1979-2020年北极和青藏高原臭氧低值区的动力输送特征比较.pdf

9895.2203.21156TibetanPlateaufrom1979to2020J.ChineseJournal1ofAtmosphericSciences(inChinese),47(3):866-880.doi:10.3878/j.issn.1006-Qilu,XUWenwen,TU Jingyi,et al.2023.Comparison of the Dynamic Transport Characteristics of Low Ozone Regions over the Arctic and theWANG王启璐，徐雯雯，涂静怡，等.2 0 2 3.19 7 9 2 0 2 0 年北极和青藏高原臭氧低值区的动力输送特征比较 J.大气科学，47(3)：8 6 6-8 8 0.May20232023年5月ChinciencesVol.47 No.3第47 卷第3期科学19792 0 2 0 年北极和青藏高原臭氧低值区的动力输送特征比较王启璐1徐雯雯2涂静怡1于淑洋1饶建1,3郭栋1,3,41南京信息工程大学大气科学学院，南京2 10 0 442中国地质大学（武汉）环境学院大气科学系，武汉430 0 7 43南京信息工程大学气象灾害教育部重点实验室/气候与环境变化国际合作联合实验室/气象灾害预报预警与评估协同创新中心，南京2 10 0 444南京信息工程大学雷丁学院，南京2 10 0 44摘要基于ERA5月平均再分析资料，利用Lorenz环流分解方法从定常和瞬变以及基流和涡旋的角度对比了北极与青藏高原臭氧低值区的动力输送特征。结果表明：动力总输送在两地上平流层作用最强，均使其臭氧浓度降低，且定常输送均强于瞬变输送，纬向与经向输送的作用均大致相反。然而，动力输送在北极地区的作用强度远大于青藏高原地区。北极地区纬向输送使得平流层中上层臭氧浓度降低，平流层下层臭氧浓度升高，经向输送的作用与之相反且强度明显偏弱，二者均主要作用于上平流层。青藏高原地区纬向和经向输送除在上平流层均使得臭氧浓度降低外，二者作用大致相反且强度相当，输送大值区在垂直方向上存在双中心结构，分别位于上平流层与上对流层一下平流层（UpperTroposphere-LowerStratosphere，简称UTLS）区。两地区纬向和经向输送的差异均主要由定常涡旋输送所造成。青藏高原地区定常与瞬变输送的强度差异没有北极地区大。此外，两地定常和瞬变输送中涡旋对臭氧纬向平均的输送均起到主要作用，体现出涡旋输送在两地臭氧浓度变化的动力输送过程中发挥着至关重要的作用。关键词臭氧低值区区环流分解动力输送定常输送送瞬变输送文章编号10 0 6-9 8 9 5(2 0 2 3)0 3-0 8 6 6-15中图分类号P467文献标识码码Adoi:10.3878/j.issn.1006-9895.2203.21156Comparison of the Dynamic Transport Characteristics of Low OzoneRegions over the Arctic and the Tibetan Plateau from 1979 to 2020WANG Qilu,XU Wenwen,TU Jingyi,YU Shuyang,RAO Jjan3,and GUO Dong1,3,41 School of Atmospheric Sciences,Nanjing University of Information Science&Technology,Nanjing 2100442 Department of Atmospheric Science,School of Environmental Studies,China University of Geosciences,Wuhan 4300743 Key Laboratory of Meteorological Disaster,Ministry of Education(KLME)/Joint International Research Laboratory of Climate andEnvironment Change(ILCEC/Collaborative Innovation Center on Forecast and Evaluation of Meteorological Disasters(CIC-FEMD),NanjingUniversity of Information Science&Technology,Nanjing 2100444 Reading Academy,Nanjing University of Information Science&Technology,Nanjing 210044收稿日期2021-08-22；网络预出版日期月2 0 2 3-0 4-11作者简介王启璐，女，19 9 9 年出生，博士研究生，主要从事三极地区平流层气候变化研究。E-mail:通讯作者郭栋，E-mail:资助项目国家自然科学基金项目9 18 37 311Funded byNational Natural Science Foundation of China(Grant 91837311)867No.3WANG Qilu et al.aCharacteristicsWRegionsover.