巋然自在，或許并不在意臭氧層空洞大還是小。但是對于人類來說，繼續(xù)走下去可以帶來更多希望。
氣象部門如何助力臭氧層修復(fù)？
臭氧層修復(fù)對于保護人類健康、地球生態(tài)環(huán)境乃至減緩氣候變化都具有重大意義，它的實現(xiàn)主要得益于國際協(xié)定對臭氧損耗物質(zhì)排放使用的管制。1987年9月16日，國際社會簽署《關(guān)于消耗臭氧層物質(zhì)的蒙特利爾議定書》（以下簡稱“蒙特利爾議定書”），在全球范圍內(nèi)停止生產(chǎn)、銷售和使用破壞臭氧最嚴重的5種氟利昂和3種哈龍類臭氧損耗物質(zhì)（ODS），并得到聯(lián)合國所有197個成員國和地區(qū)的支持。隨后，化學(xué)家發(fā)明了新的替代物質(zhì)，極大地推動了破壞臭氧層化學(xué)品的淘汰。不過新的替代物，如氫氟碳化物（HFCs）會引發(fā)很強的溫室效應(yīng)。因此，聯(lián)合國于2016年10月通過了《基加利修正案》，要求減少HFCs 的使用。
1991年，中國政府正式加入蒙特利爾議定書，同年成立中國國家保護臭氧層領(lǐng)導(dǎo)小組，積極推動我國ODS的替代。作為發(fā)展中國家，中國已于2010年前完成第一代ODS的淘汰工作，目前正在逐步淘汰氫氯氟碳化物（HCFC），并于2021年6月17日接受《基加利修正案》。
臭氧層的恢復(fù)涉及大氣中很多復(fù)雜的物理、化學(xué)和動力學(xué)過程，監(jiān)測、評估ODS在大氣中的濃度和排放變化，對于了解掌握臭氧層修復(fù)的實際情況有著直接的作用，也是相關(guān)政策制定的科學(xué)基礎(chǔ)。我國氣象部門在科技支撐ODS排放監(jiān)測評估工作方面發(fā)揮了重要作用。
中國氣象局是我國首先建立ODS觀測服務(wù)業(yè)務(wù)體系且對接國際最高標準實驗室的部門。2006年，中國氣象局在北京上甸子國家大氣本底監(jiān)測站建立了亞洲區(qū)域首套ODS在線觀測系統(tǒng)，2010年該觀測系統(tǒng)升級后可同時觀測ODS及其替代物HFCs。在很長一段時間里，這是我國唯一一套ODS和含氟溫室氣體長期在線觀測系統(tǒng)。隨后，中國氣象局又陸續(xù)在瓦里關(guān)、龍鳳山、臨安、香格里拉、金沙、阿克達拉、新豐等大氣本底站開展不低于每周一次頻率的采樣觀測，采樣樣品在氣象探測中心國家級實驗室進行30余種ODS物質(zhì)的高精度分析。目前中國氣象局已形成“1＋1＋8”（1個國家級實驗室、1個在線觀測站和8個離線采樣觀測站）的ODS觀測網(wǎng)絡(luò)布局體系。這些在線觀測和離線采樣業(yè)務(wù)均建立了完整規(guī)范的觀測和標校體系，對接全球最先進ODS觀測網(wǎng)AGAGE（改進的全球大氣實驗網(wǎng)）的標準溯源體系和質(zhì)量控制流程。
中國氣象局的ODS觀測數(shù)據(jù)在國際上一直得到高度認可，相關(guān)研究成果被世界氣象組織在多期《臭氧損耗科學(xué)評估報告》中引用達30余次，有力支撐了中國的蒙特利爾議定書履約和臭氧層修復(fù)行動。中國氣象局專家也一直是蒙特利爾議定書履約專家組成員。
在科技支撐、政策引導(dǎo)和國際社會的共同努力下，臭氧層恢復(fù)工作取得巨大成績，90％以上的ODS生產(chǎn)和使用被淘汰，有效扼制了人類活動對臭氧層的破壞。拯救臭氧層的國際行動也被視為全球合作治理環(huán)境問題的典范。
臭氧層未來如何發(fā)展？
自從國際社會締結(jié)《關(guān)于消耗臭氧層物質(zhì)的蒙特利爾議定書》（以下簡稱“蒙特利爾議定書”）、共同開展保護臭氧層的全球行動以來，在各締約方和國際社會的共同努力下，人類成功淘汰了超過99％的臭氧損耗物質(zhì)，實現(xiàn)了巨大的環(huán)境和健康效益。
“經(jīng)過持續(xù)不懈努力，平流層臭氧空洞修復(fù)工作取得了一定成效，但要說臭氧洞恢復(fù)還為時尚早，這注定是一個緩慢的、長達幾十年甚至上百年的過程。” 中國氣象局氣象探測中心大氣成分室副主任靳軍莉表示，2022年10月5日，南極臭氧層空洞面積依然有2600萬平方千米，還處于面積龐大的時期。
為何臭氧層恢復(fù)之路如此漫長？靳軍莉表示，影響臭氧層恢復(fù)的因素很多。一方面，雖然目前臭氧損耗物質(zhì)已經(jīng)明顯減排，但這些物質(zhì)生命周期很長，可以長久停留在平流層，且它們對臭氧消耗的效率很高；另一方面，隨著航空事業(yè)的發(fā)展，空間飛行器越來越多，其排放的含氮物質(zhì)進入平流層，會導(dǎo)致臭氧濃度下降；此外，大規(guī)模火山爆發(fā)也會減緩臭氧層的恢復(fù)速度，因為其釋放的硫酸鹽氣溶膠粒子足以到達平流層，對臭氧層造成破壞性影響。此外，太陽活動、低溫（極地平流層云）、大氣動力等多種因素也會產(chǎn)生影響。
我們必須看到，全球臭氧層的恢復(fù)速度并不均衡，兩極地區(qū)還需要等待更長時間。例如，極地低溫是破壞臭氧層的因素之一，以南極為例，冬季沒有熱能或熱能很弱，在－80℃的極端低溫下，南極大陸上空會形成極地平流層云，氯原子在云晶體表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，加上可見光和紫外光的推波助瀾，分解出破壞臭氧的游離態(tài)氯原子，從而使該區(qū)域臭氧遭受大幅破壞。同理，含溴化合物也會在低溫的催化下破壞臭氧層。因此，極區(qū)的臭氧層空洞恢復(fù)需要更長時間。
目前模擬結(jié)果顯示，北極和南極的臭氧層分別要到2045年和2066年才能恢復(fù)到1980年的水平。特別是南極臭氧層發(fā)生損耗的時間更早，要恢復(fù)到臭氧層空洞出現(xiàn)之前（1960年代）的水平起碼要到2100年之后。靳軍莉說：“對于臭氧層恢復(fù)工作，我們已經(jīng)看到了曙光和希望，但其過程注定是非常漫長的。”
臭氧層恢復(fù)的未來將何去何從？靳軍莉表示，如果能延續(xù)目前比較好的國際合作和禁排臭氧層消耗物質(zhì)的局面，臭氧層空洞修復(fù)會得以不斷推進。但是，阻礙臭氧洞修復(fù)的因素也依然存在，比如蒙特利爾議定書的履約挑戰(zhàn)、民用火箭和新超音速商用飛機排放增加、野火或火山爆發(fā)、太陽活動增強等等。目前，人類尚未完全掌握臭氧變化的機制。面對這一難題，惟有堅持和強化全人類保護臭氧層的意識和行動，這場保護地球生命體系的斗爭才能贏得最終勝利。