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議題背景：

2023年4月3日晚間23:00，國際期刊《自然－地球科學》發布最新研究〈2010-2020年全球消耗臭氧層的氟氯烴氣體濃度增加〉（Global increase of ozone-depleting chlorofluorocarbons from 2010 to 2020）。蒙特婁議定書規範，全球從2010年起應禁用氟氯烴，但這份研究發現有五種氟氯烴氣體在大氣中的濃度仍明顯增加。然而，在今（2023）年初，世界氣象組織（WMO）才發布報告，指出臭氧層正在修復，並肯定蒙特婁議定書禁用氟氯烴對臭氧層恢復的幫助。台灣科技媒體中心邀請專家協助解析，我們該怎麼理解臭氧層目前是否遭受損害？

研究原文：Western, L. M., Vollmer, M. K., Krummel, P. B., et. al. (2023). "Global increase of ozone-depleting chlorofluorocarbons from 2010 to 2020." Nature Geoscience.

專家怎麼說？

2023年04月07日
國立中央大學大氣科學系助理研究員 歐陽長風

Q1. 這篇研究最重要的研究成果是什麼？我們可以從研究觀測到氟氯烴（CFC）濃度增加，推論蒙特婁議定書的禁用條約失敗了嗎？

該研究發現2010至2020年間五種氟氯烴（CFC-13、CFC-112a、CFC-113a、CFC-114a和CFC-115）於全球大氣中的濃度明顯增加。按蒙特婁議定書的規範，2010年起各國應禁用氟氯烴，但仍可做為生產其替代物氫氟烴（HFC）的原料，推論製造氫氟烴過程中，可能釋放這五種氟氯烴至大氣中，因而造成濃度上升。

氟氯烴化合物種類繁多，根據美國國家海洋暨大氣總署（NOAA）研究團隊的監測結果[1]，大氣中濃度最高且臭氧層破壞能力最強的前幾名氟氯烴化合物如CFC-12、CFC-11、CFC-113，這三種氟氯烴於2021年的全球背景濃度依序為493 ppt[2]、222 ppt、68 ppt。蒙特婁議定書也管制非氟氯烴的臭氧層破壞物質，如四氯化碳（CCl4）在2021年濃度為77 ppt，上述各化合物均遠高於該研究所觀測到的五種氟氯烴濃度（皆低於9 ppt）。相較於對臭氧層的破壞力更大的化合物，嚴格來說，這五種氟氯烴濃度的上升僅抵銷一部分蒙特婁協議的成效，但仍需注意它們對於全球暖化的增溫潛勢。

Q2. 這份研究的限制是什麼？

監測數據為各種不同來源排放至大氣並混合後的結果，因此無法確認排放源，就難以進一步追蹤。例如研究提到的CFC-13及CFC-112a排放源就尚未確定。舉例來說，以電漿弧光技術銷毀使用CFC-12舊設備的過程中，也可能產生CFC-13，此外目前也無詳實的記錄，說明全球使用該技術的比例或數量。同時煉鋁業也可能排放少量的CFC-13。另外CFC-112a濃度於2013年之後再度上升的原因尚不清楚，目前僅能依照其濃度變化量推測，可能與生產含氟乙烯基醚（可用於防水抗污）時的溶劑或原料而相關。

Q3.  然而今年年初，世界氣象組織（WMO）才發布報告，指出臭氧層正在逐漸恢復。這份研究的結果似乎與年初的報告相互矛盾，我們應該要怎麼理解這兩份研究的觀點，才符合科學實際的情況？

兩者不相衝突，原因如同前述，不同氟氯烴物種破壞臭氧層能力有所差異。WMO報告指出，和1993年相比，2020年傳入平流層可破壞臭氧層的氯和溴的總量分別下降11%與15%，即減少420 ppt的氯與3.2 ppt的溴。另根據NOAA所估算的南極臭氧層破壞氣體指數（ODGI-A）[3]，2010至2020年間已從90.5下降至76.7，表示破壞臭氧層的成分已逐年減少。

Q4. 目前在台灣附近，是否也有監測到與研究相近，氟氯烴氣體增加的情況？

我們曾於1998年及2012年在台北進行過採樣分析[4]，結果顯示蒙特婁議定書所規範的5種主要物質濃度普遍明顯降低，接近背景大氣的特徵。其後於2013至2016年間在富貴角與恆春等地進行監測，結果顯示CFC-113a濃度呈現上升趨勢[5]，而且樣品中CFC-113a與CFC-114a的濃度變化甚鉅[5、6]，並明顯高於全球背景值，顯示存在不小的排放源，研究指出其來源可能為中國東部沿海地區或韓國半島。
針對蒙特婁議定書的主要氟氯烴物種如CFC-11，WMO報告[7]指出2012年後全球CFC-11濃度下降的速率較預期為慢，可能為中國山東及河北地區未通報的排放所致，估算造成2012至2019年間之CFC-11排放量增加約12至44萬噸，雖對臭氧層的破壞並不顯著，但南極臭氧洞的復原進程可能因此延緩約0.5至3.1年。

2023年04月07日
國立中央大學大氣科學系特聘教授 王國英

Q1: 這篇研究最重要的研究成果是什麼？我們可以從研究觀測到氟氯烴濃度增加，推論蒙特婁議定書的禁用條約失敗了嗎？

本篇發表在《自然－地球科學》期刊的最新觀測與模擬資料，顯示從1987年蒙特婁議定書管制使用的氟氯烴化合物中的5主要物種，自2000年到2020年間觀測到的濃度變化情形。 本篇研究所使用的資料，是來自全球的5個氟氯烴化合物測站的長期觀測資料。

