影响臭氧浓度分布的因素影响臭氧浓度分布的因素江苏张付民关键词：空气动力作用，CFCs，三水硝酸，吸附和化学催化作用， 极地涡旋论点摘要：太阳紫外辐射的强弱和季节变化是影响平流层大气中 臭氧浓度高低变化的主导因素人类排放的氯氟烃气体化合物导致大气中臭氧的含量总体减少大气环流调节了高低纬间的臭氧浓度趋于均衡空气动力作用使局部地区的臭氧浓度明显减小正文：不同高度或区域的空气中，臭氧的含量是不同的影响臭 氧浓度大小的因素很多，如太阳辐射，空气动力作用，人类向大气中排放的氯氟烃化合物（CFCs ），极地上空三水硝酸的吸附和化学催化作用等等两个或多因个素叠加在一起， 使一些区域空气中臭氧的浓度大幅度降低，出现“臭氧空洞”限于阅读主体的知识结构和层次，本文简要说明上述因素对臭氧 浓度的大小及其变化规律的影响一．太阳辐射对臭氧浓度大小的影响太阳辐射是影响大气中臭 氧浓度大小的最主要因素，因为臭氧的生成与太阳辐射密切相关在 大气平流层，空气得到的太阳紫外辐射较多，氧分子分解成氧原子， 氧原子与邻近的氧分子反应生成臭氧，臭氧受强烈紫外辐射分解成氧 分子和一个氧原子或与活泼的氧原子作用形成两个氧分子上述的生 成与分解过程维持着微妙又脆弱的平衡。
向高层大气去，太阳紫外辐 射更强，物质以原子状态存在；向低层大气去，太阳紫外辐射很弱， 氧分子不能分解成为氧原子所以高层大气和对流层大气中臭氧的浓 度极低在平流层大气中，太阳紫外辐射的强弱决定臭氧量的多少 太阳黑子活动峰年时，紫外辐射强度大，臭氧量增加，有人认为多3% 太阳紫外辐射强度大致随地球纬度的增设而减弱，赤道获得强度 最大，两极最小仅仅考虑太阳紫外辐射因素，大气中臭氧的浓度应 随地球纬度的增设而减弱但是，事实情况是两极地区大气中臭氧的浓度远远大于赤道 二．大气动力作用对臭氧浓度大小的影响季节） 1．大气环流和平流层风的作用，使臭氧向两极输送，在极地冬季 极夜期间没有太阳辐射，本地的臭氧完全靠风自赤道向极地输送从 整体上看，这一作用使全球臭氧的水平分布趋于均衡注意到两极的冬季臭氧的补充取决于风自赤道向两极的 输运过程，如果有一个围绕极地旋转的强大气流，阻断了自赤道向极地的臭氧输送过程， 极地的臭氧量与夏季相比不会有很大变化2．两极地区确实存在着季节性的强大涡旋，即极地涡旋冰原地 表使得南极地区的极地涡旋比北极强大每年大约5、6 月间，在南极冬季开始的时候， 强烈的冷气团形成围绕南极的闭合风系，出现极地涡旋。
大约到11 月，气温回升时，极 地涡旋才会崩溃3．极地涡旋不仅阻断了自赤道向极地的臭氧输送过程，而且它与 极地平流层云的正反馈机制使得臭氧大量分解为了说明问题，引入两个概念：「氯贮存物质」进入平流层的物 质中有少量的甲烷（CH4 ）和二氧化氮（NO2）,它们与氟里昂在紫 外辐射作用下释放出的氯原子作用分别产生氢氯酸（HCI）和硝酸氯（CI0N02），这些物质化学性质不活泼，一 般情况下不会释放出氯原子，称为「氯贮存物质」「极地平流层云」 平流层空气极为干燥，相对湿度只有1%左右，几乎没有云、雨等天气现象，但是在漫长的极地冬夜期间，仍会 因严寒形成极地平流层云冬季极地气温下降至-83弋以下，水汽就会 附着在平流层中三水硝酸(NHO3・3H2O )的颗粒表面，凝结成冰粒大大小小的冰粒和三水硝酸颗粒是极地平 流层云的主要成份由于气温的关系，以三水硝酸颗粒为主的极地平流层云在南极最为普 遍极地平流层云不仅把氯贮存物质吸收到颗粒的界面上，并且产生化学反应，释放氯气： CIONO2+HCI-CI2+HNO3一旦9月来临，南极春季阳光普照，在 短短几个小时内，活泼的氯气被分解成两个氯原子：CI2 + hv-CI+CI。
