2024年3月，由於動態天氣模式和臭氧消耗物質的減少，北極臭氧達到了前所未有的水平，超過了過去的任何記錄。科學家將這一歷史新高歸因於大氣的自然變化和限制有害氣體排放的國際協議的長期影響。 臭氧的增加導致紫外線輻射水平降低，有利於生態系統健康和人類福祉。

北極臭氧濃度創歷史新高

2024 年3 月，北極臭氧濃度達到歷史峰值，月平均值創下歷史最高紀錄。 整個冬季大尺度天氣模式造成的嚴重大氣擾動推動並維持了北極平流層中比衛星記錄中任何其他時間都要多的臭氧。

由美國國家航空暨太空總署（NASA）和利茲大學（University of Leeds）科學家組成的研究小組在2024年9月發表在Geophysical Research Letters雜誌上的一篇論文中報告了他們的發現。 作者寫道：”鑑於自20 世紀70 年代以來北極一直沒有出現高臭氧，””2024 年3 月的最高紀錄應被視為未來北極臭氧層的積極預兆”。

在2023 年12 月至2024 年3 月期間，一系列行星尺度的波在大氣層中向上傳播，減緩了環繞北極的平流層噴流。 當發生這種情況時，來自中緯度地區的空氣向極地匯聚，將臭氧送入北極平流層。 美國國家航空暨太空總署戈達德太空飛行中心地球科學首席科學家、研究的第一作者保羅紐曼說，除了臭氧流入之外，氯等物質造成的典型臭氧消耗也非常少。 “他說：”這是北半球一個非常活躍的冬季。

臭氧增加的正面影響

更多的平流層臭氧對地球上的生命有正面意義。 平流層臭氧層是天然的防曬霜，可以吸收有害的紫外線（UV）輻射。 作者計算出，從2024年4月到7月，紫外線指數在北極地區會降低6%到7%，在北半球中緯度地區會降低2%到6%。 較少的紫外線輻射意味著對植物DNA的損害較小，人類和動物患白內障、皮膚癌和免疫系統受抑制的風險較低。

2024 年3 月的活動與2020 年3 月形成鮮明對比，當時平流層臭氧濃度達到極低水準。 在沒有高層大氣波浪事件幹擾的情況下，穩定的環極風阻止了其他緯度的臭氧補充到北極平流層。 穩定的極地漩渦也創造了比平均溫度更低的條件，有利於臭氧消耗反應的發生。

北極臭氧水平的變化

上圖顯示了2020 年3 月（左）和2024 年3 月（右）北極上空的臭氧濃度，說明那裡可能有很大的變化。 這些月平均值是由美國太空總署臭氧觀測團隊根據美國太空總署-國家大氣總署Suomi-NPP 衛星上的OMPS（臭氧繪圖剖面儀套件）所獲得的數據計算得出的。

紐曼說，南極上空每年都會形成臭氧洞，而北極上空的臭氧濃度則不同，它受對流層和平流層天氣”年復一年的變化無常”的影響。

1979-2024年北極上空的平流層臭氧

2024 年全年臭氧創歷史新高

2023 年12 月底至2024 年3 月初的強氣浪事件導致臭氧濃度上升，如上圖所示。 臭氧濃度通常在3 月達到峰值，隨後一直遠高於平均值。 5月、6月、7月和8月的月平均臭氧濃度也創下了新紀錄。紐曼說：”這確實是一個非同尋常的北方夏季。”

至於是什麼原因導致了不尋常的平流層天氣，作者們研究了多種因素，但沒有找到明確的答案。 例如，氣候變遷的影響就很難量化。紐曼說：”這裡可能有氣候因素，但並不明顯。關於厄爾尼諾現象和準雙年震動等更大的大氣模式，有可能，但影響相對較小。”

長期趨勢和未來預測

平流層天氣是北極臭氧濃度的主要決定因素，除此之外，作者認為長期趨勢也可能使臭氧濃度達到歷史新高。 自從《蒙特利爾議定書》於1987 年逐步淘汰消耗臭氧層的氯氟化碳（CFCs）和哈龍的生產以來，臭氧水平一直在緩慢恢復。 因此，2024 年3 月的高水準在作者的預期之內：戈達德化學-氣候模型GEOSCCM顯示，到2025 年創下歷史新高的幾率為1/8，預計未來還會創下更多記錄。 不過，他們指出，由於氯氟化碳在大氣中會持續存在數十年，預計北極臭氧平均值要到2045 年左右才能恢復到1980 年的水準。

平流層中溫室氣體濃度升高也會加速臭氧的恢復。 “這項紀錄很可能是臭氧消耗物質減少和溫室氣體增加的結果。 否則，這將只是創紀錄的一年，而不是創紀錄的一年，」紐曼說。 “我稱今年為未來的預兆”。

編譯自/ ScitechDaily