科研进展

ERL: 基于全球大气化学传输模式量化平流层入侵对华北平原夏季近地面臭氧的影响

  目前,以PM2.5为主的灰霾现象逐步得以遏制,但是以O3为主要污染物的光化学污染逐年加重。对流层内光化学反应以及平流层臭氧向下输送是近地面臭氧的主要来源。我国关于平流层入侵的研究,主要针对青藏高原,东北等清洁地区,利用多源观测资料以及拉格朗日模式进行定性分析。然而,平流层入侵对近地面臭氧污染较为严重的华北平原的影响并没有得到量化。为了评估平流层入侵对华北平原近地面臭氧影响的重要性,中国科学院大气物理研究所LAPC国家重点实验室博士生张宇静,李杰研究员,利用大气物理研究所自主研发的全球大气化学传输模式GNAQPMS及其源解析模块和全球气候化学模式WACCM,量化了夏季平流层入侵事件对华北平原近地面臭氧的贡献。

  ERA5资料显示,2019年8月14日至2019年8月18日,华北平原上空200hPa出现了显著的位涡正异常,高空槽加深,说明平流层入侵事件的发生。利用全球大气化学传输模式GNAQPMS中的源解析模块和全球气候化学模式WACCM联合量化了此次平流层入侵事件的影响,结果发现此次平流层入侵对华北地区近地面臭氧的绝对贡献显著,相对贡献为6%-20%。同时,发现在2015年至2020年夏季,发生在华北平原的其余24起平流层入侵事件,这些平流层入侵事件的发生都伴随着高空的正位涡异常和高空槽加深现象。

图一 200hPa日平均和气候态位涡的水平分布(a),其中蓝色实线表示对流层顶高度; 200hPa日平均和气候态位势高度的水平分布(b),其中红色虚线表示温度场

图二 GNAQPMS和WACCM量化的平流层入侵事件对近地面臭氧的绝对贡献和相对贡献

 

表1 2015-2020年夏天发生在华北平原的平流层入侵事件

图三 Latitude-Height cross-sections of potential vorticity (a); zonal wind (b) and ozone (c) for 24 STT events and the bias referred to climatology (d,e,f). The data in the figure is all extracted from ERA5.

  该研究的通讯作者为中国科学院大气物理研究所李杰研究员。研究成果近期发表于Environmental Research Letters期刊上。该研究获得了中国科学院战略性先导专项培育项目(XDPB1903)、中国科学院战略性先导科技专项(XDA19040202)、国家自然科学基金(92044302, 91744203, 91744203)和国家重点科技基础设施项目“地球系统数值模拟装置”等联合资助。

  【论文信息】 :

  Yujing Zhang, Jie Li, Wenyi Yang, Huiyun Du, Xiao Tang, Qian Ye, Zixi Wang, Yele Sun, Xiaole Pan, Lili Zhu and Zifa Wang, 2022. Influences of stratospheric intrusions to high summer surface ozone over a heavily industrialized region in northern China. Environ. Res. Lett. 17, 094023. https://doi.org/10.1088/1748-9326/ac8b24

 
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