臭氧减少和气候变化的互相作用-环境保护
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臭氧减少和气候变化的互相作用


自从1998年以来的检测,使人类越来越认识到了气候的变化(全球变暖)与臭氧减少之间的联系和反馈的重要性。

地面变暖和臭氧的减少是全球变化的两个不同的方面。前者是由于辐射活性气体(它们吸收过多的红外辐射)特别是二氧化碳,引起表面的升温。后者主要由于释放了催化破坏臭氧的气体,特别是氯化物和溴化物,像CFCs和哈龙在平流层的光解。图1-6表明了一些联系。许多过程的详细的目录已经超出了这篇文章的范围,并且它们在其他的地方被讨论,但是有很少的例子来表明这些工作的复杂性。

全球变暖对于UV辐射的影响是两方面的。一方面全球变暖影响了臭氧的总量。另一方面气候变化通过影响其他的变量像云,气溶胶和雪来影响UV。

 

化学的相互作用:

臭氧像CFCs和它们的替代品一样是一个微弱的温室气体。其他的气体包括臭氧破坏气体都具有温室气体的活性。这包括水蒸汽,甲烷和氧化亚氮,它们的浓度正在增加,并且将最终导致平流层光解臭氧的气体的增加。一些模型预言这将可能延迟臭氧层的恢复,甚至会在这个世纪增加臭氧层的破坏。在平流层检测到的二氧化氮的增加比地面的氧化亚氮的增加要快,而后者被认为是前者的主要的源。另一个化学反馈是地面的全球变暖会导致对流层温度的降低。这将会降低在中纬度地区的破坏臭氧的反应,可能会有助于臭氧的恢复。然而,在高纬度地区臭氧的破坏会由于在地表的冰和酸组成的晶体中的多相化学反应而变得更快,而后者只能在温度低于一定的阈值才可能发生。一些模型预测这种反馈会使极地的臭氧的恢复推迟10年或更长的时间。然而,最近的研究表明了会有短期的推迟。

辐射的相互作用:

这也有许多的辐射反馈过程。温度的升高可以导致云量,降水方式,冰川覆盖,表面反照率和海洋循环的变化。更进一步,由于平流层臭氧的减少而导致的辐射的变化会影响全球的变暖的趋势。因此,将来的臭氧的恢复会增加全球变暖。由于臭氧改变而引起的UV-B的辐射并不是重要的。因为UV-B只占吸收太阳能的很少一部分。然而,UV-B辐射的变化影响了对流层的光化学反应。一个模型预测了在将来全球对流层羟基自由基的减少,这会影响温室气体的寿命。一个关于近几十年的云的长期变化的卫星研究,表明了在高纬度地区的升高,而在热带地区的降低。大气的模型目前并不能产生这样的结果,这也降低了我们对于用模型来预测未来变化的信心。太阳辐射改变和将来可能的火山爆发都可能影响全球变暖和臭氧的减少。

动力学相互作用:

其它的一些反馈包括大气的动力学。一个数值气候模型预测在恢复的方式上个经度会有不同,北欧会有更大的臭氧减少。由于臭氧减少和全球变暖的动力学相互反应会协同产生比预期更高的表面温度和更严重的平流层臭氧层破坏。另一方面全权变暖而导致的动力学变化会加快CFCs的去除,因此可以使臭氧恢复提前5-10年。

生物圈的反馈:

另一个反馈包括生物圈。例如,UV的增加会降低海洋浮游植物的生产力。这会产生两个反馈作用。第一,这降低了海洋作为大气碳汇的能力(产生的酸会落入海平面)。第二,这会影响DMS的产量,它使细胞核的成分的重要的源。反过来,这影响了云滴的尺寸,进而云的反射能力,因此影响了地球的反光率。

关于反馈的讨论:

自从1998年以来,臭氧的减少与全球变暖的相互作用一直是一个活跃的研究领域。在那时,只有一些研究强调了相互作用会使极地的臭氧恢复延迟10年或更长。然而,接下来,使用复杂模型的研究表明了只有短暂的延迟,并且最近的一些模型得出的结论表明极地的臭氧在近十年内就会开始恢复。对于中纬度地区臭氧恢复又不同的观点。一些模型预测臭氧恢复会被延迟,并且会由于水蒸气的增加和温室气体的增加而被阻止,特别使在即将到来的世纪里。然而,这些数据是前半个世纪的,温室气体的增加将会导致平流层的温度的降低,而这会导致在极地外的其他地区破坏臭氧的化学反应速率降低。温度的改变会引起大气循环的变化。这种变化会有助于长寿命的CFCs从对流层迁移到平流层,进而引起光化学的破坏作用的增加,这又抵消了对于臭氧恢复的贡献。极地臭氧的变化也会引起对流层循环方式的改变,这会影响地表的温度。

这些相互作用是复杂的,我们对于这个过程并没有完全理解。目前的臭氧减少主要是由于平流层氯化物和溴化物,而在长期内(100年)气候变化通过大气动力和化学的改变则成为主要的。结果对于未来温室气体的变化仍然很敏感。加拿大环境部门已经详细的介绍了这些因素之间的联系(文件可以从一下网址得到://pda.msc.ec.gc.ca/saib/ozone/docs/ozone_depletion_e.pdf

太阳辐射变化的影响:

太阳的辐射并不是一成不变的,在过去的11年太阳活动周期中,UV-C的辐射久发生了很大的变化。UV-C并不能到达地表面,但是它的改变却导致了臭氧变化了3%。知觉的计算,当太阳辐射强度最大时,而达到地面的UV-B却是最小的。然而,有许多其它的气候因素也影响太阳辐射的变化(如云),但是,太阳辐射影响表面的UV的强度还没有被实验证实。太阳辐射的变化是在一个大的时间尺度上。例如,在17世纪,太阳处于不活跃的时期(很少的黑斑),这可能导致了那个时期的UV-B辐射的显著增加。

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