研究表明：全球减少 CFCs，臭氧层空洞正在愈合
MIT News | Massachusetts Institute of Technology
研究：全球减少 CFCs 助力臭氧层空洞愈合
最新结果以高度的统计置信度表明，臭氧恢复进展良好。
Jennifer Chu | MIT News
发布日期：2025年3月5日
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说明：一项由 MIT 领导的研究证实，南极臭氧层正在愈合，这直接归功于全球减少消耗臭氧层物质的努力。前景中的臭氧层图像来自 2024 年 9 月 28 日。
Credits: Credit: figures courtesy of NASA; MIT News
说明：左侧面板显示了 2005 年开始的卫星观测到的南极臭氧变化趋势（按月份和高度划分，结束年份不同）。右侧面板显示了人类活动驱动的模型模拟臭氧变化。颜色表示相对于自然变异范围的臭氧变化，绿色表示增加，蓝色表示减少。信噪比越高，表明变化不太可能是由于自然变异造成的。随着卫星记录的延长，观测到的趋势模式与建模的人类指纹更加一致，证实了现在可以从太空检测到南极臭氧的显着恢复。
Credits: Credit: Courtesy of the researchers
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说明: 一项由 MIT 领导的研究证实，南极臭氧层正在愈合，这直接归功于全球减少消耗臭氧层物质的努力。前景中的臭氧层图像来自 2024 年 9 月 28 日。 Credits: Credit: figures courtesy of NASA; MIT News
说明: 左侧面板显示了 2005 年开始的卫星观测到的南极臭氧变化趋势（按月份和高度划分，结束年份不同）。右侧面板显示了人类活动驱动的模型模拟臭氧变化。颜色表示相对于自然变异范围的臭氧变化，绿色表示增加，蓝色表示减少。信噪比越高，表明变化不太可能是由于自然变异造成的。随着卫星记录的延长，观测到的趋势模式与建模的人类指纹更加一致，证实了现在可以从太空检测到南极臭氧的显着恢复。 Credits: Credit: Courtesy of the researchers
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一项由 MIT 领导的最新研究证实，南极臭氧层正在愈合，这直接归功于全球减少消耗臭氧层物质的努力。
包括 MIT 团队在内的科学家们过去曾观察到臭氧恢复的迹象。但这项新研究首次以高度的统计置信度表明，这种恢复主要是由于消耗臭氧层物质的减少，而不是其他影响因素，如自然天气变化或向平流层排放的温室气体增加。
“已经有很多定性证据表明南极臭氧层空洞正在好转。这确实是第一项量化臭氧层空洞恢复信心的研究，”研究作者 Susan Solomon 说道，她是 Lee and Geraldine Martin 环境研究和化学教授。“结论是，有 95% 的把握，它正在恢复。这太棒了。这表明我们实际上可以解决环境问题。”
这项新研究今天发表在 Nature 杂志上。地球、大气和行星科学系 (EAPS) Solomon 研究小组的研究生 Peidong Wang 是第一作者。他的合著者包括 Solomon 和 EAPS 研究科学家 Kane Stone，以及来自其他多个机构的合作者。
臭氧恢复的根源
在地球的平流层中，臭氧是一种天然存在的气体，它就像一种防晒霜，保护地球免受太阳有害紫外线的辐射。 1985 年，科学家们发现南极洲上空的臭氧层出现了一个“空洞”，该空洞在南半球的春季，即 9 月至 12 月之间打开。这种季节性的臭氧消耗突然让紫外线过滤到地表，导致皮肤癌和其他不利的健康影响。
1986 年，当时在美国国家海洋和大气管理局 (NOAA) 工作的 Solomon 带领考察队前往南极洲，在那里她和她的同事收集了证据，迅速证实了臭氧层空洞的原因：氯氟烃或 CFCs——当时用于制冷、空调、绝缘和气雾剂推进剂的化学物质。当 CFCs 漂移到平流层时，它们会在特定的季节性条件下分解臭氧。
