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太阳风如何影响地球：臭氧洞“元凶”是太阳风（修改稿）

已有 848 次阅读 2023-10-20 14:05 |个人分类:全球变化|系统分类:论文交流

太阳风如何影响地球：臭氧洞“元凶”是太阳风

杨学祥

相关英文报道

1999年6月17日新华社中国对外新闻：中国一科学家认为臭氧洞“元凶”是太阳风。

1999年6月20日新华社发外文稿：Scientist Attributes "Ozone Hole" to Solar Wind。

1999年6月20日法新社转发新华社稿：Sun to blame for ozone ,not people: scientists。

相关英文论文

Geophysical and Chemical Evidence in the Depletion of Ozone - ...

PDF文档 - 13页

we attributes ”Ozone Hole” to the sun.The new point of ozonehole has large influence over the world.It is shownthat the research of ozone hole is developing fromchemical reaction ...

道客巴巴 - www.doc88.com/p...- 2016-9-9

https://www.doc88.com/p-4847668473321.html

Sun to blame for ozone ,not people:scientists

相关中文报道

1999年6月18日澳门日报，A8版 头条：臭氧洞“元凶”是太阳风。

1999年6月18日华侨日报（澳门）：中国一科学家认为臭氧洞“元凶”是太阳风。

1999年6月20日新加坡联合早报：中国科学家认为臭氧洞“元凶”是太阳风

1999年6与30日中国科学时报2版头条：我国科学家提出新观点：臭氧洞“元凶”是太阳风。

1999年7月24日中国市场经济报，科技周刊，第五版，真凶是太阳风？很可能！咋全赖氟利昂？有名堂！

1999年7月18日长春晚报第1版，臭氧空洞成因新说引起关注。

1999年7月11日，长春日报第三版，臭氧空洞“元凶”是太阳风。

地球历史上出现最大臭氧洞是火山爆发造成

(2007-06-06 08:28:53)

转发者按：网上搜索的意外收获，我10年前的观点还有人记得，谢谢了！

据《中国日报》报道英国研究人员日前表示，地球历史上出现的最大臭氧洞并非人类所为，而是2.51亿年前的一次火山爆发所“创造”的。

【英国专家：火山制造史上最大臭氧洞】

这个臭氧洞环绕在地球赤道周围，向北最远延伸至葡萄牙中部，向南最远延伸至阿根廷南部。它是因为西伯利亚的火山喷发形成的，这些喷发导致当时地球上出现规模最大的生物灭绝惨剧，加速了无数动植物种群走向灭亡。

根据科学家的计算，刺穿这个臭氧洞的紫外线强烈程度最高可达穿过人类使用氟利昂和其它化学物质制造的臭氧洞的紫外线的6倍。这些曾在二叠纪－三叠纪时代破坏臭氧层的化学物质，一旦停止“入侵”大气层，遭破坏的臭氧层大约需要10年时间才能得以恢复。与它相比，人类不过是向大气中排放的破坏臭氧层的化学物质的“作恶时间”更长一些。

由英国谢菲尔德大学大卫·毕尔林教授领导的研究小组在《皇家学会哲学汇刊》上刊登了他们的发现。

【我国教授：南极臭氧洞罪魁祸首是太阳风】

无独有偶，1999年我国吉林大学地球探测科学与技术学院杨学祥教授就指出，造成南极上空臭氧空洞的“罪魁祸首”是太阳风，而不是通常所认为人类使用的氟利昂。这一观点发表在今年5月份出版的《科学美国人》杂志中文版上。杨教授在论文中指出，有3个因素结合起来使南极臭氧层出现空洞：太阳风的压力使地球南极上空大气层变薄；处于开裂期的地球南半球由于火山爆发释放出大量有害气体破坏臭氧层；太阳高能粒子进入地球大气层后消耗了两极臭氧。

http://www.cnhubei.com/200705/ca1355014.htm

本文引用地址：http://www.sciencenet.cn/blog/user_content.aspx?id=257627

万方数据首页 > 学术期刊 > 科技文萃 > 1999年8期 > 我国科学家杨学祥提出新观点:臭氧空洞"元凶"是太阳风

我国科学家杨学祥提出新观点:臭氧空洞"元凶"是太阳风

太阳风是一种高能粒子流,穿越地球磁层后,沿磁力线集中到南北两极,并与臭氧结合成水,进而破坏极地臭氧层.

