全球变化- 杨学祥工作室分享 http://blog.sciencenet.cn/u/杨学祥 吉林大学地球探测科学与技术学院退休教授,从事全球变化研究。

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两极臭氧洞:首先是地球轨道运动的自然现象

已有 892 次阅读 2022-7-4 14:32 |个人分类:全球变化|系统分类:论文交流

                                    两极臭氧洞:首先是地球轨道运动的自然现象

                                                           吉林大学:杨学祥,杨冬红

      臭氧空洞由低温和极地涡旋引发

      南京信息工程大学环境科学与工程学院教授杨洋指出,南极臭氧空洞频发的一个很重要的原因,就是因为在冬季,南极上空都会出现一个深厚的极地涡旋,所谓极地涡旋,是指空气在下沉过程中遇到山脉或其他地形受阻,会停止环流而改为就地旋转,吸入冷空气形成一股很强的围绕极地旋转的涡旋。气流沿着南极高原作顺时针旋转,把南极大陆封闭起来形成一个天然的“网罩”,阻止了含有高浓度臭氧的空气从外部进入南极。受大气波动影响,南极的极地涡旋比北极更强,持续时间更长。

  而相较北极来说,南极更易出现臭氧空洞还有另一个原因——南极通常拥有比北极更低的低温环境,当温度低于-80℃时会形成含有冰晶成分的极地平流云,氯化物会以极地平流云为载体发生分解反应,释放出氯;当早春来临时,在太阳紫外线的照射下,氯原子也会更容易分解出来,进而引发化学反应侵蚀臭氧层。不过随着南极春末到来,极地涡旋会渐渐残缺或消失,富含臭氧的中纬度空气再次补充到南极,臭氧空洞便又会匆匆消失。

  “但是这种情况在北极很少见,当地温度没有南极那么低,不易形成极地平流层云,通常情况下不会导致大面积的臭氧损耗。”杨洋说,北极地区除2011年经历过臭氧消耗,近些年比较正常,然而今年出现了较强冷空气,加上强劲的西风环绕,将冷空气困在极地涡旋当中,才诱发了类似南极的臭氧空洞事件。

       臭氧空洞与地球轨道运动相关

       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。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。

       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。

       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;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。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

       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。

https://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1332835.html

       科学的理论预测得到实践的证实:2020年3月末气象学家们发现,地球的北极上空出现了一个巨大的臭氧空洞,这可能是北极有记录以来最大的一个。 它可以与每年在南极南半球形成的臭氧空洞相媲美。

       通过观测,在三月下旬的时候,这些气球就测量到在18公里的高度臭氧下降了90% ,而这也是臭氧层的中心。研究人员雷克斯表示:这些气球通常测量的臭氧含量为百万分之3.5,而实际记录的只有百万分之0.3。 他指出:这比我们过去看到的任何臭氧损失都要严重。而事实上,北极地区在1997年和2011年就经历过臭氧消耗,但今年的消耗量似乎有望超过这个数字。

https://www.sohu.com/a/383964961_120359141

       2020年3月末北极臭氧洞和9月末南极臭氧洞抑制新冠病毒爆发

根据地球轨道周期,臭氧洞应该周期性地在南北两极轮流出现由于没有达到臭氧洞低浓度的标准,即使是臭氧洞没有出现,但是北极臭氧稀薄区在3月和南极臭氧稀薄区在9月也会周期存在,从而形成每年3月和9月两极地区的臭氧稀薄区变化周期。这是新冠病毒季节性爆发的第一大原因。

第一、每年3-4月和9-11月的臭氧洞漏能效应,相当于大自然对地球的两次大规模消杀病毒过程,对冠状病毒的抑制或杀灭作用不可忽视。

第二、每年6-8月北半球夏季太阳黑子最强,每年1-2月和12月北半球冬季太阳黑子最弱,这是新冠疫情季节性波动第二大原因。南半球与此相反,每年6-8月南半球冬季季太阳黑子最弱,每年1-2月和12月南半球夏季太阳黑子最强,

https://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1332521.html

巧合的是,2019年全球爆发了新冠病毒疫情,2020年3月发生北极臭氧洞和9月发生南极臭氧洞。大量太阳高能粒子通过臭氧洞进入地表,灭杀了新冠病毒,保护了人类,其作用和贡献却被忽视。

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   臭氧洞的存在和扩大与地球公转轨道有关 

       根据地球公转轨道,秋分(922-24日)到冬至(1221-23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(320-22日)到夏至(621-22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13日或4日,远日点在72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特别是,由于没有达到臭氧洞低浓度的标准,臭氧洞没有出现,但是北极臭氧稀薄区在3月和南极臭氧稀薄区在9月也会周期存在,从而形成每年3月和9月两极地区的臭氧稀薄区变化周期。这是冠状病毒季节性爆发的原因。

