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Q4 臭氧在是怎樣分布的?

2025年03月06日 09:14:12      來源:華納創(chuàng)新(北京)科技有限公司 >> 進入該公司展臺      閱讀量:15

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注:本文轉(zhuǎn)載自“含氟氣體與環(huán)境問題”公眾號。


地球上臭氧的分布隨著位置及時間跨度(從日到季節(jié))而變化。這種變化由平流層空氣的大規(guī)模運動、臭氧的化學(xué)生成和破壞所引起。臭氧總量一般在赤道,在極地。


臭氧總量 地球上任何地方的臭氧總量是指該位置正上方大氣中臭氧的總和。絕大多數(shù)臭氧分布在平流層,只有小部分(約10%)分布在整個對流層(見Q1)。臭氧總量值通常以多布森單位,表示為“DU”。臭氧總量的變化區(qū)間為200~500 DU(見圖Q4-1)??偝粞趿?/span>500 DU的臭氧分子會在地球表面形成一個厚度為5mm0.2英寸)的純凈臭氧氣層(見Q1)。


分布 臭氧總量在隨著緯度差異變化很大,值出現(xiàn)在中高緯度(見圖Q4-1)。這是平流層空氣大尺度環(huán)流的結(jié)果。平流層慢慢輸送來自熱帶地區(qū)的臭氧,在這里太陽紫外線輻射導(dǎo)致的臭氧生成量,向兩極逐漸遞減。臭氧在中高緯度積累,臭氧層厚度(或者垂直范圍)增加,同時臭氧總量也增加。與此相反,熱帶地區(qū)(除南極臭氧空洞外)所有季節(jié)的臭氧總量值是的,因為那里的臭氧層厚度是最小的。


季節(jié)分布 臭氧總量也隨季節(jié)變化,如圖Q4-1展示的是2009年衛(wèi)星觀測的兩周的臭氧平均值。三月和九月的曲線代表了北半球和南半球的春季和秋季早期的臭氧總量。六月和十二月的曲線同樣也代表了夏季和冬季早期的臭氧總量。臭氧總量在高緯度地區(qū)的春季出現(xiàn)值,因為晚秋和冬季臭氧從赤道源區(qū)域向極地的傳輸加強。臭氧傳輸在夏季和早秋期間較弱,在南半球更弱。臭氧季節(jié)變化的一個重要特征是夏天極地平流層日光持續(xù)時天然的光化學(xué)破壞將導(dǎo)致臭氧總量逐漸減少到早秋時的低值。


這種自然的季節(jié)性循環(huán)在北半球可以清楚地觀測到,如圖Q4-1所示,北極的臭氧總量在冬季增加,明顯春季出現(xiàn)值,從夏季到秋季減少。然而在南極,臭氧總量明顯在春季出現(xiàn)值,這是“臭氧空洞”造成的?!俺粞蹩斩础笔谴杭境粞鯎p耗物質(zhì)對臭氧大范圍化學(xué)破壞的結(jié)果(見Q6Q11)。在二十世紀七十年代臭氧空洞每年出現(xiàn)之前,南極地區(qū)春季臭氧值相對較高(見Q11)。如今,臭氧總量的值每年都出現(xiàn)在南極的冬末和春季,如圖Q4-1所示。春季過后,由于極地空氣與含有更高臭氧值的來自低緯度的空氣混合,這些低值從臭氧總量地圖中消失。


在熱帶地區(qū),臭氧總量隨季節(jié)變化的幅度較極地地區(qū)小,這是由于光照和臭氧傳輸?shù)募竟?jié)變化在熱帶地區(qū)較在極地地區(qū)小。


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                                                                                                     圖Q 4?1 臭氧總量


臭氧總量指的是該位置正上方大氣中臭氧分子的總和。臭氧總量隨著緯度、經(jīng)度、季節(jié)而變化,值出現(xiàn)在高緯度地區(qū),值出現(xiàn)在熱帶地區(qū)。這種變以2009年衛(wèi)星監(jiān)測的2周臭氧總量平均值圖表示。臭氧總量在熱帶地區(qū)(北緯20°~南緯20°)變化較小,在熱帶地區(qū)外的日變化和季節(jié)變化都很強烈,這是由于臭氧含量高的空氣從熱帶地區(qū)傳輸并積累在高緯度地區(qū)。20099月,南極上空臭氧總量低值導(dǎo)致了“臭氧空洞”。自從二十世紀八十年代以來,冬末春初的臭氧空洞代表了所有季節(jié)和緯度臭氧總量的值(見Q11)。


自然變化 臭氧總量隨著經(jīng)度和緯度劇烈變化,如圖Q4-1所示的季節(jié)變化曲線。這種變化的時間尺度小到日變化,大到周變化,歸結(jié)原因有兩點。,自然的空氣運動以及對流層不同區(qū)域間高臭氧值的空氣和低臭氧值的空氣混合。對流層天氣系統(tǒng)可以暫時改變某個區(qū)域臭氧層的厚度,并因此改變臭氧總量??諝膺\動的地理變化又反過來導(dǎo)致臭氧總量分布的變化。第二,臭氧變化也是伴隨著空氣運動的化學(xué)生成和損耗過程不斷平衡的結(jié)果。比如,這種平衡會對區(qū)域光照強度十分敏感。


關(guān)于化學(xué)作用和空氣運動如何協(xié)同作用導(dǎo)致我們觀測到的臭氧總量大尺度變化(如Q4-1所示),目前已經(jīng)研究人員已經(jīng)有了深入理解。許多研究者利用衛(wèi)星、空中和地面儀器對臭氧變化進行常規(guī)監(jiān)測。不間斷地對這些監(jiān)測結(jié)果進行分析,為定量人類活動對臭氧損耗的貢獻提供了重要基礎(chǔ)。


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