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切断低压环流作用下近地面O3“偶极型”异常分布的气候特征及其形成机制

切断低压,平流层入侵,近地面臭氧,亚洲地区

主题2 大气物理、化学、环境 > 专题2.2 大气污染-天气气候相互作用

应用大气化学-气候模式CESM2开展了1981–2020年的气候模拟，结合追随切断低压中心的拉格朗日动态坐标系与滑动时间窗口合成分析方法，全面阐明了切断低压环流系统对近地面O₃浓度时空分布影响的气候特征及作用机制。研究表明，副热带西风带切断低压全年均呈现冷性气旋式环流结构，但其强度和空间尺度具有显著季节差异，能够改变大气热力和动力结构，调制近地面O₃响应幅度及形成机制的季节性变化。切断低压环流系统可诱发近地面O₃“偶极型”异常响应格局，表现为涡旋中心附近O₃水平显著降低，而系统南部以O₃浓度升高为主的气候特征，在春夏季尤为突出。此类近地面O₃异常变化“北负南正”的偶极型空间结构来源于切断低压环流强迫下平流层O₃跨层输送与对流层动力化学过程的协同作用。春季近地面O₃异常受到对流层大气动力和化学过程与平流层O₃输入的双重调制，其中切断低压中心区域受冷空气活动影响，光化学反应减弱，导致近地面O₃大幅度降低，而系统外围的补偿性下沉则增强了平流层O₃的向下输送，显著抬升了系统外围南部的近地面O₃水平。夏季偶极型结构则由对流层动力-化学过程过程主导，中心区光化学活性降低抑制O₃生成，而南部下沉气流控制的晴空区辐射增强则有利于区域O₃生成和累积。同时，对流层低层气旋式环流驱动的水平输送加强了近地面O₃的空间再分布。秋冬季切断低压南部的O₃正异常同样体现了平流层O₃跨层输送的影响作用，但其强度相对春季较弱。研究结果拓展了大气环流系统对近地面大气环境影响的科学认知，突出了切断低压通过促进平流层O₃跨层输送增强天然源对区域空气质量影响的复杂作用，为应对极端天气与大气污染过程的复合风险具有指导意义。