近期，中国科学院大气物理所（简称“大气所”）苏杭研究员课题组发表题为《Smoke-charged vortex doubles hemispheric aerosol in the middle stratosphere and buffers ozone depletion》的论文，通过先进的数值模拟和卫星观测揭示了野火影响平流层臭氧损耗的新机制。
臭氧层是保护地球上的生命免受有害紫外线（UV）辐射的重要屏障。得益于1987年签订的《蒙特利尔议定书》，地球大气臭氧层正在逐步恢复。这项具有里程碑意义的国际条约成功地淘汰了多种臭氧层消耗物质在全球范围内的生产。在过去的几十年里，臭氧层出现了明显的愈合迹象，这是全球合作和环保政策实施效果的见证。
然而，臭氧层的稳定性现在正面临着一个意想不到的新挑战。在2019/20 年度澳大利亚野火期间，研究人员观察到平流层气溶胶急剧增加。以往系列研究已经表明，这些微小颗粒会影响气候、健康和大气化学。那么，这些进入平流层的气溶胶又会对臭氧层产生怎样的影响呢？
基于先进的数值模拟和卫星观测技术，苏杭课题组发现了野火影响臭氧层的新机制——即烟雾充能涡旋的重要影响：野火烟羽中存在的吸光性气溶胶（例如黑碳）可以引发并维持充能涡旋。这些旋涡的空间尺度可达数千公里，并持续几个月。这种强大的漩涡可以将野火的烟羽输送到平流层，高度可达35公里。这一过程导致南半球中平流层的气溶胶负荷至少增加了一倍。气溶胶一旦到达此高度，就会引发一系列影响臭氧浓度的非均相化学反应。虽然非均相反应在低平流层导致臭氧损失严重，但其在中平流层会导致臭氧增加。在野火事件发生后的几个月里，这种复杂的相互作用能够在南半球中纬度地区缓冲约40%（最多70%）的低平流层臭氧损耗。
本研究为探索未来野火和其它气候驱动事件影响平流层化学和臭氧层开辟了新思路和新途径。本研究也说明，气候变化加剧对原本脆弱的臭氧层构成了额外的威胁。伴随全球变暖，野火的频率和强度都在增加，可能使得充能涡旋的形成及其对平流层的影响变得更加频繁。
大气环境与极端气象重点实验室苏杭研究员和德国马克斯普朗克化学所程雅芳教授为论文共同通讯作者，来自大气所，德国马普化学所，美国国家大气研究中心，暨南大学和美国Scripps海洋研究所多家单位的专家学者参与了该项研究。研究得到了中国科学院战略性先导专项，中国科学院院长国际奖学金项目（PIFI）和国家重大科技基础设施“地球系统数值模拟装置”（EarthLab）和马普学会的支持。
图1.（A）野火烟羽的上升驱动机制与充能涡旋的作用；（B）野火烟羽上升过程中气溶胶浓度的演变。
原文地址：
Chaoqun Ma, Hang Su, Jos Lelieveld, William Randel, Pengfei Yu, Meinrat O. Andreae and Yafang Cheng, Smoke-charged vortex doubles hemispheric aerosol in the middle stratosphere and buffers ozone depletion. Sci. Adv.10, eadn3657(2024). DOI:10.1126/sciadv.adn3657
