全球臭氧总量是如何分布的？

“海洋与湿地”（OceanWetlands）编辑团队获悉，《关于臭氧层的二十个问答：2022年更新》（Twenty Questions and Answers About the Ozone Layer: 2022 Update）报告于2023年5月3日发布。小编现将问题3 “全球臭氧总量是如何分布的？”（How is total ozone distributed over the globe?）翻译发布，供读者了解与参考。

臭氧总量

地球上任何位置的臭氧总量，即该位置正上方大气中所有臭氧的总和。大部分臭氧存在于平流层臭氧层，一小部分（约5%至10%）分布在整个对流层。臭氧总量通常以多布森单位（DU）来计量。臭氧全球典型值在200至500 DU之间变化，全球平均丰度约为300 DU（见图Q3-1）。

总臭氧为300DU所需的臭氧分子将在地球表面形成一层厚度仅为3毫米的纯臭氧气体，如果这些分子能够被分离和压缩，这大约相当于一堆2枚普通硬币的高度。值得注意的是，只有3毫米厚的纯臭氧层可以保护地球表面的生命免受太阳发射的大部分有害紫外线辐射的影响。

全球分布

全球臭氧总量随纬度变化很大，在一年中的大部分时间里，中高纬度地区的臭氧总量最大（见图Q3-1）。

这种分布是平流层中大规模空气环流的结果，这种环流缓慢地将富含臭氧的空气从热带的高海拔地区输送到两极，那里太阳紫外线辐射产生的臭氧最多。臭氧在中高纬度地区积累，增加了臭氧层的垂直范围，同时也增加了臭氧总量。热带地区的臭氧总量在所有季节中通常是最小的。自20世纪80年代中期以来的一个例外，是南半球春季南极洲上空臭氧值较低的区域，这种现象被称为南极臭氧空洞（深蓝色，图Q3-1）。

季节性分布

臭氧总量也随季节变化，如图Q3-1所示，该图使用的是2021年获得的卫星观测臭氧两周平均值。3月和9月的图示分别代表北半球和南半球的早春和早秋季节。6月和12月的图示同样代表了夏初和冬季。在春季，臭氧总量在北半球向极地约45°N和南半球45°至60°S之间的纬度上达到最大值。这些春季最大值是臭氧在秋末和冬季从热带地区向高纬度地区输送增加的结果。这种向极地的臭氧输送在夏季和初秋期间要弱得多，在南半球总体上也要弱得多。

如图Q3-1所示，在北半球可以清楚地观察到这种自然的季节循环，北极臭氧总量在冬季增加，在春季明显达到最大值，从夏季到秋季逐渐减少。然而，在南极，观测到的臭氧总量在春季明显最小。最小值被称为“臭氧空洞”，这是由于春季臭氧被称为臭氧消耗物质的污染物广泛的化学消耗造成的。在20世纪70年代末，每年臭氧空洞出现之前，在南极春季发现的臭氧值比目前观测到的高得多。目前，全球和所有季节臭氧总量的最低值都出现在南极的早春时节（如图Q3-1所示）。春季过后，随着极地空气与含有大量臭氧的低纬度空气混合，这些低值从总臭氧图中消失。

在热带地区，臭氧总量随季节的变化比高纬度地区要小得多。这一特征之所以存在，是因为与高纬度地区相比，热带地区阳光和臭氧输送的季节性变化要小得多。

北半球中纬度地区的臭氧丰度高于南半球，在各自半球的所有四个季节都是如此。与北半球中纬度地区相比，北半球中纬度地区的臭氧层较薄是由以下几个因素造成的：在臭氧空洞形成之前，两个半球的大尺度环流存在差异；与北半球相比，北半球对流层臭氧的丰度更高，这是由人口更稠密的北半球污染更严重造成的。从20世纪80年代开始，南极臭氧空洞区臭氧耗竭空气的稀释进一步增加了半球臭氧总量的差异。半球臭氧总量的差异导致到达北半球表面的紫外线水平高于北半球。

自然变化

臭氧总量随纬度和经度变化很大（如图Q3-1的季节性图所示）。这些模式的产生有两个原因。首先，大气运动在具有高臭氧值和低臭氧值的平流层区域之间运输空气。对流层天气系统可以暂时改变一个地区臭氧层的垂直范围，从而改变臭氧总量。这些大气运动的规律性，在某些情况下与地理特征（海洋和山脉）有关，反过来又导致臭氧总量分布的循环模式。第二，臭氧的变化是化学生产和损失过程平衡变化的结果。这种平衡对到达大气各部分的太阳紫外线辐射量非常敏感。

对于化学和空气运动如何共同作用，导致在总臭氧中观测到的大尺度特征（如图Q3-1所示），人们对此已经有了很好的理解。一大群科学家利用卫星、机载和地面仪器对臭氧的变化进行了例行监测。对这些观测的持续分析为量化人类活动对臭氧消耗的贡献提供了重要的长期基础。

译者注：本文译自2023年5月3日发布的报告《关于臭氧层的二十个问答：2022年更新》（Twenty Questions and Answers About the Ozone Layer: 2022 Update）。