導讀：與南極每年春季都會出現臭氧洞不同，北極臭氧洞出現頻次非常少，基本上10年才會出現一次。今年春季北極上空的臭氧洞規模達到100多萬平方公裡，成為史上最大的北極臭氧洞。這次臭氧洞的產生和新冠疫情無關，主要是源自平流層極區異常強大的極渦，極渦隔絕了南北熱量和空氣交換，在極區低溫環境裡形成臭氧洞，隨著春末極渦的分裂，臭氧洞也隨之消失。
圖片來自於weather.com
最強北極臭氧洞
與南極每年春季都會出現臭氧洞不同，北極臭氧洞出現頻次非常少，基本上10年才會出現一次，北極上一次大規模臭氧洞出現在2011年，當時即引起廣泛關注，從國際頂級學術刊物 Nature 和 Science 到街邊小報，都報導了當時的北極臭氧洞事件。
2020年3月，當再一次更大的北極臭氧洞出現後，Nature 雜誌也立即進行了報導，然後……就淹沒在新冠疫情的新聞洪流裡了。
2020年3月27日，Nature報導了3月份出現的北極臭氧洞事件。圖片來自於nature.com
一般而言，極區的臭氧總量大概為300多DU（多布森單位），當這一數值低於220 DU時，即可以看做臭氧洞形成。今年冬季1月25-27日時，極區的臭氧最小值達到187DU，但是持續時間比較短，區域非常小，並沒有引起多大的關注。進入3月後，隨著平流層維持一個強大的極渦，逐漸形成了規模可觀的臭氧洞，其中3月12日臭氧洞中心最小數值達到205DU，這成為這次北極臭氧洞的最低數值，創下了新的歷史記錄。最鼎盛期，臭氧低值區覆蓋面積超過3個格陵蘭島，臭氧洞面積達到100萬平方公裡。
2020年春季，北極上空出現嚴重的臭氧洞。資料來自於ECWMF
4月23日，隨著平流層極渦的分裂，大量中緯度富含臭氧的空氣湧入極區，北極臭氧洞隨之消失。這個臭氧洞持續了約1個半月，被看作是歷史上最大的北極臭氧洞。
北極臭氧洞相關信息，上圖：極區臭氧總量數值，中圖:平流層極區溫度，下圖：平流層極渦面積。圖片來自於https://ozonewatch.gsfc.nasa.gov
臭氧洞不是在南極上空嗎？
沒錯，人類首次發現臭氧洞確實是在南極。1984年，英國科學家法爾曼等人在南極哈雷灣觀測站發現：從1975到1984年，每到春天南極上空平流層部分區域的臭氧濃度就會減少約50%，最大能減少90%。從地面上觀測，高空的臭氧層極其稀薄，與周圍相比像是形成一個「洞」，直徑達上千公裡，「臭氧洞」由此而得名。他們的文章於1985年5月發表於大名鼎鼎的Nature 雜誌上，引起全球轟動。事實上，日本科學家中缽茂在1984年9月希臘海濱城市哈爾基季基（Halkidiki）召開的國際會議上，也報導過日本昭和觀測站的結果，只是他的結果以poster出現在會議不起眼的角落，並未引起國際關注。
南極臭氧洞最強數值出現在1994年，臭氧總量數值降低到92DU,而最大面積數值出現在2006年，其面積達到2700萬平方公裡，2019年僅有900萬平方公裡，是過去30年的最低值。圖片來自於https://ozonewatch.gsfc.nasa.gov
1985年，美國的 「雨雲-7號」氣象衛星監測和證實了臭氧洞的存在。從那時候開始，每年的9-10月份，都可以觀測到南極臭氧洞的出現。在1994年，南極臭氧洞中心數值達到創紀錄的92DU，不足正常值的三分之一。2006年南極臭氧洞面積達到了創紀錄的2700萬平方公裡。
臭氧洞的發現，成為當時最重要的國際環境危機，在此基礎上，全球合作籤訂了《保護臭氧層維也納公約》（1985年3月）和《蒙特婁破壞臭氧層物質管制議定書》（簡稱《蒙特婁議定書》，1987年9月），共同應對臭氧損耗問題，採取全球行動，逐步停止生產和使用損耗臭氧的氟利昂和哈龍類物質。
人類活動排放大量含有滷族元素的化合物，經過大氣環流進入平流層，破壞臭氧層，形成臭氧洞，成為全球面臨的重大環境問題。視頻製作：魏科
中國政府於1989年9月加入了《保護臭氧層維也納公約》，並於1991年6月加入《關於消耗臭氧層物質的蒙特婁議定書》。1993年1月，國務院批准實施《中國逐步淘汰消耗臭氧層物質國家方案》作為履行《蒙特婁議定書》的行動綱領。《國家方案》規定，我國將在2010年1月1日實現ODS生產和消費的同步淘汰。2007年7月1日，我國宣布已經全面停止了氟利昂和哈龍兩類物質的生產和消費，提前兩年半實現協議書規定的目標。
儘管臭氧洞主要出現在南半球，但是北半球也可以出現臭氧洞事件，出現的頻率大約為10年一次，在1997年和2011年都出現了較大規模的臭氧洞。
1997年3月，2011年3月和2020年3月，北極地區都出現了臭氧洞。圖片來自於https://ozonewatch.gsfc.nasa.gov/
出現臭氧洞的有利條件
低溫、太陽輻射和臭氧損耗物質的存在，是臭氧洞出現的必要條件。這樣的條件只出現在平流層極區。在我們頭頂10km到50km的平流層，冬季盛行西風，其中環繞北極的西風風速可達每小時350km以上（對比超強颱風17級風速約為每小時210km），環繞南極的西風風速甚至可以超過每小時400km，因為兩極各自的冬季沒有太陽照射，因此環繞極區的強大西風被稱作極夜急流。
