地球臭氧層正在恢復(fù)，但溫室氣體的增加讓大氣循環(huán)陷入一場拔河比賽

消耗地球保護(hù)臭氧層的化學(xué)物質(zhì)也引發(fā)了南半球大氣環(huán)流的變化。現(xiàn)在，《自然》雜志的一項(xiàng)新研究發(fā)現(xiàn)，由于《蒙特利爾議定書》的簽署，這些變化已經(jīng)停止，甚至可能逆轉(zhuǎn)?！睹商乩麪栕h定書》是一項(xiàng)國際條約，成功地淘汰了消耗臭氧層的化學(xué)物質(zhì)。

 

“這項(xiàng)研究進(jìn)一步證明了《蒙特利爾議定書》的深遠(yuǎn)有效性。這不僅刺激了臭氧層的恢復(fù)，這也是最近南半球空氣循環(huán)模式變化的驅(qū)動因素。”第一作者安塔拉Banerjee說，她是博爾德的科羅拉多大學(xué)的CIRES訪問學(xué)者，在國家海洋和大氣管理局(NOAA) 化學(xué)科學(xué)部工作。她是作為哥倫比亞大學(xué)博士后開始這項(xiàng)工作的。

 

1985年發(fā)現(xiàn)的臭氧層空洞，每年春天都會在南極洲上空的大氣層中形成。臭氧損耗使空氣變冷，加強(qiáng)了極地渦旋的風(fēng)力，并影響到地球大氣最低層的風(fēng)。最終，臭氧損耗使中緯度急流和熱帶邊緣的干燥地區(qū)向南極移動。

 

先前的研究已經(jīng)將這些環(huán)流趨勢與南半球的天氣變化，特別是南美洲、東非和澳大利亞的降雨量，以及洋流和鹽度的變化聯(lián)系起來。

 

1987年的《蒙特利爾議定書》逐步停止生產(chǎn)破壞臭氧層的物質(zhì)，如氯氟碳化合物(CFCs)。從2000年左右開始，這些化學(xué)物質(zhì)在平流層的濃度開始下降，臭氧層空洞開始恢復(fù)。在這項(xiàng)研究中，Banerjee和她的合著者已經(jīng)表明，在2000年左右，南半球的環(huán)流也停止了向兩極擴(kuò)張——這是對早期趨勢的停頓或輕微逆轉(zhuǎn)。

 

Banerjee說:“這項(xiàng)研究的挑戰(zhàn)在于證明我們的假設(shè)，即臭氧恢復(fù)實(shí)際上推動了這些大氣環(huán)流的變化，而這并非巧合。”

 

為證明這一點(diǎn)，研究人員使用一個(gè)兩步統(tǒng)計(jì)技術(shù)檢測和歸因：檢測是否特定模式的觀察風(fēng)的變化不太可能僅僅是由于自然演變，如果是這樣，是否變化可以歸因于人為因素，如消耗臭氧層的化學(xué)物質(zhì)和二氧化碳的排放。

 

利用計(jì)算機(jī)模擬，研究人員首先確定觀測到的環(huán)流趨勢停頓不能單獨(dú)用風(fēng)的自然變化來解釋。接下來，他們分別分離了臭氧和溫室氣體的影響。

 

他們表明，盡管二氧化碳排放量的不斷增加使近地表循環(huán)（包括急流）繼續(xù)向兩極擴(kuò)展，但只有臭氧的變化才能解釋循環(huán)趨勢的停頓。 在2000年之前，臭氧消耗和二氧化碳水平上升都推動了近地表環(huán)流的發(fā)展。 自2000年以來，二氧化碳繼續(xù)推動這一循環(huán)向極地移動，平衡了臭氧恢復(fù)的相反效果。

 

加拿大環(huán)境與氣候變化局的科學(xué)家、該論文的合著者之一John Fyfe說:“在真實(shí)世界的觀測中，確認(rèn)臭氧驅(qū)動的循環(huán)趨勢的停頓，首次證實(shí)了科學(xué)界長期以來從理論上所預(yù)測的情況。”

 

隨著臭氧開始恢復(fù)，二氧化碳水平繼續(xù)攀升，未來就不那么確定了，包括那些受急流影響的南半球地區(qū)和那些處于干旱地區(qū)邊緣的地區(qū)。

 

“我們將此稱為‘暫停’，因?yàn)檠h(huán)趨勢向極地移動可能會恢復(fù)、持平或逆轉(zhuǎn)。” Banerjee說，“臭氧恢復(fù)和溫室氣體增加的對立影響將決定未來的趨勢，這是一場拔河比賽。”