作者：周长庆高景泰

作者单位：

刊名：科技文萃

英文刊名： DIGEST OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

年，卷(期)： 1999 (8)

分类号：

关键词：

机标分类号： X13 P42

机标关键词：科学家臭氧空洞地球磁层太阳风粒子流合成水磁力线臭氧层

基金项目：

http://d.wanfangdata.com.cn/Periodical_kjwc199908034.aspx

我国科学家杨学祥提出新观点：臭氧空洞“元凶”是太阳风

太阳风是一种高能粒子流，穿越地球磁层后，沿磁力线集中到南北两极，并与臭氧结合成水，进而破坏极地臭氧层。

本报长春6月29日电（新华社记者周长庆、本报记者高景泰）长春科技大学教授杨学祥最近撰文指出，造成南极上空臭氧空洞的“罪魁祸首”是太阳风，而不是通常所认为的氟利昂。

杨学祥一直从数学模式的视角进行地球科学理论研究，迄今已出版一本专著，发表论文50多篇。目前他正在从事获得“国家自然科学基金”资助的有关地球演化和气候变化的研究。上述观点是在他与同事合著的论文《太阳风、地球磁层与臭氧空洞》中提出的，并发表在今年第5期《科学美国人》杂志中文版上。最近，这一新观点经新华社向世界播发后，在国际上产生强烈反响，一些华文报纸纷纷采用，世界四大通讯社之一的法新社，几乎全文转发了新华社英文稿。

1985年，英国科学家首次报道南极上空出现巨大臭氧空洞，后来人们发现这个臭氧空洞早已产生，并一直在稳定、逐步地扩大。大多数科学家认为，这是30年代以来人类大量使用氟利昂造成的，其释放出的氯离子破坏臭氧分子，从而使臭氧浓度急剧减少。

杨学祥认为，人类使用氟利昂是南极臭氧空洞形成的主要原因。这一观点依据不足。他说，事实上，北半球的大陆面积和人口占全球的大部分，人为产生的氟利昂也集中在北半球。如果是氟利昂的原因，则臭氧空洞应该出现在北极而非南极才能解释得通。

他在论文中指出，有三个因素结合起来使南极臭氧层出现空洞：太阳风的压力使地球南极上空大气层变薄；处于开裂期的地球南半球由于火山爆发释放出大量有害气体破坏臭氧层；太阳高能粒子进入地球大气层后消耗了两极臭氧。其中，太阳风是地球臭氧空洞的“元凶”。太阳风是一种形象他说法，其实它不是流动的空气，而是一种高能粒子流。当彗星向太阳靠近时，太阳风及光压、太阳电磁辐射将彗星的彗发物质吹走，形成一条背光的彗尾。同彗星一样，包括地球在内的行星在趋近太阳时，也会产生大气的背光运动并丢失一部分质量。行星大气的演化为此提供了可靠证据，如离太阳最近的水星大气极为稀薄，离太阳较近的类地行星原始大气早已消失殆尽。而离太阳较远的类木行星都有浓厚的大气，成份以原始大气氢和氦为主。

杨教授说，由于受地磁层的保护，太阳高能粒子中每年仅有一小部分穿越地球磁层，并沿着磁力线集中到南北两极。由于高能粒子中以氢元素为主，到达两极后容易和臭氧结合成水，所以它首先破坏的是两极的臭氧。根据计算，进入南极的太阳粒子比进入北极的多6.6%。还有资料表明，近百年来，地磁偶极矩减少了5%，造成对地球的保护能力下降，使南极上空臭氧空洞逐年扩大。太阳高能粒子进入大气层每年消耗掉地球臭氧含量的10％，但由于地球上生物的作用，使一部分二氧化碳变成氧，使消耗的部分得到弥补。

地球公转轨道近日点在冬至前后时，南极圈更多地处于太阳光照射下。在太阳风的作用下，南极的大气产生背光北移运动，因此大气层变薄，大气质量（包含臭氧）大量散失到太空中。

根据杨学祥的研究，地球南半球是个逐渐开裂的半球（北半球则是压缩半球），因地壳的开裂喷发出大量包括卤素在内的地下气体，更直接地消耗了南半球的臭氧含量。地球产生的卤素比人类制造的氟利昂多得多，我国天山火山6千年前的一次喷发释放出相当于人类170多年制造的氟利昂的总量。他强调说：“这并不是说，人类就可以肆无忌惮地制造和使用氟利昂。事实上，人类减少使用氟利昂，更好地保护环境，会对臭氧层保护起到积极影响。”