王启璐等：197 92 0 2 0 年北极和青藏高原臭氧低值区的输送特征比较3期Abstract Based on the monthly ERA5 reanalysis datasets,this study considers the mean flows and eddies in stationaryor transient transport using the Lorenz circulation decomposition method.The purpose is to compare the dynamictransport characteristics of ozone over the Arctic and the Tibetan Plateau in detail.Results show that the effect of dynamictransport is strongest in the upper stratosphere of these two regions,which leads to the reduction of ozone.Furtheranalyses indicate that the effect of stationary transport is stronger than that of transient transport and zonal and meridionaltransports nearly have the opposite effect.However,the intensity of dynamic transport over the Arctic is greater than thatover the Tibetan Plateau.Zonal transport over the Arctic results in the reduction of ozone in the upper and middlestratosphere and the increase of ozone in the lower stratosphere,whereas the effect of meridional transport is the oppositeand weaker.Both mainly function in the upper stratosphere.Over the Tibetan Plateau,the intensity of zonal transport isthe same as that of meridional transport.They nearly have the opposite effect,except for the top of the stratosphere,whereboth lead to the reduction of ozone.Two centers with the strongest transport are located over the Tibetan Plateau,that is,in the upper stratosphere and the upper troposphere-lower stratosphere.The differences in zonal and meridional transportsover these two regions are mainly caused by stationary transport by eddies.The differences in stationary and transienttransports over the Tibetan Plateau are smaller than those over the Arctic.Furthermore,the transport of zonal mean ozoneby eddies plays a dominant role in stationary and transient transports.Consequently,eddy transport exerts anindispensable influence on the dynamic transport of ozone over the Arctic and the Tibetan Plateau.Keywords Low ozone region,Circulation decomposition,Dynamic transport,Stationary transport,Transient transport1引言臭氧是地球大气最重要的微量组分之一，最大浓度通常出现在平流层2 0 2 5km处，是地球生态系统的保护屏障和平流层的重要热源（陈月娟等，1998;陆晏等，2 0 17;Zhangetal.,2017)，且其变化强烈影响着平流层乃至对流层的气候（Xieetal.,2017;Haase and Matthes,2019;Lin and Ming,2021），对地球大气的温度结构起到重要的控制作用（王卫国等，2 0 0 8）。