近期,中國科學院大氣物理所(簡稱“大氣所”)蘇杭研究員課題組發(fā)表題為《Smoke-charged vortex doubles hemispheric aerosol in the middle stratosphere and buffers ozone depletion》的論文,通過先進的數(shù)值模擬和衛(wèi)星觀測揭示了野火影響平流層臭氧損耗的新機制。
臭氧層是保護地球上的生命免受有害紫外線(UV)輻射的重要屏障。得益于1987年簽訂的《蒙特利爾議定書》,地球大氣臭氧層正在逐步恢復。這項具有里程碑意義的國際條約成功地淘汰了多種臭氧層消耗物質(zhì)在全球范圍內(nèi)的生產(chǎn)。在過去的幾十年里,臭氧層出現(xiàn)了明顯的愈合跡象,這是全球合作和環(huán)保政策實施效果的見證。
然而,臭氧層的穩(wěn)定性現(xiàn)在正面臨著一個意想不到的新挑戰(zhàn)。在2019/20 年度澳大利亞野火期間,研究人員觀察到平流層氣溶膠急劇增加。以往系列研究已經(jīng)表明,這些微小顆粒會影響氣候、健康和大氣化學。那么,這些進入平流層的氣溶膠又會對臭氧層產(chǎn)生怎樣的影響呢?
基于先進的數(shù)值模擬和衛(wèi)星觀測技術,蘇杭課題組發(fā)現(xiàn)了野火影響臭氧層的新機制——即煙霧充能渦旋的重要影響:野火煙羽中存在的吸光性氣溶膠(例如黑碳)可以引發(fā)并維持充能渦旋。這些旋渦的空間尺度可達數(shù)千公里,并持續(xù)幾個月。這種強大的漩渦可以將野火的煙羽輸送到平流層,高度可達35公里。這一過程導致南半球中平流層的氣溶膠負荷至少增加了一倍。氣溶膠一旦到達此高度,就會引發(fā)一系列影響臭氧濃度的非均相化學反應。雖然非均相反應在低平流層導致臭氧損失嚴重,但其在中平流層會導致臭氧增加。在野火事件發(fā)生后的幾個月里,這種復雜的相互作用能夠在南半球中緯度地區(qū)緩沖約40%(最多70%)的低平流層臭氧損耗。
本研究為探索未來野火和其它氣候驅(qū)動事件影響平流層化學和臭氧層開辟了新思路和新途徑。本研究也說明,氣候變化加劇對原本脆弱的臭氧層構(gòu)成了額外的威脅。伴隨全球變暖,野火的頻率和強度都在增加,可能使得充能渦旋的形成及其對平流層的影響變得更加頻繁。
大氣環(huán)境與極端氣象重點實驗室蘇杭研究員和德國馬克斯普朗克化學所程雅芳教授為論文共同通訊作者,來自大氣所,德國馬普化學所,美國國家大氣研究中心,暨南大學和美國Scripps海洋研究所多家單位的專家學者參與了該項研究。研究得到了中國科學院戰(zhàn)略性先導專項,中國科學院院長國際獎學金項目(PIFI)和國家重大科技基礎設施“地球系統(tǒng)數(shù)值模擬裝置”(EarthLab)和馬普學會的支持。
圖1.(A)野火煙羽的上升驅(qū)動機制與充能渦旋的作用;(B)野火煙羽上升過程中氣溶膠濃度的演變。
原文地址:
Chaoqun Ma, Hang Su?, Jos Lelieveld, William Randel, Pengfei Yu, Meinrat O. Andreae and Yafang Cheng?, Smoke-charged vortex doubles hemispheric aerosol in the middle stratosphere and buffers ozone depletion. Sci. Adv.10, eadn3657(2024). DOI:10.1126/sciadv.adn3657