一个释放出的氯原子，用数个月的时间通过催化反应，就可以使10 万 个臭氧分子消失首先，氯与臭氧反应，生成氧化氯自由基： CI+O3 -CIO+O2,自由基CIO非常活泼，与同样活泼的氧原子反应，生成氯和稳定的氧分子： CIO+O-CI+O2释放出的氯原子又和臭氧产生反应，因此，氯原子一方面不断消耗臭氧，另 一方面却又能在反应中不断再生，形成催化反应由于极地涡旋风速强劲，涡旋内部的空 气与外部大气完全隔离，从低纬地区吹来的风，虽然向南极输送大量温暖富含臭氧的空气， 也无法进入涡旋内部，使气温上升，因此，涡旋内部气温在极夜状态只降不升，迅速达 到极地平流层云的形成条件，臭氧分解臭氧一旦分解，停止吸收紫 外线，涡旋内部空气也就失去加热的热源，气温进一步下降，极地平流层云得到发展，同时强化了极地涡旋， 使它保持稳定状态极地平流层云与极地涡旋的相互作用使双方得到加强，科学家把这种 相互作用称为正反馈机制，使南极臭氧含量在每年大约10 月达到最低点，之后，随着温度回 升，涡旋瓦解，极地平 流层云也随之消融，南极臭氧量逐渐升高大气动力作用对臭氧 浓度的影响在不同的区域有着不同的形式 4．赤道地区气流强烈上升，对流层顶较高，低层空气的上升稀释 了对流层顶层的臭氧，使得赤道上空臭氧的浓度较低。
在青藏高原地区，上对流层平流作用把副热带低臭氧浓度空气输 送到较高纬度上空，从而引起当地臭氧总量很快减少在 200 百帕高度上，青藏高原上空 副热带西风急流北抬至北纬 40 度，致使高原上空对流层顶抬升，强大的西南气流把热带对 流层低浓度臭氧空气向青藏高原上空输送，最终导致青藏高原上空臭氧总量大幅度降低 全球范围内许多类似的高原、山地，例如美国的落基山脉、南美的安第斯山脉也由于大 气环流产生巨大的动力，导致上空存在不同程度的臭氧亏损青藏高原地面在夏季对大气 加热最强，十八公里以下大气中，垂直向上的物质输送作用很强，而将臭氧含量较少的低 层空气带向高空，冲淡高空臭氧含量热力作用与动力作用的叠加使青藏高原上空夏季的 臭氧浓度明显偏低三．氟里昂导致大气中臭氧的含量总体减少氟里 昂于 30 年代开发出来属于氯氟烃化合物（CFCs ），氟里昂是它的商品名称它不易燃 烧，不具腐蚀性，无毒，性能稳定，价格便宜，作为一种工业用化学物质，被广泛使用在 各种冷冻空调的冷媒、电子和光学元件的清洗溶剂、化妆品等噴雾剂，以及泡沫塑料 PU、 PS、PE 的发泡剂等等从20世纪的30年代初到90年代的五六十年中，人类总共生产了 1500 万吨氯氟烃。
在对氟里昂实行控制之前，全世界向大气中排放的 氟里昂已达到了2000 万吨由于它们在大气中的平均寿命达数百年，所以排放的大部分仍留在大气层中， 其中大部分仍然停留在对流层，一小部分随着大气运动进入平流层氟里昂进入平流层后 在强烈的紫外辐射作用下,释放出一个氯原子：CCI3F+hv- CCI2F+CI氯原子不断消耗和催化分解臭氧由于氯原子也能与甲烷（CH4 ）和二氧化氮（NO2 ）等物质作用产生氯贮存物质，所以单纯 从化学的角度来看，氟里昂对臭氧的破坏有限由于世界各主要工业国家多 位北半球，因此北半球大气中CFCs的平均浓度较南半球高CFCs排出后在大气中迅速扩 散，南北两半球的大气，要穿越赤道完全混合，需時约2年北半球大气中CFCs的平均年 增率为4-5%，而南半球CFCs的平均浓度则较北半球约低8-10%，故 南半球的 CFCs 大约也刚好是以落后北半球2年的时间，而以相同的速率在增加中大范围臭氧浓度不断降低， 罪魁祸首是人类排放的氟里昂北纬45〜65度之间的各地，在1992〜1993年冬春之 交，臭氧含量均是历年来的最低值1994 年，北半球上空的臭氧层比 以往任何时候都薄，欧洲和北美上空的臭氧层平均减少了 10％－15％，西伯利亚上空甚至减少了 35％。
由此 可見，北极和北半球上空的臭氧都己岌岌可危我国科学工作者发现全国臭氧总量都在不 断被消耗，同时发现青藏高原 6 至 9 月形成了大气臭氧低值中心拉萨地区上空臭氧总量 比同纬度地区低11%，且1979年至1991年间臭氧总量平均年递减率 达 0.35%总之，一个区域上空臭氧浓度的高低受多种因素的影响人类未 出现以前，对流层臭氧浓 度的不均匀分布本来就存在着人类的不合理活动导致原有的臭 氧低值区出现“臭氧空洞”，这是全人类应关注的环境问题。