近年来，臭氧污染引起了科学界、决策者和公众的广泛关注。以往的研究已经证实了近二十年来短期气象条件对区域臭氧污染事件的影响。然而，由于缺少历史的臭氧观测数据，气候变率与臭氧污染关系的相关研究匮乏。
近日，中国地质大学（武汉）环境学院大气科学系燕莹莹副教授课题组利用NCEP/NCAR再分析资料和CMIP6历史的模拟臭氧数据，探讨了1950-2019年青藏高原热强迫相关的气候变率对中国中部地区夏季臭氧的影响。
图1 1950–2019年春季TPE（106 hPa J kg−1）的时间序列（黑色曲线）。红色曲线为TPE的拟合平均，表示年代际趋势。蓝色虚线为TPE的平均值，用于区分高TPE年（拟合平均 > 平均值）和低TPE年（拟合平均 < 平均值）。
结果表明，在年代际尺度上，春季青藏高原的热强迫（由大气总能量TPE表征）（图1）与华中地区夏季近地面臭氧浓度SFO3（图2）显著相关（R = –0.52；P值 < 0.05）。
图2 1950–2019年华中地区夏季SFO3的时间序列。红色曲线为SFO3的拟合平均，表示年代际趋势。
如图3、4，在高TPE年，东亚夏季风（偏南风）和垂直上升运动增强，既有利于臭氧及其前体物的扩散，也有利于多云高湿天气的形成，导致华中地区的臭氧浓度大幅降低（与1950–2019年的平均值相比，降低量高达6.97 ppb）。在低TPE年，由于东亚夏季风和垂直上升运动减弱，易形成低湿度、近地表风速小的稳定大气条件，夏季地表臭氧浓度平均增加2.96 ppb（1950–2019年的平均值为49.00 ppb，标准差为11.75 ppb）。
图3 1000 hpa、850 hpa和500 hpa夏季平均水平风场的空间分布（a）。研究期间（1950-2019年）的平均场和1000 hPa（P值 = 0.20/0.21）、850 hPa（P值 = 0.04/0.10）和500 hPa（P值 = 0.42/0.46）高/低TPE年的差异（b/c）。红框指出的是华中地区。
图4 夏季平均近地面臭氧的空间分布（a）。研究期间（1950-2019年）的平均场和高/低TPE年的差异（P值 = 0.01/0.05）（b/c）。红框指出的是华中地区。
如图1、2，2000年以后，TPE以3´104 hpa J kg-1 yr-1的速度快速增长。然而，在过去二十年，CMIP6模拟的夏季地表臭氧变化趋势与以往报告的模拟和观测结果类似，呈现增加趋势（1950–2019年华中地区和整个中国分别为0.45 ppb yr-1和0.25 ppb yr-1）。去除排放相关趋势后，1980-2019年华中地区臭氧的下降趋势为0.18 ppb yr-1。
这些结果表明，近年来，前体物排放变化导致的臭氧增加趋势增强，抵消了气候变率对臭氧的缓解作用。研究局地天气条件和大尺度气候环境如何对历史地表臭氧的变化产生影响，对准确评估未来我国的臭氧污染趋势具有重要意义。
上述成果发表在国际大气科学领域知名期刊《Atmospheric Research》，研究工作得到国家自然科学基金（41905112；41830965）、科技部重点项目（2017YFC0212602；2016YFA0602002）和博士后科学基金资助。大气科学系2018级本科生王玥璇子为第一作者，燕莹莹副教授为通讯作者。
文章链接：https://doi.org/10.1016/j.atmosres.2021.105735
