世界气象组织（WMO）年初发布的最新评估报告指出，经过全球各国的共同努力，在逐步淘汰了近99%的消耗臭氧层物质后，不仅大气臭氧洞的持续恶化已得到遏制，而且臭氧层还在显著恢复。
尽管两极臭氧洞的完全恢复还需几十年、上百年，但这说明通过人类的努力，减缓甚至扭转环境恶化的趋势并非不可能。然而，要让臭氧层完全复原，甚至逆转全球气候变暖的趋势，人类还需要对地球各圈层之间的相互作用有更深入的认识，并付出持之以恒的努力。
2023年初，世界气象组织发布了关于臭氧损耗状况的最新评估报告。这份报告指出，经过全球各国的共同努力，近99%的消耗臭氧层物质被逐步淘汰。这不仅遏制住了臭氧洞的持续恶化，而且使臭氧层显著恢复，减少了有害紫外线对于地球生命的辐射伤害。目前，臭氧层修复已走上正轨，有望在40年内复原。具体而言，南极和北极上空臭氧层有望于2066年左右和2045年恢复，全球其他地区则有望于2040年恢复到1980年的水平。
不过，情况真的这么乐观吗？
南北极上空相继出现臭氧洞
1985年，英国南极科考队约瑟夫·法曼等在著名杂志《自然》上发表文章，揭示了南极哈雷湾观察站自20世纪70年代中期出现的严重臭氧损耗，从而使南极臭氧洞这一严重的环境危机走入全球视野。
臭氧洞的发现引发了全球的极大震动和担忧，围绕臭氧层保护的各项工作被迅速推进。为了制定具有实质性控制措施的新协议，1987年9月，由联合国环境规划署（UNEP）组织的“保护臭氧层公约关于含氟氯烃议定书全权代表大会”在加拿大东部城市蒙特利尔召开，出席会议的有36个国家和地区、10个国际组织的140名代表和观察员，中国政府也派代表参加了会议。
当年9月16日，24个国家和地区签署了《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》，对五项氟氯碳化物、三项哈龙的生产、使用控制基准、淘汰时间表和贸易做了严格的管制规定。这些物质主要用于制作发泡剂、制冷剂、喷射剂、清洗溶剂、灭火剂等溶剂。
上世纪80年代后期，南极臭氧洞几乎每年都会季节性地发生，且面积越来越大。1992年和1993年10月，臭氧损耗非常严重，平流层部分区域臭氧浓度下降了99%。1998年12月，世界气象组织观测发现，南极上空的臭氧层空洞连续近100天面积超过1000万平方千米，同年9月的空洞最大面积更是创纪录地达到了2790万平方千米。
南极臭氧洞最大面积出现在2000年9月9日，面积达到创纪录的2990万平方千米（图1）。如此大规模的臭氧洞已经能危及到南美洲大陆最南端的火地岛和阿根廷圣克鲁斯的南部地区。
不仅是在南极上空，臭氧洞事件也出现在北极，只是出现的频率比较低，大约每10年一次。历史上，北极在1997年和2011年都出现了较大规模的臭氧洞。2020年3月，北极地区再次形成了更大的臭氧洞，此次臭氧低值区域面积约600万平方公里，几乎达到3个格陵兰岛的大小（图2）。其中，符合臭氧洞标准（臭氧总量数值低于220DU）的面积超过了100万平方千米。这说明臭氧总浓度的减少是全球性的。
“治愈”路上的第一缕曙光
《蒙特利尔议定书》通过之后，为了加快进程、纳入更多发展中国家，并扩大禁止化合物种类等目的，《伦敦修正案》《哥本哈根修正案》《维也纳调整案》《蒙特利尔修正案》《北京修正案》等先后获得通过，使得发达国家和发展中国家之间“共同但有区别的责任”的原则真正落地。目前，全球所有国家和地区都加入了这一协议。联合国第七任秘书长科菲·安南曾盛赞《蒙特利尔议定书》是“迄今为止唯一最成功的国际协议”。
在协议签署后的十余年间，共有超过85%的消耗臭氧层物质被淘汰。时至今日，氯氟烃的使用已经减少了99%，更多消耗臭氧层物质的使用也都在减少。
直到2000年，随着人类对臭氧层破坏的减轻，大气层的自我修复功能开始发挥作用，臭氧层的“健康状况”开始停止恶化。2016年6月30日，美国麻省理工学院地球、大气和行星科学系著名大气化学家与气候学家苏珊·所罗门教授等人在国际著名学术刊物《科学》上发表文章，向全世界报告了一个好消息：南极臭氧洞正在修复。这被看做南极臭氧洞“治愈”之路上的第一缕曙光。
自1989年起，国际社会每隔4年发布一次全球臭氧层损耗的科学评估报告。最新一版报告发布于2022年的第十次评估。这次报告称，自《蒙特利尔议定书》执行以来，全球各国家和地区为减少臭氧层损耗，积极采用替代物，逐步淘汰消耗臭氧层物质（ODS）。ODS总氯浓度较1993年3660ppt（干空气中每万亿个气体分子所含的该种气体分子数）的峰值水平下降了11%以上，总溴浓度也从1998年的22.1ppt下降了15%以上。
