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武汉市夜间臭氧突增事件特征及成因分析

武汉市,平流层入侵,自组织映射,夜间臭氧突增

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

近年来，在缺乏光化学生成的夜间，我国多地频繁出现臭氧浓度不降反升的夜间突增（nocturnal ozone enhancement, NOE）事件，引起大气环境领域的广泛关注。武汉作为华中地区的重要枢纽城市，该现象亦日益凸显，但是其特征和影响机理尚不清楚。本研究基于地面观测资料、ERA5再分析数据以及CAM-chem模式模拟的平流层臭氧示踪物（O₃S），系统分析了2017—2023年武汉暖季（4—9月）NOE事件的发生特征及其驱动机制。

分析期间共识别出148次NOE事件，其年、月和时次分布特征表现为：2019年发生最多、6月最频繁以及04时–05时最常出现。在机制分析方面，首先评估了平流层输送的贡献，通过设置O₃S浓度的阈值筛选出15个O₃S高值影响日，发现在高空槽后下沉气流背景下，富含臭氧的平流层空气可侵入对流层并影响近地面。对于非平流层主导的NOE事件，利用自组织映射（SOM）方法对当地时间20:00的850 hPa位势高度场进行客观分型，共提取出6类天气环流形势。其中，1类环流形势下水平输送特征不明显，而夜间低层较强风速有利于增强垂直混合作用，促进残余层高O₃下传并引发NOE；其余5类对应不同配置的高、低压系统及外围环流形势，主要通过低层平流输送影响武汉夜间臭氧变化。总体而言，武汉市NOE事件主要受控于大气输送与混合过程，具体表现为平流层入侵、水平平流输送以及垂直混合作用的协同影响。