1982年10月,英国南极科考队员约瑟夫·法曼有些烦恼,因为臭氧观测数据似乎出了点问题,其观测到的臭氧数值大幅低于之前的正常值。一般而言,南极这个季节正常的臭氧读数约在300DU左右,而其观测到的数值只有200DU左右,降幅达到1/3。
约瑟夫的第一判断是仪器出了故障,毕竟在南极的冰天雪地里,这实在太正常了,尤其是测量臭氧的多布森光谱仪。它经常在室内室外被拉进拉出,这种折腾之下,仪器故障难以避免,何况它已经老了,哪怕天天“罢工”也不奇怪。
▲1985年,英国南极科考队约瑟夫·法曼和同事布莱恩·加德纳、乔恩·尚克林(从左到右)发现了南极臭氧洞。
而且,美国自1978年就发射了Nimbus-7卫星,这颗卫星上搭载有测量大气臭氧总量的光谱仪TOMS,可以对全球臭氧进行实时监测。而美国航空航天局(NASA)的科研人员并没有报告任何异常,这也让约瑟夫觉得确实是仪器出了问题。
第二年,再次来哈雷湾观测站时,约瑟夫带来了新的臭氧观测仪器。可是,观测结果依然比正常值出现了大幅降低,且降低程度比去年还要严重。到底出了什么问题?难道仪器经不起长途颠簸,又出故障了?
于是,约瑟夫把自1956年建站以来的臭氧数据都拿来进行分析。他发现,从1977年开始,观测站上空10月份的臭氧总量总是比一年中的其他时间低,而且与前些年同期相比更是低很多。到底发生了什么?他想要向国际社会报告这个异常情况。可如果仅这一个观测站出现臭氧观测值降低的问题,并不能证明整个南极洲都出现了这样的情况——而且还不能排除仪器故障的因素。
为了获得更多数据,在1984年观测时,约瑟夫团队专门到南极哈雷湾西北1000多英里的地方去做观测。结果,他们发现这里也存在南极春季臭氧大幅降低的情况。至此,现有的观测证据似乎足够说明问题。
尽管约瑟夫团队对这项研究很有信心,但这一现在被认为是环境领域最重要的发现,在当时却并不被看好。约瑟夫的上级领导一直试图压制或推迟文章发表,他们一致认为文章不够成熟,无论是数据还是对于归因的讨论都有瑕疵,“如果他们的结论最终被证实是错误的,那实在太尴尬了”。
1985年5月16日,《自然》杂志发表了由约瑟夫和同事布莱恩·加德纳、乔恩·尚克林的文章。文章指出,从20世纪70年代中期起,南极哈雷湾观测站每年的臭氧总量都出现了严重损耗,到80年代初,10月份平均的臭氧损耗超过40%。至此,臭氧洞问题走入全球视野。
论文一经发表,立即引起全球关注。NASA开始重新检查自己的卫星观测数据,进而吃惊地发现南极上空已经形成了一个巨大的臭氧洞——有一块区域的臭氧浓度大幅低于周围,就像形成了一个“洞”。他们还发现,这个“洞”的面积已经超过美国国土面积。
为什么NASA的卫星资料一直没有发现南极上空这一重大变化?实际情况让他们有点哭笑不得。因为Nimbus-7卫星24小时不停地观测全球大气状况,科学家来不及对卫星产生的海量数据进行仔细分析,而且数据里还存在大量误差和错误。为解决这一问题,NASA的科研团队专门为此建立了数据处理的程序模块,对异常高和异常低的数值进行自动识别。因此,当臭氧洞区域异常低的数值出现时,程序将其识别为“不可能”的数据——这种“不可能”被归因于仪器故障和误差。因此,即使NASA的科学家拥有南极广大地区的卫星资料,他们依然错失了这一重大发现。
作者:魏科(中国科学院大气物理研究所副研究员)
图片:英国南极调查局网站
编辑:许琦敏
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