不过，用“病来如山倒，病去如抽丝”来形容南极臭氧洞的恢复再合适不过。尽管为了应对臭氧层损害带来的环境危机，国际社会在《蒙特利尔议定书》签署之后已经努力了35年，但根据美国航空航天局（NASA）的臭氧监测数据，2022年10月5日，南极臭氧空洞面积依然达到2600万平方千米（图3），10月1日中心最低数值达到97DU（臭氧总量单位，1DU为标准大气压下0.01毫米的厚度），只有正常值的1/3不到。
由此可见，南极臭氧损耗依然严重，人类恢复臭氧层的努力仍处于“行百里者半九十”的艰难阶段。
恢复之途与全球变暖相互交织
全球逐步淘汰消耗臭氧层化学品的行动，也对减缓气候变化有积极影响。因为大多数ODS物质都是温室气体，有些还是强温室气体。例如，CFC—11（三氯一氟甲烷）的全球变暖潜能值（GWP）达到5160，这意味着它引起的增暖效应是同等质量二氧化碳的5160倍；CFC—12（二氯二氟甲烷）的GWP值为10300，CFC—113（三氯三氟乙炔）的GWP值为6080。替代氟利昂的过渡性替代物质HCFCs和HFCs物质也都是强温室气体，例如HCFC—141b的GWP值为2070，HFC—23的GWP值为12690。
国际社会先后通过《蒙特利尔议定书》的《北京修正案（1999）》和《基加利修正案（2016）》，先后对HCFCs和HFCs制定了淘汰时间表，从而实现应对臭氧损耗和全球变暖的协同效应。
然而，臭氧损耗和全球变暖之间并非简单的相辅相成。实际上，它们之间有着更为复杂的关联。
2022年10月发布的臭氧评估报告显示，臭氧的恢复之途不仅与大气中含卤物质的持续减少有关，而且与全球变暖相互交织。这主要因为温室气体飙升造成的全球气候变化，在地球表面温度升高的同时，还会引起全球环流调整，尤其是会引发布鲁尔—多布森环流（BDC）的加强。
BDC是一个自热带上升、到两极下沉的全球环流圈。这一环流圈的增强，会将热带地区富含臭氧的空气输送到两极，并通过向下输送，将臭氧层中损耗臭氧的卤族物质输送到低层大气，最终有助于臭氧损耗物质的清除。
因此，如果未来全球保持高碳排放，全球变暖继续加速，反倒有助于臭氧层中臭氧损耗物质的清除，全球臭氧层的恢复时间有望提前。如果全球转型低碳社会、全球变暖受到遏制，臭氧层的恢复则会偏晚。
根据预测模型，若全球按照中等排放情景发展，北半球中纬度地区（35°N—60°N）将于2035年前后恢复到1980年的臭氧层水平，南半球中纬度地区（35°S-60°S）会在2045年前后恢复到1980年的臭氧层水平，两个半球中低纬度恢复的总体平均时间是2040年前后。
两级的臭氧损耗恢复则需要更长时间。在中等排放情境下，北极到2045年，南极到2066年，臭氧层才能恢复到1980年的水平。实际上，在1980年之前，南极臭氧层已经出现了损耗，这意味着若要恢复到臭氧洞出现之前的1960年的水平，则需要更长时间。按照这次评估报告，南极的臭氧洞起码要等到2100年之后才能恢复。由此可见，环境一旦破坏，恢复难度有多高。
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臭氧层与地球生命
臭氧层大约出现于6亿年前，它是地球生命的重要保护伞，吸收了绝大多数对地球生命有害的太阳紫外线。在臭氧层形成之前，太阳光中的紫外线毫无遮拦地照射到地球表面，在致命紫外线的长期照射下，地球表面看不到任何生命迹象。因此，6亿年前的生命都匍匐于深海之中，演化非常缓慢。而当臭氧层形成之后，海洋表面和陆地都变得安全起来，这使得生命进化大大加速。
约5.4亿年前，地球上发生了波澜壮阔的“寒武纪大爆发”，突然涌现出了各种各样的生物。它们从深海到浅海，又从浅海到陆地，这才有了后来的恐龙和今天的人类。
臭氧层的稳定关乎目前地球生命的健康。根据世界卫生组织的评估，若平流层臭氧减少1%，全球白内障的发病率将增加0.6%—0.8%，全球每年因白内障而失明的人将增加1万—1.5万人；若臭氧浓度下降10%，非恶性皮肤瘤的发病率将增加26%，人体免疫系统机能将会减退。此外，紫外线中的UVB还会破坏植物的叶绿素，影响植物的光合作用，使农作物减产。
作者：魏科（中国科学院大气物理研究所副研究员）
编辑：许琦敏
责任编辑：任荃
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