注：本文轉(zhuǎn)載自“含氟氣體與環(huán)境問題”公眾號。

次關(guān)于南極臭氧層嚴(yán)重?fù)p耗的報告出現(xiàn)在20世紀(jì)80年代中期。南極臭氧損耗是季節(jié)性的，主要發(fā)生在冬季末到春季初（8月-11月）。損耗峰出現(xiàn)在10月上旬，這時在一定的高度范圍內(nèi)臭氧層已經(jīng)被破壞，因而在一些地方減少臭氧總量達到2/3。這種嚴(yán)重的臭氧損耗在衛(wèi)星關(guān)于南極臭氧總量的測量圖上呈現(xiàn)出“臭氧層空洞”。在大部分年份，臭氧層空洞的值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了南極洲的面積。

南極臭氧層嚴(yán)重?fù)p耗，也就是臭氧層空洞，在1980s中期被報告。臭氧層耗損是由含氯氣體化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致的。20世紀(jì)后半段，平流層中含氯氣體大大增加。南極冬天和初春平流層中的條件促進了臭氧耗損的過程，原因有三：1）長時間的極低溫，能夠形成極地平流層云；2）極地平流層云能夠產(chǎn)生大量活性含氯氣體；3）平流層氣體的孤立性，使得化學(xué)破壞反應(yīng)有時間能夠進行。南極臭氧層耗損長期的變化和嚴(yán)重性可以通過衛(wèi)星觀測臭氧總量和臭氧層高度剖面圖看出。

                                                                                圖Q 11?1南極臭氧空洞

2013年9月14日南緯度臭氧總量在圖中顯示出。深藍(lán)色和紫色區(qū)域表明嚴(yán)重臭氧損耗或者在每年春季出現(xiàn)的臭氧層空洞。臭氧層空洞中出現(xiàn)的臭氧總量的值接近100DU，而正常南極春天臭氧總量的值約為350DU。臭氧空洞一般是通過地理區(qū)域來界定，臭氧總量地圖中220DU廓線包圍的區(qū)域。在春季末或夏季出，衛(wèi)星觀測圖中臭氧空洞消失，因為臭氧消耗氣體被取代而且與其他臭氧含量豐富的平流層氣體混合。值得說明的是南半球在冬季末臭氧總量值一般出現(xiàn)在環(huán)繞臭氧層空洞的新月形區(qū)域中。

南極臭氧層空洞 泛使用的南極臭氧層空洞的圖片來自于文星測量的臭氧總量。一副南極初春測量值顯示一大片以南極點為重的區(qū)域臭氧總量嚴(yán)重?fù)p耗（見圖Q11-1）。該區(qū)域被稱作臭氧層空洞因為低臭氧區(qū)域的廓線呈現(xiàn)出近似的原形。臭氧層空洞區(qū)域在這地判斷的標(biāo)準(zhǔn)是臭氧總量為220DU的廓線，平均發(fā)生在每年九月21-30。該區(qū)域在2006年達到值2700萬平方公里，相當(dāng)于兩個南極洲的面積。臭氧層空洞中臭氧總量的值在九月末和十月中接近110DU，與正常春季時的350DU比低大約2/3（見圖Q11-3和Q12-1）。臭氧層空洞中低臭氧總量與臭氧層空洞外高臭氧總量值的分布大大相反，該特征可以在圖Q11-1，在其中一個臭氧總量在400DU左右的新月形的區(qū)域在2013年9月包圍這一大部分的臭氧層空洞。

南極臭氧層的高度剖面圖 臭氧層空洞中低的臭氧總量是由底層平流層中臭氧層幾乎被去除引起的。氣載測量設(shè)備顯示出損耗發(fā)生在臭氧層，在該高度通常具有的臭氧濃度。在地理上具有臭氧總量的位置，氣載測量設(shè)備顯示化學(xué)破壞作用在一個高地區(qū)域以上幾千米就已經(jīng)完成。比如，在2006年9月南極點的臭氧剖面圖中，臭氧濃度在高地區(qū)域之上14-21千米已經(jīng)接近0。冬季溫和ClO濃度也發(fā)生在該區(qū)域（見圖Q8-3）。平均南極點臭氧剖面圖在1962-1971和1990-2013的不同顯示出含氯氣體對臭氧層造成多么嚴(yán)重的破壞。在1960s，正常的臭氧層在十月份的剖面圖中是很明顯的，大約在16千米的高度出現(xiàn)峰值。在1990-2003平均剖面圖中，最小值出現(xiàn)在16千米附近，臭氧總量與正常值相比降低了約90%。

圖Q 11?2南極臭氧空洞特征

南極臭氧空洞關(guān)鍵方面的長期變化已在圖中顯示：由220DU廓線包圍的區(qū)域和臭氧總量觀測值。這些數(shù)值來自衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)而且每年在臭氧損耗達到峰值時取平均。在上邊的圖表中包含陸地面積作為對照。自1980年以來，臭氧層損耗的程度逐漸加重。在過去二十年中，損耗可以穩(wěn)定達到同比的值，除了2002年出現(xiàn)不正常的低損耗現(xiàn)象。南極臭氧損耗的量級會隨著ODS物質(zhì)的去除而不斷下降（見圖Q16-1）。按照估算，到2050年之前南極臭氧總量都不能恢復(fù)到1980年的值。