這些觀測自1970年代起，連續的收集大氣中裡面這些觀測物種的濃度。 以氯化鉲（CfCl₃）而言，其大氣的觀測濃度在1978年為130-180ppt （見圖一），到了本研究所顯示的觀測濃度，已經下降到小於1-10 ppt的範圍，這顯示，蒙特婁議定書的管制，非常有效果。用觀測來驗證蒙特婁議定書所管制的氟氯烴化合物的使用情況，以及議定書的規範是否有被遵守，也是全球5個氟氯烴化合物觀測測站的主要目的。透過長期不間斷的收集觀測資料，是用來驗證這個管制公約是否有效的最好方法。

圖一 CFCl₃ 的觀測情形[8]

本研究顯示這些氟氯烴物種在大氣的存在時間都超過90年以上，因此觀測資料所見在2005到2010年期間，部分物種的濃度有明顯的開始呈現上升的現象，這顯示還有部分的地區依然在少數的使用這些被管制中的氟氯烴氣體，而這個研究也再次驗證先前類似的研究，顯示當蒙特婁議定書所管制的這些物種的濃度，下降到1到10ppt 範圍時，濃度不會再持續的下降。

從觀測與模擬資料的結果顯示，2020年底的時候 ，北半球的觀測濃度最高，其次為赤道地區的觀測，南半球的觀測值最低。這樣的分佈特徵與模擬的結果一致，這個從南半球到北半球之間所呈現的氟氯烴的濃度梯度，跟1970年代開始觀測時，所觀測到的濃度梯度特徵一致。這顯示本研究所知從2005到2010年期間這些物種觀測濃度的上升，是來自北半球部分地區仍然在使用這些被管制中的物種。

 Q2. 這份研究的限制是什麼？

本研究所討論的五個物種，其在大氣的存在時間為90年到640年，因此透過模擬的方式，可以用來呈現部分地區有排放異常的時候，對觀測結果所產生的影響。這是目前最為常用的一個科學的方法。本研究的一個局限，是未重建過去資料，來驗證其研究方法的有效性。本篇文章應以其所使用的模式，重建從1970年代到2000年期間的氟氯烴觀測結果，然後再來討論2000年至2020年期間，所看到的這些異常上升現象的可能原因，以及可能來自的地區。本篇研究尚未看到他們驗證其所使用的研究方法，亦即對過去1970年到2000年這段期間觀測資料的重建。

Q3.  然而今年年初，世界氣象組織（WMO）才發布報告，指出臭氧層正在逐漸恢復。這份研究的結果似乎與年初的報告相互矛盾，我們應該要怎麼理解這兩份研究的觀點，才符合科學實際的情況？

本篇的觀測資料再次顯示蒙特婁議定書的這5個管制的物種，其濃度下降至10個ppt以下。這樣的趨勢，跟聯合國世界氣象組織最新發表的臭氧層恢復趨勢一致的。因為氟氯烴濃度在下降，所以才能降低平流層臭氧在極區春季減少的趨勢，兩者沒有矛盾的現象。本研究的亮點是呈現觀測上面所看到的行為，以及他們從觀測資料的模擬上面所推論出可能來自的地區。

 Q4. 目前在台灣附近，是否也有監測到與研究相近，氟氯烴氣體增加的情況？

目前台灣附近並沒有固定的測站，氟氯烴的觀測主要依賴來自於全球5個從1970年代啟用到現在的背景測站，透過超過50年以上時間的長期資料的收集，這些背景測站所提供的資料，用來驗證蒙特婁議定書的管制是否有效。這與夏威夷的二氧化碳長期觀測資料，以及全球大氣輻射物種的測站相似，都是用來收集全球長期的背景值，以了解條約是否有效，或是否需要進一步管制。這些測站的設置與長期觀測，需要投入大量的資金及科技，同時必需要長期收集資料才有效果。

參考資料與注釋：

[1] Montzka, S.A. (2022). THE NOAA ANNUAL GREENHOUSE GAS INDEX (AGGI).

[2] ppt（parts per trillion）是一個濃度單位，1 ppt等於一兆分之一。

[3] Montzka, S.A., Dutton, G.S., & Vimont, I. (2022). The NOAA Ozone Depleting Gas Index: Guiding Recovery of the Ozone Layer.

[4] Ou-Yang, C.F., Chang, C.C., Chen, S.P., et. al. (2015). Changes in the levels and variability of halocarbons and the compliance with the Montreal Protocol from an urban view. Chemosphere, 138, 438-446.

[5] Adcock, K.E., Reeves, C.E., Gooch, L.J., et. al. (2018). Continued increase of CFC-113a (CCl₃CF₃) mixing ratios in the global atmosphere: Emissions, occurrence and potential sources. Atmospheric Chemistry and Physics, 18, 4737-4751.

[6] Laube, J.C., Mohd Hanif, N., Martinerie, P., et. al. (2016). Tropospheric observations of CFC-114 and CFC-114a with a focus on long-term trends and emissions.Atmospheric Chemistry and Physics, 16, 15347-15358.

[7] WMO (2021), Report on the Unexpected Emissions of CFC-11 (WMO-No. 1268).

[8]K.-Y. Wang and D. E. Shallcross  (2000). A modelling study of tropospheric distributions of the trace gases CFCl3 and CH3CCl3 in the 1980s.Ann. Geophys., 18, 972–986,