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基于全大气层社区气候模型的闪电诱发电子沉降全球化学响应模拟研究

辐射带高能电子沉降,磁层-大气层,臭氧,大气

主题1 天气、气候、全球变化、行星大气 > 专题1.30 低层大气与临近空间耦合

闪电作为地球大气的剧烈放电现象，其产生的影响不仅局限于对流层。作为内磁层高能电子损失的关键驱动因素，闪电产生的哨声波会上传至磁层，通过波粒相互作用改变电子的俯仰角，从而诱发闪电诱发电子沉降（LEP）。这一过程将地表的能量与中层大气的化学平衡紧密联系在一起。尽管 LEP 是空间物理中的重要现象，但其对大气化学成分，尤其是对中层大气臭氧收支的长期全球性影响，长期以来未能得到充分评估。以往的模拟研究由于仅关注短寿命的孤立事件，得到的 LEP 相关的化学效应较为微弱。本研究基于观测到的时空特征，采用全球 LEP 事件的随机系综，并结合全大气层社区气候模型（WACCM），量化了这些事件对中层大气的集体影响。



研究结果表明，LEP 分别使中间层 NOx 和 HOx 增加了高达 60% 和 20%，导致臭氧损耗高达 50%。在平流层中，LEP 使 NOx 增加达 23.75%，使 HOx 减少 18.87%，并引起 4.8% 的臭氧相对波动。此外，由于储库物种的积累，到 8 月下旬，下平流层的臭氧损耗达到约 1%。这些结果强调了全球 LEP 事件在塑造全球臭氧收支中不可忽视的作用，为近地空间环境与地球大气之间的耦合提供了新的见解。