然而，自2 0 世纪7 0 年代以来，全球平流层臭氧被发现存在损耗现象，臭氧层由于遭到破坏而变薄，导致大量的紫外辐射穿过平流层到达地表，同时通过光化学反应产生的烟雾会恶化近地表附近的空气质量，从而对地球上的生命造成威胁（Stolarski etal.，1991;W M O，1994;Solomon,1999;Lucas et al.,2014;Tang et al.,2019)。因此，臭氧损耗问题引起了世界广泛关注，其形成原因的研究对进一步加深臭氧损耗形成机理的理解以及对臭氧层保护等都具有重要作用。自Farmanetal.（198 5）首次在南极观测到严重的臭氧损耗现象后，极区臭氧损耗成为了国际研究热点。在197 0 1990 年间，有学者发现北极臭氧也呈现下降趋势，虽无法形成臭氧洞，但其损耗也十分严重（胡永云等，2 0 0 8）。每年北半球冬春季都可以观测到北极平流层不同程度的臭氧损耗现象（Douglassetal.,2011），2 0 2 0 年春季更是观测到北极平流层臭氧前所未有的长期且强烈的损耗（M a n n e y e t a l.,2 0 2 0）。许多研究表明，极地平流层臭氧损耗是化学过程与动力过程相互作用的结果(Rowland and Molina,1975;Pierce et al.,1999;施春华等，2 0 10）。臭氧损耗物质的增加和其他气体的变化可以通过催化反应消耗臭氧，影响臭氧损耗和恢复时间（Wilkaetal.2018）。通常情况下，当南北极冬季平流层形成深厚的极地涡旋，其有利于极地平流层云的生成，进而促进了臭氧的化学损耗（Liuand Hu,2021）。再者，极涡中强劲的西风急流有效地抑制了极涡内外空气的混合，导致中纬度富含臭氧的空气很难被输送到极地，同时能够影响臭氧损耗的其他化学成分也难以进入极地，这进一步促进了臭氧损耗的持续积累（黎成超等，2016）。不难看出，动力输送过程会相当程度地影响化学过程，进而对臭氧损耗产生重要作用，因而研究极地臭氧的动力输送特征是十分必要的。除南北极区外，青藏高原也存在明显的臭氧损耗现象（Reiter and Gao,1982;Hingane,1990)，而这一地区臭氧浓度的改变会影响辐射平衡，造成气候变化（Xiaetal.,2018）。由于地形的特殊性，青藏高原独特的热力和动力特性对大气环流具有显著作用（吴国雄等，2 0 0 5；王同美等，2 0 0 8），而大气环流及涡旋的输送会影响臭氧分布，青藏高原明显的上升气流以及强烈的对流活动则为臭氧低值中心的出现提供了有利的环流背景（Bianetal.,Vol.47868ChinesermaSciences47卷科学2011）。周秀骥等（1995）利用臭氧总量测绘光谱仪（Total Ozone Mapping Spectrometer,简称TOMS）卫星资料发现北半球夏季青藏高原与同纬度中国东部地区相比臭氧总量差值达到11%，存在明显的臭氧低值中心，并推测其主要形成原因可能是由局部上升运动和相关化学过程引起的质量传输引起。Guoetal.（2 0 15）利用微波临边探测器（M i c r o w a v e L i mb So u n d e r，简称MLS）卫星数据和再分析数据，分析发现了青藏高原上空臭氧谷在垂直方向上的双心结构，偏强中心位于上对流层一下平流层区（Upper Troposphere-Lower Stratosphere,简称UTLS)，偏弱中心在平流层中上部。许多研究表明与大尺度环流等相关的动力输送作用是UTLS区臭氧低值形成的主要原因，而化学作用相对较弱（Liu et al.,2003;Tian etal.,2008;苏昱丞等，2016;Dasetal.,2019）。化学过程可能在上平流层臭氧低值形成中起主要作用（Zhangetal.,2014;郭栋等，2 0 17）。整体而言，动力输送对青藏高原上空臭氧的垂直分布至关重要（陈闯等，2 0 12;Changet al.,2021)。南极臭氧损耗及其气候效应已有大量研究(Previdi and Polvani,2014;Son et al.,2018;Damianiet al.,2020;Ivanciuetal.,2021），而北半球由于受到地形分布而产生的行星波的影响，所以其臭氧损耗的原因比南半球更加复杂（胡永云，2 0 0 6;SmithandPolvani,2014）。多数研究表明动力输送过程对北极和青藏高原臭氧低值区的形成与发展均有重要作用（Liu et al.,2003;Tian et al.,2008;陈闯等,2012;黎成超等,2 0 16;Das et al.,2019;LiuandHu,2021），因而深入探讨其动力输送有助于加强理解臭氧损耗的物理机制。目前两个地区动力输送的差异尚不清楚，且之前对于臭氧输送的研究主要集中在平均态，而有研究指出虽然平均输送作用较强，但瞬变输送的作用也不可忽视，且平均态的基流和涡旋的作用也存在差异（Kraucunas and Hartmann,2005;Egger and Hoinka,2011;杨玮等,2 0 14;Xu etal.,2021)，故而更加详细的动力分解有助于深入对比两个地区的动力输送特征。因此，本文利用Lorenz环流分解法从定常和瞬变以及基流和涡旋的角度对北极和青藏高原平流层臭氧的动力输送进行详细的时空分解，从而更加具体地了解二者之间的差异。