北半球繞極極渦（10hPa，約30km），強風速可達350千米/小時以上；南半球繞極極渦（10hPa，約30km），強風速可達400千米/小時以上。
強大的繞極西風隔絕了極區和中緯度地區，這使得中緯度地區富含臭氧的空氣無法進入極區，也使得中緯度熱量無法進入極區，形成異常寒冷的平流層極區。正常情況下，南半球冬春季（6、7、8、9、10月）的南極平流層最低溫度可以達到零下130度，而北極隆冬（12、1、2）的最低溫度也可以達到零下80多度。
南北半球相比，南半球平流層極區溫度更低，最低可以達到零下130℃，北極最低溫度可以達到零下80℃，當溫度低於零下78℃時，即逐漸形成極地平流層雲（PSC）。圖片來自於聯合國環境署《Scientific Assessment of Ozone Depletion：2018》
在極低溫條件下，可以形成極地平流層雲（PSC），這與低層雲完全不同，並不是由水和冰晶組成，而是由水合硝酸組成。PSC的存在，不僅把氯貯存物質（主要是HCl）吸收到顆粒的界面上，並且產生化學反應，釋放活性氯，當春季陽光重返極區時候，即形成臭氧損耗和臭氧洞現象。
極地平流層雲，斯堪地那維亞人管它們叫「珠母雲」，美麗的外表下暗藏「殺機」。圖片來自於NASA
南北半球相比，南半球中高緯度以海洋為主，地面均一度比較好，不容易產生大尺度大氣波動（行星波），因此形成的極渦不容易受擾動破壞，極夜急流裡的低溫極區非常穩定；北半球中高緯度地形複雜海陸對比明顯，這裡容易形成各種尺度擾動，因此北半球極渦容易受波動影響而扭曲、變形或者偏心，極低溫環境不易維持。
南半球因為極渦穩定，因此每年都在9-10月形成嚴重的臭氧洞，而北半球極渦變化大，不易形成穩定低溫區和PSC，不易形成臭氧洞。北半球即使形成臭氧洞，其規模和維持性都不如南半球，自2011年出現明顯的臭氧洞後，直到2020年春季才形成典型的北極臭氧洞。即使2020年春季的北極臭氧洞被認為是「史上最強大」的北極臭氧洞，其面積也僅僅約100萬平方公裡，這與南半球動輒2000萬平方公裡的臭氧洞比起來絕對是小巫見大巫，即使2019年的南極臭氧洞被認為是「史上最小」南極臭氧洞，其面積也在900萬平方公裡以上。
因此，即使大氣中存在的臭氧損耗物質濃度不變，每一年臭氧洞的大小和強度也有所不同，這主要是因為平流層極渦強度存在變化，在有些年份，極渦會更強一些，這些年份臭氧洞會更嚴重一些；在有些年份，極渦會弱一些，這些年份的臭氧洞會更小一些。
平流層極渦強度和範圍的變化，受多種因子的影響，除了大氣內部的複雜波動變化之外，熱帶海洋的熱力學狀況（El Nino或者La Nina）也是一個重要的影響因子。一般而言，當熱帶東太平洋發生El Nino事件時，北極極渦偏弱；反之，當熱帶東太平洋發生La Nina事件時，北極極渦偏強。
另外一個影響極渦強度的因子是赤道平流層準兩年振蕩現象（QBO），當熱帶平流層處於西風時，北極極渦偏強；反之，當熱帶平流層處於東風時，北極極渦偏弱，容易發生爆發性增溫。其他諸如北極海冰面積、歐亞大陸雪蓋和陸面過程、北大西洋海洋熱力狀況等都可以影響到極渦的變化。當影響因子增多的時候，其變化特徵就複雜起來，因此針對具體某一年的極渦狀況，需要具體分析。
臭氧洞什麼時候恢復？
儘管極渦強度變化會影響某一年臭氧洞的強度和大小，未來臭氧洞的趨勢變化主要受大氣中臭氧損耗物質的量決定。
《蒙特婁議定書》於1987年籤署，並於1989年1月1日生效，條約規定發達國家在2000年全面停止生產和使用8種氟利昂和哈龍類物質，發展中國家的控制時間表比發達國家相應延遲10年。《蒙特婁議定書》被前聯合國秘書長科菲·安南先生稱為「可能的唯一最成功的國際協議」，這個議定書得到了聯合國所有的國家和地區的籤署和貫徹執行，這在人類歷史上目前是空前的。
然而，「病來如山倒，病去如抽絲」，人類近百年排放進入大氣中含有氯原子和溴原子的氟利昂和哈龍類物質在大氣中大量堆積，其生命期長達50-100年，這些物質的減少是一個緩慢的過程。
南極春季臭氧約在2060年之後，可望恢復到上世紀80年代水平，而2100年之後才可恢復到上世紀60年代初水平。圖片來自於聯合國環境署《Scientific Assessment of Ozone Depletion：2018》
2018年，由聯合國環境署發布的關於臭氧損耗的科學評估報告《Scientific Assessment of Ozone Depletion：2018》揭示，過去30年的努力，使得人類避免了一個嚴重的臭氧損耗的危機，然而南極臭氧洞恢復到上世紀80年代，大概得到2060年之後，而要想恢復到上世紀60年代初的水平，則需要到2100年左右，這註定是一場長期的保護環境的戰爭，需要全球堅持不懈努力。