第二年，这些启示促成了《蒙特利尔议定书》的起草——这是一项旨在逐步淘汰 CFCs 和其他消耗臭氧层物质的国际条约，希望能够修复臭氧层空洞。
2016 年，Solomon 领导了一项研究，报告了臭氧恢复的关键迹象。臭氧层空洞似乎每年都在缩小，尤其是在 9 月份，也就是它打开的季节。尽管如此，这些观察结果是定性的。该研究显示，这种恢复有多少是由于为减少消耗臭氧层物质的共同努力，或者臭氧层空洞的缩小是否是其他“强迫”因素（如厄尔尼诺现象、拉尼娜现象和极地涡旋造成的逐年天气变化）的结果，存在很大的不确定性。
“虽然检测到臭氧的统计显着增加相对简单，但将这些变化归因于特定强迫因素更具挑战性，”Wang 说。
人为修复
在他们的新研究中，MIT 团队采用了一种定量方法来确定南极臭氧恢复的原因。研究人员借鉴了气候变化界的一种方法，称为“指纹识别”，该方法由 Klaus Hasselmann 首创，他因该技术荣获 2021 年诺贝尔物理学奖。在气候背景下，指纹识别是指一种将特定气候因素的影响与自然气象噪声分开的方法。 Hasselmann 应用指纹识别来识别、确认和量化气候变化的人为指纹。
Solomon 和 Wang 试图应用指纹识别方法来识别另一个人为信号：人类减少消耗臭氧层物质对臭氧层空洞恢复的影响。
“大气中确实存在混乱的变化，”Solomon 说。“我们试图检测的是臭氧恢复的新兴信号，以对抗平流层中也发生的这种变化。”
研究人员从地球大气层的模拟开始，并在不同的起始条件下生成了多个“平行世界”，或相同全球大气的模拟。例如，他们在假定温室气体或消耗臭氧层物质没有增加的条件下进行了模拟。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。他们还进行了仅增加温室气体以及仅减少消耗臭氧层物质的模拟。
他们比较了这些模拟，以观察南极平流层中的臭氧如何随着季节的变化以及在不同高度上，对不同的起始条件作出反应。从这些模拟中，他们绘制了臭氧从数十年中逐月恢复的时间和高度，并确定了一个关键的“指纹”，或模式，即专门由于消耗臭氧层物质减少的条件造成的臭氧恢复。
然后，研究小组从 2005 年至今的南极臭氧层空洞的实际卫星观测中寻找这个指纹。他们发现，随着时间的推移，他们在模拟中识别出的指纹在观测中变得越来越清晰。 2018 年，指纹最强，研究小组可以 95% 的把握地说，臭氧恢复主要归功于消耗臭氧层物质的减少。
“经过 15 年的观测记录，我们以 95% 的置信度看到了这种信噪比，这表明观测到的模式相似性可以通过可变性噪声来解释的可能性非常小，”Wang 说。“这让我们对指纹有信心。它也让我们相信我们可以解决环境问题。我们可以从臭氧研究中学到的是，不同的国家如何迅速遵循这些条约来减少排放。”
如果这种趋势继续下去，并且臭氧恢复的指纹越来越强，Solomon 预计很快就会有一年，这里和那里，臭氧层将完全保持完整。最终，臭氧层空洞应该永远关闭。
“到 2035 年左右，我们可能会看到一年，南极洲根本没有臭氧层消耗。这对我来说将是非常令人兴奋的，”她说。“你们中的一些人会在你们的有生之年看到臭氧层空洞完全消失。人们做到了。”
这项研究得到了美国国家科学基金会和 NASA 的部分支持。
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Paper
Paper: “Fingerprinting the Recovery of Antarctic Ozone ”
[Check for open access version(s) of the research mentioned in this article.](https://news.mit.edu/2025/<https:/libraries.mit.edu/scholarly/publishing/find-oa-articles/ >)
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