为什么北极上空没有形成臭氧空洞？杨教授解释说，在夏至时，太阳光直射北回归线，从而产生北半球上空大气的背光南移，此时地球远离太阳而进入远日点，所以北极大气背光南移规模变得更小，不足以产生臭氧空洞。

他指出，“臭氧空洞是个动态的、在两极之间进行漂移的自然过程。”由于地球围绕太阳旋转的轨道是一个椭圆，其近日点和远日点相互变化周期为2.1万年。所以臭氧空洞有一半时间即1.05万年在南半球，另一半时间在北半球。根据天文资料计算，地球公转轨道近日点到公元l1500年将与夏至重合。杨教授说：“南极臭氧空洞正在向北方移动，1万年后臭氧空洞将出现在北极。这一重大环境变迁应该引起全世界的注意。”

《科学时报》1999-6-30 第二版

http://www.envir.gov.cn/info/np/file.asp?file=996-30-80.txt

太阳风暴与臭氧层“约会”引发科学争议

(2000.06.09 14.20.45)

地球上空的臭氧层，这个正在逐渐变瘦的飞天“少女”，在今年夏天被太阳风暴多次热烈地“拥抱”。但她又陷入困惑，不知道太阳风暴的热“吻”对她而言究竟是福是祸。这几天，太阳风暴给臭氧层带来的影响引起科学家的关注，不过两种截然不同的观点使这个问题成为一桩新的科学悬案。

一种看法认为，太阳风暴有利于臭氧层的恢复；另一种意见则认为，太阳风是导致南极臭氧空洞的“元凶”。提出这两种观点的都是我国从事相关研究的科学家，他们都持之有故、言之成理。

中国科学院大气物理所的专家认为太阳风暴对大气臭氧具有补充作用。该所的研究员邹捍说，在赤道地区平流层的高层，太阳辐射把氧原子从氧分子中激活出来，和另外的氧分子结合成臭氧，这是臭氧的产生过程。由于太阳风暴带来更多的紫外线辐射，这样产生的臭氧就会增多。臭氧的产生主要是紫外线光合作用的结果。从理论上讲，紫外线辐射越强，臭氧也会越多。而根据最近十几年的统计数据分析，太阳活动高峰年份臭氧浓度有所增加。

大气层中的臭氧被称为地球生物的“保护伞”，它能抵御来自太阳的有害辐射。

对于地球臭氧空洞的形成，国内还有别的科学家进行了研究分析。长春科技大学教授杨学祥指出，造成南极上空臭氧空洞的“罪魁祸首”恰恰就是太阳风。他在一篇论文中指出，南极臭氧层出现空洞的主要原因是太阳高能粒子进入地球大气层后消耗了两极臭氧。太阳风暴带来的高能粒子流，穿越地球磁层后，沿磁力线集中到南北两极，并与臭氧结合成水，进而破坏极地臭氧层。杨教授的论文曾在《科学美国人》上发表，世界四大通讯社之一的法新社，也全文转发了新华社的英文稿。

中国空间科学学会理事长、北京大学教授萧佐接受本报记者采访时表示，太阳风暴与臭氧层的关系目前科学界还没有定论，产生科学争议可以引导大家做更深入的研究。一般而言，国际上多数科学家认为臭氧的减少是人类活动所造成，尤其是大量使用氟利昂。但这个结论本身还有待于进一步证实，也有少数科学家对此提出不同的观点，争议还将存在。

目前，国内科学界还是倾向于认为，太阳风暴将能够使臭氧成分增加，但作用可能十分有限。如果真是这样，太阳风暴对臭氧层来说影响不大。

（《中国青年报》 2000-08-09）

http://202.84.17.73/st/htm/20001005/147625.htm

https://blog.sciencenet.cn/blog-2277-257912.html

北极上空出现罕见臭氧层空洞

作者：文乐乐来源：中国科学报发布时间：2020/3/31 10:49:18

北极上空出现了一个罕见的臭氧层空洞。图片来源：NASA Ozone Watch

最近，北极地区上空出现了一个巨大的臭氧层空洞，这可能是该地区有史以来出现的最大的空洞，与每年在南极形成的臭氧层空洞面积相当。

据《自然》报道，目前，北极中部的大部分地区（覆盖面积约为格陵兰岛的3倍）的臭氧水平创下了历史新低，这个有可能在未来几周内破裂的臭氧层空洞不会威胁人类健康，但作为一种非凡的大气现象，它将被载入史册。