長期臭氧總量變化 以臭氧層空洞為代表的春季臭氧層損耗僅僅在1980s早期之后才開水被觀察到，然而低溫和孤立條件在南極地區(qū)每年都會發(fā)生。在1980年以前，和平流層中強烈的臭氧傳輸相比，平流層中含氯氣體的量不足以造成明顯的損耗。衛(wèi)星觀測能夠通過多種途徑檢驗在過去30-40年之間南極臭氧損耗的變化。

，在圖Q11-2中臭氧層空洞面積顯示損耗從1980年一直在上升，然后在1990s，2000s保持穩(wěn)定，到了2010s早期，面積大約為平方公里。其中的例外是2002年較低的損耗現(xiàn)象，這將在本問題結(jié)尾的方框中給出解釋。這里臭氧層空洞的面積是臭氧總量圖中220DU廓線所包括的地理范圍的面積（見圖Q11-1）。

第二，圖Q11-2中顯示的南極臭氧量最小值表明損耗的嚴(yán)重性和臭氧層空洞面積從1980年左右開始增加。最小值一直穩(wěn)定在110DU附近，而且在1990s、2000s和2010s早期都被觀測到，除了2002年。

第三，南極臭氧總量圖和周圍區(qū)域顯示臭氧層空洞一直發(fā)展（見圖Q11-3）。十月份臭氧總量確認(rèn)了臭氧層空洞在1970s沒有出現(xiàn)，而早期2000s后期和2010s早期持續(xù)不斷的出現(xiàn)。

圖Q 11?3南極臭氧層空洞

南極臭氧總量的長期變化通過圖中衛(wèi)星觀測到的臭氧總量圖可以看出。每張圖都是十月份的平均值，此時南極臭氧損耗嚴(yán)重。在1970s，按照臭氧總量低于220DU的標(biāo)準(zhǔn)（深藍(lán)色和紫色），沒有發(fā)現(xiàn)臭氧層空洞。從1980s開始，臭氧層空洞開始出現(xiàn)并且范圍不斷增長。從1990s早期以來，較大的臭氧層空洞每年都會發(fā)生，見圖Q11-2。2000s晚期和2010s早期的臭氧總量圖顯示出臭氧層空洞的范圍（大約2500萬平方公里）。十月份在南半球高緯度地區(qū)臭氧總量的值仍然出現(xiàn)在臭氧空洞外部新月形區(qū)域中。圖中顯示這些值和范圍從1970s以來出現(xiàn)明顯的減弱。

第四，每年十月南緯63°以南的臭氧量均值展現(xiàn)了臭氧空洞及其周圍地區(qū)的臭氧總量的變化情況（參見圖Q12-1）。這一總量自臭氧空洞在20世紀(jì)70年代被發(fā)現(xiàn)以來一直顯著下降，目前大約比臭氧空洞初期（1970-1982）下降30%?？偭烤当壬衔奶岬降钠渌粞鯗y量值更加明顯地展示出了年變化的差異，因為總量均值包含了臭氧總量分布隨氣象條件變化的臭氧空洞外圍的區(qū)域。持續(xù)增加的同比變化在過去十年里顯而易見。Q11-3的地圖展示了臭氧空洞周邊地區(qū)每年的臭氧總量值是如何在過去的30年中逐漸減小的。這一結(jié)果也印證了圖Q12-1的描述。

圖Q 11?4異常的2002年南極臭氧空洞

上圖展示了2001，2002和2003年9月24日太空觀測的南極臭氧空洞情況。臭氧空洞在2001年和2003年的狀態(tài)與20世紀(jì)90年代以來的觀測結(jié)果相符。2002年9月24日之前，一個最初形成的單圓形空洞一分為二，變成兩個更小的損耗區(qū)域。這一異?，F(xiàn)象歸因于極地平流層的早期變暖，這種變暖是由起源于對流層的氣象擾動引起的。氣溫升高減小了臭氧損耗的程度。結(jié)果造成2002年的臭氧耗損程度小于2001年、2003年和20世紀(jì)90年代以來的情況（參見圖Q11-2）。

春季臭氧空洞的消失 嚴(yán)重的南極地區(qū)臭氧損耗發(fā)生在晚冬/初春的季節(jié)。在春季，極地平流層下部氣溫升高（參見圖Q10-1），阻止了極地平流層云的形成和ClO的生成，也因此阻止了的臭氧消耗化學(xué)循環(huán)的發(fā)生。極地渦流分解，結(jié)束了冬季高緯度地區(qū)的空氣隔離，并增加了南極地區(qū)同較低緯度地區(qū)的氣流交換。這使得大量富含臭氧的氣流被傳輸?shù)氐貐^(qū)，取代或混合了極地臭氧缺乏的空氣。中緯度地區(qū)的氣流同時含有更高濃度的氮氧化物（NO_x），這些氮氧化物可以將參與反應(yīng)的含氯氣體（ClO）固定為儲氯氣體ClONO₂（參見Q6）。作為這些大規(guī)模傳輸和混合過程的結(jié)果，臭氧空洞在12月份消失。