每年3月20日(春分)开始的北极臭氧洞或臭氧稀薄区和9月23日(秋分)开始的臭氧洞的臭氧洞漏能效应,相当于大自然对地球的两次大规模消杀病毒过程,对冠状病毒的抑制或杀灭作用不可忽视。

      事实上,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)。


太阳风压缩大气层形成臭氧洞和气尾.png 

 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

     据任振球的研究,木星、土星、天王星和海王星使地球冬至时的公转半径发生相当稳定的准周期变化,与全球尤其北半球气温变化的间隔60年振动相一致。在本世纪初的低温期和60~70年代相对偏冷期,当时(19011960年)地球冬至时的公转半径分别延长了94(相当于日地距离的0.6%)57km;在30~40年代和80年代后的暖期,地球冬至时的公转半径(19402000年)分别缩短了7644km2000~2020年地球冬至时的公转半径由极小值变为极大值,他推测2020年前后全球气候将进入相对冷期。

http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=2277&do=blog&id=533501

      这是2020年地球南北极都出罕见臭氧洞的天文原因。太阳风压缩大气层,背光方向形成气尾,向光方向形成臭氧洞(或臭氧稀薄区)。这是大气异常流动的结果。南极大陆沿海强烈的海洋西风漂流增强南极大气涡旋,增加南极臭氧洞的扩大。    

       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?

臭氧洞漏能效应地磁层漏能效应 

我们在1999年撰文提出,到达地球的太阳辐射能大约有2%被平流层的臭氧吸收,7%被电离层吸收。当黑子活动高峰发生太阳风暴时,会大量破坏南极臭氧,随之产生臭氧洞漏能效应地磁层漏能效应,使被地磁层和臭氧层阻隔的9%的太阳能由平流层进入对流层,导致南极平流层变冷对流层变暖。收缩的平流层自转变快,膨胀的对流层自转变慢,这是赤道高空风产生的一个原因。

X射线,γ射线和紫外线,大约占太阳辐射光谱总能量的9%.80400km高度范围的电离层,γ射线和X射线被N2O2/O3所吸收,1555km高度的臭氧层,99%的紫外线被O3所吸收.即在地球磁层、大气层和臭氧层被破坏的时候,到达生物圈的太阳辐射能将增大9%,造成地表温度的大幅度波动.与此同时,到达地表的γ射线、X射线和过量紫外线将造成大规模的生物灭绝.这就是臭氧洞漏能效应.

http://cpfd.cnki.com.cn/Article/CPFDTOTAL-ZGDW199910001191.htm

https://www.doc88.com/p-4317663607230.html

https://www.docin.com/p-344676587.html

2022319地球两极正在经历异常的极端高温的条件:20209月南极出现臭氧洞(面积排序12位),20203月北极出现最大臭氧洞。与此同时,大量太阳风带来的高能粒子通过臭氧洞进入地球两极,杀灭新冠病毒,抑制了性冠疫情的发展,形成疫情的季节性波动,对应3-4月和9-11月疫情低谷期。

2020年两极臭氧洞阻碍了新冠病毒疫情的发展 

20203-5月北极出现臭氧洞,20209-12月南极出现臭氧洞。全球疫情爆发低谷在20203-5月和9-12月,臭氧洞扩大导致更多太阳高能粒子进入两极,有利于对病毒的消杀。

https://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1332703.html

https://www.jiemian.com/article/7125750.html

https://new.qq.com/rain/a/20220222A03B1Q00

https://www.163.com/dy/article/H0Q9MGE60534A4SC.html?f=post2020_dy_recommends

参考文献 (References)

周长庆,高景泰。我国科学家杨学祥提出新观点:臭氧空洞"元凶"是太阳风。科技文萃。英文刊名: DIGEST OF SCIENCE AND TECHNOLOGY。年,卷(期): 1999 (8)。

杨学祥, 陈殿友, 宋秀环. 太阳风、地球磁层与臭氧层空洞. 科学(ScientificAmerican 中文版), 1999, (5):58~59

杨学祥. 地磁层和大气层漏能效应. 中国学术期刊文摘, 1999, 5(9):1170~1171

杨学祥, 陈殿友. 地磁场强度的轨道调制与自然灾害周期. 见:中国地球物理学会年刊2000. 武汉:中国地质大学出版社, 2000. 307

杨学祥, 陈殿友. 构造形变、气象灾害与地球轨道的关系. 地壳形变与地震,2000,20(3):39~48

Yang, Xuexiang, Chen Dianyou, Gao Yanwei, Su Hongliang and YangXiaoying, et al, Geophysical and Chemical Evidence in the Depletion of Ozone.J. Geosci. Res. NEAsia, 1999, 2 (2): 121~133

