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臭氧是一种微量气体,在大气中占的比例不到1%,它是大气的重要组成成份。但是它也是一种重要的污染气体,特别是对流层臭氧,其浓度增加直接危害生态环境。对流层臭氧既是热辐射吸收能力很强的气体,又是化学活性极强的强氧化剂。对流层臭氧浓度增加:一方面导致温室效应增加,直接影响气候;另一方面,改变大气化学过程,间接地影响气候。然而臭氧总量的减少,臭氧层的保护作用减弱,增大了到达地面的紫外辐射,有害生物的健康。据估算,如果大气中臭氧总量减少1%,地表紫外辐射强度将增加2%。臭氧对太阳紫外辐射的吸收是平流层的主要热源,对大气环流和地球气候的形成起着重要作用。
1974年,Mario J.Molina等的研究结果表明,释放到大气层中的CFC将扩散到高层大气中并分解而释放出氯原子,灾难性地破坏大气中的臭氧。几十年来,由于人类活动的影响,在平流层臭氧减小的同时,对流层臭氧却有持续增加的趋势。就全球而言,臭氧总量量仍在迅速减少。
1985年,Farman等研究发现,在1979~1984年间,南极地区在10月份的臭氧总量减少了40%。美国宇航局最新观测结果显示,2006年南极臭氧损耗严重。南极臭氧空洞平均面积为2745万平方公里。面积和厚度都创下了历史纪录。2000年1~3月期间,北极上空臭氧层耗损曾经达到60%,是历史上该地区臭氧层耗损的最高水平。根据联合国环境总署的报告,在北极上空也出现了臭氧洞,并且正在逐年扩大。辐射到北半球的有害紫外线与10年前相比上升了5%。自从发现南极臭氧洞以来,世界很多科学家对臭氧的分布、变化趋势和变化规律等问题进行了大量的研究。
我国政府和科学家也积极响应全球的臭氧研究工作。早于1989年就加入了《保护臭氧层维也纳公约》,并于1991年签署了蒙特利尔议定书的伦敦修正案。1993年1月批准实施《中国消耗臭氧层的物质逐步淘汰国家方案》,有效的控制了消耗臭氧层物质生产和消费的增长势头。为全球保护臭氧层做出了重要贡献。我国科学家发现全国臭氧总量在不断减少,青藏高原出现臭氧低谷,1979年至1991年间臭氧总量平均年递减率达0.35%。臭氧减少导致近地面紫外辐射的增加,这将对人类的生存、气候环境、生态环境等产生重要影响。因而,臭氧总量和紫外线研究已经受科学家的普遍关注。臭氧层的问题已被国际社会公认为与酸雨、温室效应并列的全球性环境问题之一。
本文利用OM和SCIAMACHY臭氧总量产品,分析我国2002年以来臭氧总量的时空动态过程,研究发现我国臭氧总量仍在继续减少,减少量与全球相当;臭氧总量的分布呈现明显的纬度地带性,即是臭氧总量的增大随纬度的增大而增大;我国臭氧总量分布区域差异明显,东北地区臭氧总量最大,而西南地区最小。就减少量而言,青藏高原区减少的百分比最大;臭氧总量季节变化明显,春季臭氧总量最大,秋季最小。同时结合二氧化氮柱浓度和紫外辐射红斑剂量数据,研究它们之间的相互关系。分析结果表明,臭氧总量和二氧化氮柱浓度空间分布存在一定的关系。二氧化氮柱浓度大的地区,臭氧总量比较大,但在这些地区内,臭氧总量和二氧化氮柱浓度相关性较低,且随着二氧化氮柱浓度的变化而变化;不同的季节臭氧总量和二氧化氮柱浓度空间分布的关系表现出不同的模式,春季、夏季和秋季都呈现一种模式,在低二氧化氮柱浓度区,臭氧总量和二氧化氮柱浓度呈现反相关,然后随着二氧化氮柱浓度的增大,臭氧总量和二氧化氮柱浓度呈现正相关;而冬季与其它三个季节完全不同的模式,每个地区的臭氧总量和二氧化氮柱浓度呈现反相关。
研究结果表明,臭氧总量和紫外辐射随着时间的变化呈周期性变化。它们的变化呈正弦曲线模式。臭氧总量的周期为357.3天,而紫外辐射的周期为364.8天,周期相差7.5天;紫外辐射的周期性变化和臭氧总量相位差为111.5天。总的来说,臭氧总量和紫外辐射呈反相关;不同自然地理分区臭氧总量和紫外辐射相关系数各不相同,一是臭氧总量较小的地区,臭氧总量与紫外辐射呈正相关;二是臭氧总量较大的地区,臭氧总量与紫外辐射反相关。然而青藏高原区比较特别,在青藏高原上臭氧总量很低,对应着高的紫外紫射,但是它们之间没有明显相关性。臭氧总量和紫外辐射的相关性存在明显的季节差异。分析发现,臭氧总量和紫外辐射之间的相关系数在不同季节表现出不同的模式,春季和秋季模式相似,夏季和冬季不同模式,而且夏季和冬季的相关系数的模式相反,即夏季臭氧总量和紫外辐射呈反相关,冬季反之。
最后,分析了2006年厄尔尼诺事件和我臭氧总量异常的关系。结果表明,2006年8月份形成的厄尔尼诺事件对我国臭氧总量的增加有很大的影响。