2资料和方法2.1资料本文使用的数据集资料主要为欧洲中期天气预报中心（European Centre for Medium-Range WeatherForecasts，简称ECMWF）提供的ERA5再分析数据集。ERA5资料利用先进的模式和同化系统将多种观测数据结合到全球估算中（谭海燕等，2 0 2 1），有效改进了观测资料在空间覆盖度与时间跨度上的不足，具有时间序列长、时空分辨率高等特点（Ch a n g e t a l.,2 0 2 0)。此外，ERA5资料从10 0 0 hPa到1hPa，共有37 个标准气压层，这种垂直方向的高分辨率有助于对动力输送过程的精细研究。然而，再分析资料是通过将数值模式的模拟结果与观测资料相结合得到的，受到预报模式、同化方法、参数化方案以及模式自身的不稳定性等误差的影响，对大气的描述只能是近似的反映，且对实况的再现能力可能存在差异（赵天保和符斌，2009。此外，不同特性仪器得到的臭氧产品在同化过程中可能会产生协同效应（Dragani,2016），故在使用前本文先利用时空分辨率较高的臭氧监测仪（Ozone Monitoring Instrument，简称OMI）卫星资料对ERA5资料在北半球的适用性进行简单评估，以确定ERA5数据在本研究中的可靠性。利用2 0 0 52 0 2 0 年OMI臭氧总量（TotalColumnOzone，简称TCO）日平均数据（单位：DU，1D U=2.141510kgm)，将其处理成月平均数据后，通过给出同一时段内北半球OMI观测资料与ERA5再分析数据中多年平均的臭氧总量（二者水平分辨率均为0.2 50.2 5）的水平分布（图1），对ERA5臭氧数据的适用性进行了探究。两种数据北半球臭氧总量的年平均值均介于2 40 DU和390 DU之间，臭氧高值区主要集中在中高纬地区，极大值位于太平洋西北部鄂霍茨克海上空，达37 5DU以上。臭氧低值区主要集中在低纬地区。此外，7 0 N以北的格陵兰岛和亚欧大陆北侧等地相对于同纬度其他地区也为臭氧低值区。两种臭氧资料数值大小相当，在青藏高原附近的中低纬地区尤为接近。此外，由于OMI臭氧数据在北极缺测较多，我们先重点对比了青藏高原所在纬度范围1（2 543N）内的臭氧数据（表1）。对比分析2 0 0 52020年该区域ERA5臭氧再分析数据与OMI臭氧数据的逐月相对误差（RelativeError，简称RE）869No.3WANG Qilu et al.ComparisonnamicTransCharacteristicsofLowOzoneRegionsover王启璐等：197 92 0 2 0 年北极和青藏高原臭氧低值区的动力输送特征比较3期90N36060N09837533031530030N2852702550180120W60W060E120E180240270300330360390DU图12 0 0 52 0 2 0 年OMI观测资料（填色）和ERA5再分析资料（等值线）中北半球多年平均臭氧总量（TCO，单位：DU，1D U=2.141510kgm）水平分布Fig.1 Horizontal distributions of TCO(Total Column Ozone;units:DU,1 DU=2.1415 X 10-kg m)averaged during 2005-2020 in the NorthernHemisphere.Shadings:OMI datasets;contours:ERA5 reanalysis datasets表12 0 0 52 0 2 0 年ERA5再分析资料与OMI观测资料TCO（2 543N）的逐月相对误差（RE）和相对均方根误差(RRMSE)Table 1 Monthly relative error(RE)and relative root mean square error(RRMSE)of the TCO between ERA5 reanalysisdatasets and OMI datasets averaged over 25-43N during 2005-2020逐月相对误差和相对均方根误差1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月RE2.08%1.96%1.83%1.66%1.62%1.76%1.63%1.51%1.56%1.13%1.26%1.72%RRMSE2.32%2.20%2.00%1.79%1.79%2.00%1.80%1.62%1.68%2.37%2.99%2.80%和相对均方根误差（Re la t iv e Ro o t M e a n Sq u a r eError，简称RRMSE）发现，两种资料之间的RE各月均低于2.10%，RRMSE均低于3.0 0%，因而ERA5臭氧数据在青藏高原所在纬度带内适用性较强。Wangetal.（2 0 2 0）也表明ERA5臭氧在平流层显现出与观测资料非常好的一致性。目前，ERA5臭氧再分析数据近年来已被广泛使用（敬文琪等，2 0 19;Park et al.,2020;Zhang et al.,2021),故采用该数据研究北极地区的臭氧低值特征也是可行的。