杨学祥. 臭氧洞与厄尔尼诺. 中国学术期刊文摘, 1999, 5(10):1301~1303

杨学祥. 臭氧洞漏能效应及其形成原因. 见: 中国地球物理学会年刊1999, 合肥:安徽技术出版社, 1999, 191

杨学祥. 大气圈差异旋转及其对臭氧层的影响. 中国学术期刊文摘, 2000, 6(2):199~201

杨学祥. 大气氯粒子层的形成原因. 中国学术期刊文摘, 2000, 6(3):370~371

杨学祥. 太阳活动驱动气候变化的证据. 中国学术期刊文摘, 2000, 6(5):615~617

https://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1331774.html

https://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1332936.html

相关报道

别担心,北极出现臭氧空洞只是因为太冷了

科技日报 2020-04-08

  臭氧层位于距离地球上空10—50千米的大气层中,是地球的一个保护层,它能有效阻挡来自太阳的紫外线辐射,对地球上包括人类在内的生物进行保护。臭氧层在地球表面并不是均匀分布,世界三极地区即南极、北极和青藏高原的臭氧层会明显稀薄。如果某处臭氧层中臭氧含量减少到正常值的50%以下,科学家们就会形象地说这是个臭氧洞。

  据《自然》杂志报道,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)上空的臭氧含量创下了历史新低,作为一种非凡的大气现象,它将被载入史册。

  为什么南极的臭氧空洞每年都会出现,但是北极很少出现臭氧空洞?北极这次出现臭氧空洞的原因是什么,会产生什么影响?记者带着这些问题采访了南京信息工程大学环境科学与工程学院教授杨洋。

  空洞由低温和极地涡旋引发

  杨洋指出,南极臭氧空洞频发的一个很重要的原因,就是因为在冬季,南极上空都会出现一个深厚的极地涡旋,所谓极地涡旋,是指空气在下沉过程中遇到山脉或其他地形受阻,会停止环流而改为就地旋转,吸入冷空气形成一股很强的围绕极地旋转的涡旋。气流沿着南极高原作顺时针旋转,把南极大陆封闭起来形成一个天然的“网罩”,阻止了含有高浓度臭氧的空气从外部进入南极。受大气波动影响,南极的极地涡旋比北极更强,持续时间更长。

  而相较北极来说,南极更易出现臭氧空洞还有另一个原因——南极通常拥有比北极更低的低温环境,当温度低于-80℃时会形成含有冰晶成分的极地平流云,氯化物会以极地平流云为载体发生分解反应,释放出氯;当早春来临时,在太阳紫外线的照射下,氯原子也会更容易分解出来,进而引发化学反应侵蚀臭氧层。不过随着南极春末到来,极地涡旋会渐渐残缺或消失,富含臭氧的中纬度空气再次补充到南极,臭氧空洞便又会匆匆消失。

  “但是这种情况在北极很少见,当地温度没有南极那么低,不易形成极地平流层云,通常情况下不会导致大面积的臭氧损耗。”杨洋说,北极地区除2011年经历过臭氧消耗,近些年比较正常,然而今年出现了较强冷空气,加上强劲的西风环绕,将冷空气困在极地涡旋当中,才诱发了类似南极的臭氧空洞事件。

  3月末,北极观测站释放的气象气球的测量结果显示,在距离北极地面18千米的高空,臭氧含量减少了近90%。德国阿尔弗雷德·魏格纳极地与海洋研究所的大气科学家Markus Rex表示,通常该处气象气球的正常测量结果约为3.5ppm(百万分率),而这次的测量结果仅约为0.3ppm。此次北极上空出现的臭氧空洞,可能是北极有记录以来最大的一个,它与每年在南极地区形成的臭氧空洞大小相当。

  或将自行恢复不会威胁人类健康

  科学研究表明,大气中的臭氧每减少1%,照射到地面的紫外线就增加2%,人类会面临皮肤癌、白内障、免疫系统缺陷和发育停滞等疾病的威胁。同时,紫外线的辐射增强还会使农作物大量减产,甚至杀死某些鱼类和海洋生物。科学家首次发现南极上空出现臭氧层空洞的时候,人类曾一度以为,地球生物可能将因此而毁灭。

  20世纪80年代,科学家发现,除了自然因素之外,人类活动产生的含氯化合物,也是南极臭氧空洞出现的重要原因。为此,1987年9月,由联合国环境规划署主持,各国签署了《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》,约定必须分阶段削减含氟氯烃的产量和消耗,最大限度减小人类社会活动对臭氧层的破坏。在全世界人类的共同努力下,近年来,南极臭氧空洞已经呈逐渐缩小的趋势。

  那么,这次出现的北极臭氧空洞会不会影响地球生态?

