中大胡逸航博士后、兰大田文寿教授等合作成果在Nature旗下权威期刊《Communications Earth & Environment》上发表！

近年来海温趋势阻碍南极平流层臭氧恢复——《Communications Earth & Environment》

2025年11月27日，中山大学胡逸航博士后及兰州大学田文寿教授等多名研究人员在NATURE旗下权威期刊《Communications Earth & Environment》上发表最新文章“Recent sea surface temperature trends hinder Antarctic stratospheric ozone recovery”。该研究发现，在本世纪臭氧损耗物质排放量持续减少背景下南极10月至11月臭氧恢复仍不显著，进一步的分析表明本世纪海温增加趋势在阻碍南极平流层臭氧恢复方面扮演了重要角色。研究结果为进一步理解南极平流层臭氧变化的机制及预测未来的南极臭氧变化提供了参考。

英文题目：Recent sea surface temperature trends hinder Antarctic stratospheric ozone recovery

中文译名：近年来海温趋势阻碍南极平流层臭氧恢复

发表期刊：Communications Earth & Environment

线上发表时间：2025年11月27日

正式刊印时间：2025年12月30日

第一作者：Yihang Hu

通讯作者：Wenshou Tian

完成单位：兰州大学和中山大学

原文链接：https://www.nature.com/articles/s43247-025-03042-1#citeas

图1 南极臭氧的时间序列及趋势

文章摘要

近期关于大面积南极臭氧洞的报道表明南极臭氧的恢复仍存在不确定性。本研究证明了在本世纪臭氧损耗物质排放减少的背景下，海温趋势起到了阻碍南极臭氧恢复的作用。观测数据表明，2000- 2021 年期间，9 月南极平均的臭氧柱总量显著恢复，但 10-11 月南太平洋平流层中层臭氧却显著减少。数值实验表明，在仅考虑臭氧损耗物质减排时，整个南半球春季南极臭氧均显著恢复。然而，叠加观测到的海温线性增量会导致 10 月至 11 月南太平洋平流层臭氧显著减少，并使整个春季的平均恢复量降低约 46%。再分析数据和模拟均表明，海温强迫减弱了南极平流层的行星波活动，导致南太平洋区域上空平流层降温及硝酸减少。这些变化增加了该区域活性卤素与卤素存储物的比例，从而促进臭氧消耗。

研究背景

人为排放的臭氧损耗物质（ozone depleting substances, ODS）是导致上个世纪南极平流层臭氧损耗的主要原因。为保护臭氧层，世界各国签署了《蒙特利尔协定》及其附属条约以限制ODS的排放。由于卫星及陆基站点均观测到本世纪南极平流层臭氧的恢复信号，且与臭氧损耗密切相关的平流层和对流层环流趋势均被发现在本世纪出现停滞或反转，《蒙特利尔协定》在总体上被认为是成功的。根据世界气象组织最新发布的臭氧损耗评估报告，南极春季的臭氧柱总量将于2065年左右恢复至其1980的水平。然而，有研究报道了南极近年来仍会出现异常偏大的臭氧洞，这些极端事件会导致紫外辐射直接入侵的风险增加，并表明未来南极臭氧的恢复仍存在多重不确定性。在先前的研究中，氟氯化碳的计划外排放、极短寿命臭氧损耗物质排放增加、野火事件产生的气溶胶、火山喷发事件以及平流层动力过程均被发现与臭氧损耗物质减排背景下的南极臭氧损耗事件存在联系，但这些研究尚未阐明本世纪南极春季臭氧的整体趋势。考虑到海温变化可通过扰动动力过程影响极地平流层，且研究团队在先前的工作中发现本世纪南极春季行星波的减弱趋势与海温趋势存在密切关联，本研究重点关注了海温趋势对本世纪南极春季的臭氧恢复有何影响。

试验设计

该研究使用地球系统模式CESM1.2.0开展模拟试验，采用的海温强迫数据来自ERSST v5数据集，采用的ODS排放数据来自WMO（2018）发布的A1排放场景（数据覆盖时段：1951-2099年），论文考虑了10种主要的ODS（CCl4、CF2ClBr、CF3Br、CFC-11、CFC-113、CFC-12、CH3CCl3、CH3Cl、HCFC-22）从1998-2023年的变化。各组试验除ODS排放和海温强迫存在差异外，海冰、温室气体及气溶胶强迫均保持一致。具体试验方案如下：

控制试验（E0）：模式中各月的全球海温强迫数据固定为1980-2000年的多年平均。各月的ODS排放数据固定为1998-2002年的多年平均。

敏感性试验（E1）：模式中各月的全球海温强迫数据与E0相同。各月的ODS排放数据固定为2019-2023年的多年平均。

敏感性试验（E2）：模式中各月的全球海温强迫数据为在E0的基础上叠加2000-2021年全球海温的线性增量。各月的ODS排放数据固定为2019-2023年的多年平均。

主要结论

1.观测及再分析数据（SBUV v8.7、SWOOSH、MSR-2）表明，2000-2021年9月南极区域（60°S-90°S）平均的臭氧柱总量存在显著的恢复趋势，而10-11月南太平洋上空的中平流层存在显著的臭氧损耗；

2.在ODS减排及海温线性增量强迫下，数值模式可以捕捉到9月南极臭氧显著恢复以及10-11月南极臭氧减少的现象。在模拟结果中，叠加海温线性增量使得9-11月南极臭氧的平均恢复量减少了约46%。

3.海温强迫使得南半球中高纬度对流层波源减弱以及南极平流层行星波活动减弱，这进一步导致南极的南太平洋区域上空平流层温度下降，脱硝过程增强，活性卤素与卤素存储物的比值增加，促进了这一区域的臭氧损耗。

图2 模式模拟的南极臭氧柱总量对臭氧损耗物质减排和海温趋势的响应

图3 MERRA-2再分析数据中南极平流层行星波的趋势以及模式模拟的南极平流层行星波对臭氧损耗物质减排和海温趋势的响应

图4 Aura-MLS卫星观测的南极平流层硝酸浓度趋势以及模式模拟的南极平流层硝酸浓度对臭氧损耗物质减排和海温趋势的响应

图5模式模拟的南极平流层活性卤素与卤素存储物比值对海温趋势的响应

图6海温趋势影响南极平流层臭氧的机制示意图

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