一项新的研究确认，南极臭氧层正在愈合，这直接源于全球努力减少破坏臭氧物质的措施。
一项由麻省理工学院（MIT）主导的新研究确认，南极臭氧层正在愈合，这直接源于全球努力减少破坏臭氧物质的措施。
包括麻省理工学院团队在内的科学家们过去观察到臭氧恢复的迹象。但这项新研究首次以高度统计信心表明，这种恢复主要是由于减少了破坏臭氧的物质，而非其他因素，比如自然天气变化或温室气体排放增加到平流层。
研究作者苏珊·所罗门（Susan Solomon）表示：“有大量定性证据表明南极臭氧洞正在改善。这实际上是第一项量化了臭氧洞恢复的信心的研究。结论是，以95%的信心，这正在恢复。这是令人赞叹的。这表明我们实际上可以解决环境问题。”
这项新研究将发表于《自然》期刊。来自地球、气候与行星科学系（EAPS）所罗门团队的研究生王佩东（Peidong Wang）是首席作者。他的合著者包括所罗门和EAPS研究科学家凯恩·斯通（Kane Stone），以及来自多家其他机构的合作者。
臭氧恢复的根源
在地球的平流层中，臭氧是一种自然存在的气体，它作为一种防晒霜，保护地球免受太阳有害紫外线辐射的影响。1985年，科学家们发现了南极臭氧层的“洞”，它在南半球春季（9月至12月之间）开放。这种季节性臭氧耗损突然让紫外线能够过滤到表面，导致皮肤癌和其他不良健康影响。
1986年，当时在国家海洋和大气管理局（NOAA）工作的所罗门领导了前往南极的考察，她和她的同事们收集了快速确认臭氧洞成因的证据：氯氟烃，即CFCs——当时在制冷、空调、绝缘和气雾推进剂中使用的化学物质。当CFCs漂浮到平流层中时，在特定的季节条件下，它们会破坏臭氧。
次年，这些启示导致了《巴黎协议》的起草——一项旨在逐步淘汰CFC及其他破坏臭氧物质的国际条约，以期愈合臭氧洞。
2016年，所罗门领导了一项研究，报告了臭氧恢复的重要迹象。臭氧洞似乎每年都在缩小，特别是在它开放的9月份。不过，这些观察结果是定性的。研究显示有关这种恢复有很大的不确定性，是否是由于为减少破坏臭氧物质所做的努力，或者臭氧洞缩小是否是由于其他“强迫因素”，例如厄尔尼诺、拉尼娜和极地涡旋的年际天气变化。
王表示：“虽然检测到臭氧的统计显著增加相对简单，但将这些变化归因于特定强迫因素则更具挑战性。”
人类愈合
在他们的新研究中，麻省理工学院团队采取了定量方法来识别南极臭氧恢复的原因。研究人员借用气候变化社区的一种方法，称为“指纹识别”，这一技艺由克劳斯·哈塞尔曼（Klaus Hasselmann）开创，他因该技术在2021年获得诺贝尔物理学奖。在气候情境中，指纹识别指的是隔离特定气候因素影响，排除自然气象噪声的方法。哈塞尔曼应用指纹识别来识别、确认和量化人类活动对气候变化的影响
所罗门和王试图应用指纹识别方法识别另一个人类信号：人类减少臭氧破坏物质对臭氧洞恢复的影响。
所罗门表示：“大气中有非常混乱的变化。我们试图检测的是在这种变化背景下臭氧恢复的信号，这种变化也发生在平流层。”
研究人员从地球大气的模拟开始，生成多个“平行世界”，即在不同起始条件下模拟相同的全球大气。例如，他们在假设没有温室气体或臭氧破坏物质增加的条件下进行模拟。在这些条件下，臭氧的任何变化都应是自然天气变化的结果。他们还在只有温室气体增加以及只有臭氧破坏物质减少的条件下进行了模拟。
他们比较这些模拟，以观察南极平流层中的臭氧如何随着季节和不同高度的变化而变化，以响应不同的起始条件。从这些模拟中，他们绘制了几十年中每月臭氧恢复的时间和高度，并确定了一个臭氧恢复的关键“指纹”，即由于臭氧破坏物质减少的条件特定导致的模式。
接着，团队在2005年至今的实际卫星观测数据中寻找这一指纹。他们发现，随着时间推移，他们在模拟中识别的指纹在观测中变得越来越清晰。2018年，指纹达到了最强，团队可以以95%的信心表示，臭氧恢复主要是由于减少臭氧破坏物质。
王表示：“经过15年的观测记录，我们以95%的信心看到这种信号与噪声的关系，这表明观察到的模式相似性被变化噪声解释的可能性非常小。这让我们对指纹充满信心。这也让我们对解决环境问题充满信心。我们从臭氧研究中可以学到的是，不同国家如何快速遵循这些条约减少排放。”
如果这一趋势继续，且臭氧恢复的指纹不断增强，所罗门预计很快会有一两年，臭氧层将完全保持完好。最终，臭氧洞应该永远闭合。
她说：“到2035年左右，我们可能会看到南极地区在某一年完全没有臭氧洞的耗损。这对我来说会非常兴奋。而你们中的一些人会在自己的生命中看到臭氧洞完全消失。人们做到了这一点。”
这项研究部分得到了国家科学基金会和美国国家航空航天局的支持。