  “目前还不会对自然界造成太大影响。”杨洋表示,这个空洞接下来偏移到较低纬度地区的概率很小,即便有所偏移,人们也可以通过涂抹防晒霜达到防护效果。正常情况下,随着太阳慢慢升高,极地涡旋破裂,臭氧层很快就可以恢复到往常状态。《自然》杂志也指出,这个臭氧层空洞可能会在未来几周内自然恢复,不会威胁人类健康。

  虽然此次北极臭氧空洞值得关注,但科学家更相信这是一种罕见的自然现象,并非地球生态危机。(记者 张 晔 通讯员 严常坤)

https://www.kepuchina.cn/wiki/geography/202004/t20200408_1221328.shtml

北极上空出现臭氧空洞,它是如何形成的?对我们又有什么影响呢? 

2020-03-29 10:02


近日,气象学家们发现,地球的北极上空出现了一个巨大的臭氧空洞,这可能是北极有记录以来最大的一个。 它可以与每年在南极南半球形成的臭氧空洞相媲美。专家表示:这可能与寒冷的气温和强烈的极地涡流使得北方的臭氧层受到化学物质的侵蚀有关。

目前,破纪录的低臭氧水平覆盖了整个北极中部的大部分地区,覆盖面积约为格陵兰岛面积的三倍。不过好消息是,目前这个洞还不会威胁到人们的健康,但在接下来的几周里有可能会再次破裂。 而这种非同寻常的大气现象,注定会将被载入史册。

那这个洞的到底是怎么形成的呢?据科学家观察,臭氧通常会在离地面约10至50公里的平流层形成保护层,在那里它保护生命免受太阳紫外线的辐射。 但是每年在南极的冬天,寒冷的气温会使得南极上空的高海拔云团聚合在一起。

而在云团中也包括了来自制冷剂和其他工业源的化学物质,包括氯和溴,并且会在这些云层的表面引发反应,侵蚀臭氧层。因此,在南极的臭氧空洞每年都会形成,而该地区的冬季气温经常会出现骤降,导致高空云层形成。

但是,这种情况在北极很罕见,那里的温度变化很大,通常情况下不会导致臭氧损耗,但是今年,强大的西风在北极周围流动,冷空气被困在一个“极地涡旋”中。据大气科学家马库斯 · 雷克斯表示:今年北极上空的冷空气比1979年以来记录的任何冬季都要多。

目前,研究人员可以通过释放北极观测站的气象气球来测量臭氧水平(包括北极星破冰船,它被冻结在海冰上进行为期一年的远征)。 通过观测,在三月下旬的时候,这些气球就测量到在18公里的高度臭氧下降了90% ,而这也是臭氧层的中心。

研究人员雷克斯表示:这些气球通常测量的臭氧含量为百万分之3.5,而实际记录的只有百万分之0.3。 他指出:这比我们过去看到的任何臭氧损失都要严重。而事实上,北极地区在1997年和2011年就经历过臭氧消耗,但今年的消耗量似乎有望超过这个数字。

来自阿索科罗西北研究协会的大气科学家格洛丽亚•曼尼就对此表示:目前北极的损失至少与2011年持平,有迹象表明,损失可能会超过2011年。 她与美国宇航局的一个测量大气中氯的卫星仪器一起工作,同时她也预测到,在未来的几天里仍然有相当多的氯可以用来消耗臭氧层。

这会对我们带来那些危险?据研究人员雷克斯表示:目前北极臭氧洞还不会对我们的健康造成太大威胁。 而据观测,在接下来的几周时间里,这个大洞可能会漂移到纬度较低、人口较多的地区,在这种情况下,人们可能需要涂防晒霜以避免晒伤。

不过,随着太阳慢慢的升高,臭氧空洞区域的大气温度也会相对应的开始升高,来自英国雷丁欧洲中期天气预报中心的大气科学家 Antje Inness 表示:在接下来的几周里,随着极地涡旋的破裂,臭氧层可能很快就会开始进入恢复阶段。

由于目前,对于北极上空中的臭氧空洞现象还在观测中,相关数据还在逐渐统计,因此还不能准确预测出将来还会不会再次出现,或相应恶化。而目前也有多的科学家都在密切地关注着它接下来会发生什么,并希望能够为全球带来更多与北极相关的消息。

https://www.sohu.com/a/383964961_120359141




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