因此，本文臭氧动力输送研究将采用197 92020年共42 年的ERA5月平均数据，包括风场（u、V，单位：ms）与臭氧质量混合比（O3，单位：kgkg)），水平分辨率均为0.2 50.2 5。2.2方法2.2.1Lorenz环流分解大气运动中，气象变量随时间和空间而发生变化（Lorenz，196 7）。物理量X在时间和空间上可以分别分解为：X=X+X,(1)X=X+X*,(2)at+t其中，文=Xdt，表示时间平均分量，X表tJt1示距平分量，t表示时间；X=C2元Xd入，表示2元J0纬圈平均分量，X*表示纬偏分量，入表示经度。物理量在单位时间内通过垂直于运动方向单位面积的输送称为通量。若单位体积大气中所含某一物理量用X表示、空气的纬向风速用u表示（西风为正），则Xu表示物理量在空间中任一点处的纬向输送通量。经向风速v和垂直速度w的情况与之相同。平均通量Xu在时间上可以分解为Xu=(X+X)(u+u)=Xu+Xu+Xu+Xu=Xu+Xu,(3)其中，Xu为定常输送通量(Stationary Flux，简称SF），X u 为瞬变输送通量量（Transient Flux，简称TF)；再对这两项分别进行空间分解，则得到结合定常与瞬变以及基流与涡旋的更加具体的输送项(Xu et al.,2021):(X+X*)(u+u*)=Xu+X*u+Xu*+X*u*,(4)(X+X*)(u+u*)=Xu+X*u+Xu*/+X*u*,(5)Vol.47870ChineseournalericSciences大47卷科学我们令定常输送公式（4）和瞬变输送公式（5）中的右端各项分别为SFu1、SFu 2、SFu 3、SFu 4和TFui1、T Fu 2、T Fu 3、T Fu 4，同理可得v方向上定常输送和瞬变输送各项分别为SFv1、SFv 2、SFv 3、SFv4和TFv1、T Fv 2、T Fv 3、T Fv 4。如上所述，则可得到环流分解各项臭氧输送通量：（1）定定常输送通量四项O3 u i（SFu i)：纬向平均纬向风对臭氧纬向平均的定常输送通量；03*u（SFu 2)：纬向平均纬向风对臭氧纬向偏差的定常输送通量；O3u*（SFu 3：涡旋对臭氧纬向平均的定常输送通量；03*u*（SFu 4)：涡旋对臭氧纬向偏差的定常输送通量。(2)瞬变输送通量四项O3u（T Fu i)：纬向平均纬向风对臭氧纬向平均的瞬变输送通量；03*u（T Fu 2）：纬向平均纬向风对臭氧纬向偏差的瞬变输送通量；O3u*（T Fu 3)：涡旋对臭氧纬向平均的瞬变输送通量；03*u*（T Fu 4)：涡旋对臭氧纬向偏差的瞬变输送通量。2.2.2输送通量散度臭氧浓度的局部变化包含动力和化学影响，此处我们仅考虑动力输送作用，运用连续性方程，可近似表示动力输送造成的臭氧浓度的局部变化，具体公式为803-V.(0 V)=-V.03V+(03 V)=t0 V+0(0 V)=-V(03V)=V.+xoyz-D=-(DH+Dv),(6)式中，公式右端D表示总臭氧输送通量散度，-D表示动力总输送引起的臭氧浓度的局地变化，DH与Dv分别表示臭氧的水平输送通量散度与垂直输送通量散度。因为垂直散度较小，所以本文仅讨论水平方向散度。-DH=-(Dx+Dy)=-(Dx(SF)+Dx(TF)+Dy(SF)+Dy(TF)（7)其中，D,和D,分别表示纬向散度和经向散度，Dx(SF)和Dx(TF)分别表示臭氧的纬向定常输送散度和纬向瞬变输送散度，Dy(SF)和Dy(TF)分别表示臭氧的经向定常输送散度和经向瞬变输送散度。结合公式（4）、（5）和（7)，即得到公式（8)：0(SFui)(SFu2)(SFu3)(SFu4)-DH=-+十xx十xx(TFul)(TFu2)(TFu3)(TFu4)十xx0(SFv1)(SFv2)a(SFv3)0(SFv4)+yyygya(TFv1)0(TFv2)0(TFv3)0(TFv4)ygy十ydy(8)该公式表明了定常和瞬变以及基流和涡旋臭氧输送各项对臭氧浓度局地变化的影响。3北极和青藏高原地区的臭氧低值特征太阳高度角的季节变化引起纬向平均的动力过程与化学过程，因而全球大气臭氧分布具有一定的纬向均一性（邹捍等，2 0 0 6）。然而，在北半球中高纬地区大气臭氧分布存在较强的纬向不均匀性（Zo u e t a l.,2 0 0 5）。北极地区由于臭氧损耗现象剧烈，研究时常用TCO定义其臭氧低值范围，而青藏高原地区使用臭氧总量纬向偏差（TCO*）则能更好地突出其低值特征，所以为更明确地表现北极和青藏高原臭氧低值的区域分布特征，本文采用TCO和TCO*共同确定北极与青藏高原地区臭氧低值区的范围，并根据TCO和TCO*低值所出现的时间取交集定义为两地臭氧低值的研究时段。图2和图3分别给出了197 92 0 2 0 年北半球北极（6 0 90 N，0 36 0）和中低纬地区（1545N，0 18 0）T CO 与TCO*的逐月分布。从图2 显示的北极地区TCO和TCO*的总体分布来看，北极TCO冬春季偏高，夏秋季偏低，且年平均值为352 DU。6 11月北极绝大部分地区TCO低于年平均值（图2 f-k），1月和12 月在格陵兰岛、北大西洋和欧亚大陆北侧部分地区TCO低于年平均值（图2 a和1)；此外，从10 月至次年1月受极涡的影响，TCO低值较强的区域主要集中在6 0 W0 12 0 E之间（图2 a,j-1)。