許多人都知道南極洲上空的臭氧層空洞，但不太為人所知的是，北極上空平流層中的保護性臭氧也會定期被破壞，使那裡的臭氧層變薄。這最後一次發生在2020年的春天，在那之前，是在2011年的春天。

氣候科學家們看到，每次北極上空的臭氧層變薄後，整個北半球的天氣都會出現異常。在整個中歐和北歐、俄羅斯，尤其是在西伯利亞，春季異常溫暖乾燥。然而，在其他地區，如極地地區，濕潤的條件普遍存在。這些天氣異常現像在2020年特別明顯。瑞士的那個春天也是異常的溫暖和乾燥。

在氣候研究中，平流層臭氧破壞和觀察到的天氣異常之間是否存在因果關係是一個爭論的問題。平流層中的極地漩渦也發揮了作用，它在冬季形成，在春季消退。迄今為止，對該現象進行調查的研究人員得出了相互矛盾的結果和不同的結論。

現在新的發現讓情況變得清晰起來，這要歸功於博士生Marina Friedel和瑞士國家科學基金會Ambizione研究員Gabriel Chiodo。兩人都是蘇黎世聯邦理工學院大氣化學教授Thomas Peter 領導的研究小組的成員，並且正在與普林斯頓大學和其他機構合作。

為了發現一個可能的因果關係，科學家們進行了模擬，將臭氧消耗納入兩個不同的氣候模型。大多數氣候模型只考慮物理因素，不考慮平流層臭氧水平的波動，部分原因是這將需要更多的計算能力。

然而，新的計算結果表明：2011年和2020年在北半球觀察到的天氣異常的原因主要是北極上空的臭氧耗損。科學家們用兩個模型進行的模擬在很大程度上與這兩年的觀測數據相吻合，以及其他八個用於比較的此類事件。但是當科學家們在模型中“關閉”臭氧破壞時，他們無法重現這些結果。

“從科學的角度來看，最讓我們吃驚的是，儘管我們用於模擬的模型完全不同，但它們產生了相似的結果，”共同作者、大氣和氣候科學研究所的SNSF Ambizione研究員Gabriel Chiodo說。

機制解釋

根據研究人員的新理解，這一現象始於平流層中的臭氧消耗。要使那裡的臭氧被分解，北極的溫度必須非常低。Friedel指出：“只有當天氣足夠冷，並且平流層中的極地渦旋很強時，臭氧才會被破壞，大約離地面30到50公里。”

正常情況下，臭氧會吸收太陽發出的紫外線輻射，從而使平流層變暖，並有助於在春季分解極地漩渦。但是，如果臭氧少了，平流層就會變冷，旋渦就會變強。Chiodo說：“一個強大的極地漩渦然後產生在地球表面觀察到的效果。因此，臭氧在北極周圍的溫度和環流變化中發揮著重要作用。”

長期預測可能更準確

新發現可以幫助氣候研究人員在未來做出更準確的季節性天氣和氣候預測。這可以更好地預測熱量和溫度變化，“這對農業很重要，”Chiodo說。

Friedel補充說：“觀察和模擬臭氧層的未來演變將很有趣。”這是因為臭氧消耗仍在繼續，儘管氯氟烴（CFCs）等消耗臭氧的物質自1989年以來已被禁止。CFCs的壽命非常長，在大氣中徘徊50至100年；它們導致臭氧破壞的潛力在退出流通後仍持續幾十年。她說：“然而，CFCs的濃度正在穩步下降，這提出了一個問題：臭氧層恢復的速度有多快，這將如何影響氣候系統。”