“在我看来，这是首次出现真正的北极臭氧层空洞。”德国航空航天中心大气科学家Martin Dameris说。臭氧通常在离地面约10～50公里的平流层中形成保护层，使生命免受太阳紫外线辐射。每年冬天，寒冷的天气让高空云层在南极上空聚集。化学物质——包括制冷剂中和其他工业来源的氯和溴，会在云层表面引发反应，侵蚀臭氧层。

南极臭氧空洞每年都会形成，因为冬季该地区的温度通常会骤降，从而形成高空云层。“这些条件在北极地区很罕见，那里温度变化更大，通常不会导致臭氧层的损耗。”德国于利希研究中心大气科学家Jens-Uwe Grooβ说。

但今年强劲的西风环绕北极，将冷空气困在“极地涡旋”中。德国阿尔弗雷德韦格纳研究所大气科学家Markus Rex说，北极上空的冷空气比1979年以来的任何一个冬天都要强。在寒冷的气温中，高空云层形成，破坏臭氧层的反应开始。

研究人员通过从北极附近的观测站释放气象气球来测量臭氧水平。截至3月底，这些气球在18公里的高空测量到臭氧层核心区域的臭氧含量下降了90%。Rex说，气象气球通常测量到的臭氧含量约为3.5ppm，但它们记录到的仅为0.3ppm。“这比我们过去看到的任何臭氧损耗都要严重。”他说。

北极在1997年和2011年经历了臭氧损耗，但今年的损耗或超过以往。“今年的臭氧损耗至少和2011年一样多，而且有迹象表明可能会更多。”美国西北研究协会大气科学家Gloria Manney说，在未来几天里，仍然有相当多的氯反应消耗臭氧。

美国宇航局戈达德太空飞行中心大气科学家Paul Newman说，如果各国没有在1987年共同通过《蒙特利尔议定书》，今年的情况可能会更糟。虽然现在南极臭氧层空洞正在恢复，去年的空洞也是有记录以来最小的，但是化学物质要完全从大气中消失还需要几十年。

“北极臭氧层空洞不会对健康造成威胁，因为高纬度地区的太阳才刚刚开始从地平线上升起。”Rex说。接下来的几周里，这个空洞有很小的可能会漂移到人口稠密的低纬度地区——在这种情况下，人们可能需要涂抹防晒霜来避免晒伤。接下来的几周至关重要。欧洲中期天气预报中心大气科学家Antje Inness表示，太阳在慢慢升高，臭氧层空洞区域的大气温度已经开始上升。随着极地涡旋在未来几周的破裂，臭氧水平可能很快开始恢复。

https://news.sciencenet.cn/htmlnews/2020/3/437683.shtm

https://zhuanlan.zhihu.com/p/119420513

https://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1330844.html

太阳风研究最新进展

极地涡旋是元凶

2020年春季北极上空的臭氧洞规模达到100多万平方公里，成为史上最大的北极臭氧洞。这次臭氧洞的产生主要是源自平流层极区异常强大的极涡，极涡隔绝了南北热量和空气交换，在极区低温环境里形成臭氧洞，随着春末极涡的分裂，臭氧洞也随之消失。

https://www.sohu.com/a/394495866_99907401

2020南极臭氧洞变大：极地涡旋是元凶，恢复之路任重而道远。

当平流层温度变低时，空洞内的臭氧浓度就会减少，特别是在低于–78°C的温度下形成平流层云时，这些高空云在太阳辐射的情况下有助于增加氟氯烃等化学物质的化学反应，从而导致臭氧消耗，进一步减少臭氧层。最近的极地涡旋使地球大气层保持极冷，从而形成了极地平流层云。在过去的几周中，阳光再次回到南极，该地区的臭氧层持续消耗。

尽管2020年的臭氧空洞并不是有记录以来的最高值，小于2000年的2990万平方公里，但其意义仍然重大，洞口也是近年来最深的洞之一。研究人员表示，2020年的这一事件是由强烈的极地涡旋驱动的，不会成为永久状态，而2019年创纪录的异常小而短暂的臭氧空洞则是由于特殊的高温气象条件造成的。

https://www.163.com/dy/article/FSHKO7IV0512GVI0.html

臭氧洞的存在和扩大与地球公转轨道有关

南极臭氧洞（Antarctic ozone hole）是指南极上空出现的臭氧层空洞，由英国南极考察科学家在1985年首次报道发现。这里所指的空洞，并不是说整个臭氧层消失了，而是指大气中的臭氧含量减小到一定程度。

每年的8月下旬至9月下旬，在20千米高度的南极大陆上空，臭氧总量开始减少，10月初出现最大空洞，面积达2000多万平方千米，覆盖整个南极大陆及南美的南端，11月份臭氧才重新增加，空洞消失。

1999年我们就撰文就指出，造成南极上空臭氧空洞的“罪魁祸首”是太阳风，而不是通常所认为人类使用的氟利昂。这一观点发表在今年5月份出版的《科学美国人》杂志中文版上。杨教授在论文中指出，有3个因素结合起来使南极臭氧层出现空洞：太阳风的压力使地球南极上空大气层变薄；处于开裂期的地球南半球由于火山爆发释放出大量有害气体破坏臭氧层；太阳高能粒子进入地球大气层后消耗了两极臭氧。

根据地球公转轨道，秋分（9月22-24日）到冬至（12月21-23日），南极的极昼使太阳辐射对南极最强，产生南极的臭氧洞（或臭氧稀薄区）；春分（3月20-22日）到夏至（6月21-22日，北极的极昼使太阳对北极辐射最强，易产生北极的臭氧洞（或臭氧稀薄区）。其中，2010年冰岛火山的异常喷发规模最大，火山灰集中在北极，降温和破坏臭氧的作用值得关注。由于地球近日点在1月3日或4日，远日点在7月2日或3日，这是南极比北极更容易出现臭氧洞的原因，也是臭氧洞季节性变化的原因。臭氧洞应该周期性地在南北两极轮流出现。

事实上，北半球也可能出现臭氧洞事件，历史上，北极在1997年、2011年和2020年都出现了较大规模的臭氧洞。

地球南北极都出现过臭氧洞，证实了我们的理论。彗星的轨道是一个偏心率很大的椭圆，受太阳风压力作用，在近日点彗尾最长，在远日点彗尾最短。同样，地球轨道也是一个椭圆，在近日点气尾最长，在远日点气尾最短。这是南极臭氧洞比北极臭氧洞面积大，存在时间长的原因（见图1）。

两极臭氧洞首先是自然的产物。极夜和极昼的交替，极涡和低温条件，火山灰向极地的集中，臭氧洞在南北两极的轮换，都是自然规律运作的结果，远非人力所能控制。北半球大陆集中，人口稠密，如果《蒙特利尔议定书》的努力只是将臭氧洞从南极迁移到北极，这项成功究竟是福音还是灾难？

2011年北极臭氧减少的背景是：太阳活动由2009年的谷值向2013年的峰值过渡，太阳高能粒子活动逐渐增强；2011年1-3月北半球受到低温暴雪的袭击，低温和北极涛动强烈；2010年3月爆发的冰岛火山喷发，巨量的火山灰不仅降低了气温，而且破坏了臭氧。

北极臭氧洞在氟利昂停滞消耗臭氧的条件下产生，自然规律再次出人意料地证实了自身的存在，人类的努力如猴子捞月亮，劳而无功，甚至帮了个倒忙。例如，2020年3月北极出现臭氧洞，2020年9月南极出现臭氧洞，通过它们进入两极的太阳高能粒子，阻止和减弱了新冠病毒的爆发和发展。

https://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1332162.html

太阳风压缩大气层形成臭氧洞和气尾.png

图1 太阳风压缩大气层背光流动形成两极地区极昼时臭氧洞（或臭氧稀薄区）和极夜时气尾

太阳风压缩大气层背光流动形成臭氧洞，由于科里奥利的作用，背光流动的大气将在极昼区产生极地涡旋，形成阻止含臭氧的大气进入极区的特殊表象。极涡的低压中心进一步加剧臭氧洞的扩大。

https://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1334172.html

太阳风控制厄尔尼诺和拉尼娜的发展

潮汐组合类型转换具有13.6天周期，即双周循环。除此之外，两周之内厄尔尼诺指数往往出现两个峰值和两个谷值，即次一级的7天周期。这一周期在气温变化中也有明显的表现。

https://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=2277&do=blog&id=1388780
强潮汐组合控制强潮汐南北震荡的幅度，是赤道太平洋海温的重要控制因素。根据潮汐组合预报，2023年1-2月、6-8月、12月有利于厄尔尼诺的形成；3-5月、9-11月有利于拉尼娜形成。所以，厄尔尼诺发生在2023年6-8月的可能性最大。