T CO 的分布显示北极大部分低值区域TCO*均达约-10DU。北极410 月TCO值均较小（图2 d-j)，871No.3WANGQiluetal.ynamic Transport Characteristics of Low Ozone Regions oversoone王启璐等：19 7 9 2 0 2 0 年北极和青藏高原臭氧低值区的动力输送特征比较3期(a)Jan180(b)Feb180(c)Mar180412-32392432-43290W90E90W90E90W90E372-412-352-392-412-372-392-0(d)Apr180(e)May180(f)Jun180352290W90E90W39290E90W90E392412392(g)Jul180(h)Aug180(i)Sep1803122312292.292-90W90E90W90E90W90E332-312-(i)Oct180(k)Nov180(I)Dec180392-N332-352312-372332-352-90W292-90E90W90E90W90E332292-312-50-40-300-20-1001020304050DU图2 197 92 0 2 0 年（a-1）112 月北极（6 0 90 N）T CO（等值线）和臭氧总量纬向偏差TCO”（阴影）逐月水平分布，单位：DU。北极TCO年平均值为352 DU，实线表示年平均值以上，虚线表示年平均值及以下Fig.2Monthly horizontal distribution of TCO(contours)and its zonal deviation(TCO,shadings)over the Arctic(60-90 N)averaged(a-1)fromJanuary to December during 1979-2020,units:DU.The annual average TCO is 352 DU over the Arctic.The solid line denotes above the annualaverage,and the dotted line denotes the annual average or below说明该时期臭氧纬向分布较为均匀，整个北极TCO的纬向差别不大。从11月至次年3月（图2 a-c，k-1)，北极臭氧纬向分布不均匀性特征明显，TCO*负值的大值区主要出现在6 0 W0 12 0 E之间，TCO正值的大值区域分布在12 0 E18 0 60W之间。从上述分析可以看出，北极6 12 月和1月TCO小于年平均值的范围较广，而各月TCO负值均达约-10 DU，故我们挑选TCO*在-2 0 DU以下且分布范围较大的月份作为低值期的选择标准，则北极TCO*整体分布显示出其低值主要在11月至次年3月范围较大且强度较强。基于以上分析，本文将11月、12 月和1月作为北极臭氧低值期，并将（6 0 90 N，6 0 W 0 12 0 E）区域作为北极臭氧低值区进行研究。图3显示出北半球中低纬地区TCO主要呈北高南低的分布，且该分布在南北方向存在季节变化872Vol.47ChinesernaSciences（大47卷科学(a)Jan(b)Feb45N35N34525N2815N(c)Mar(d)Apr45N35N3425N28515N(e)May(f)Jun45N34534535N31525N15N285(g)Jul(h)Aug45N31535N25N15N(i)Sep(i)oct45N335N25N15N(k)Nov(I)Dec45N31535N25N515N030E60E90E120E150E180030E60E90E120E150E180-30-20-100102030DU图3同图2，但为北半球中低纬（1545N）地区。图中白色实线所围区域表示青藏高原，青藏高原TCO年平均值为2 8 5DUFig.3Same as Fig.2,but at the mid-and low latitudes(15045N)in the Northern Hemisphere.The area surrounded by the white solid line denotesthe Tibetan Plateau,the annual average TCO is 285 DU over the Tibetan Plateau特征，TCO在夏秋季比冬春季整体浓度偏低，其北部变化更加明显，且多数月份在6 0 12 0 E附近区域TCO明显低于周围地区。青藏高原TCO的年平均值为2 8 5DU，512 月青藏高原绝大部分地区TCO值均低于年平均值（图3e-1)。此外，青藏高原区域相对于北极TCO值较低且月变化幅度较小。TCO*的分布表明青藏高原49月TCO值小于-2 0 DU的分布面积较广且强度较强，说明TCO值远低于同纬度其他地区，因而具有很强的纬向分布不均匀性（图3d-i)。因此，结合以上二者的分布情况，本文将59月作为青藏高原臭氧低值期。此外，结合中低纬上空垂直各高度臭氧浓度低值的水平分布情况（图略）发现，垂直方向臭氧低值中心不仅出现在青藏高原也出现在其附近地区，且主要位于（2 543N，4510 5E）之间，尤其在夏季较为明显，这可能与亚洲夏季风反气旋环流系统有关。卞建春等（2 0 11）指出亚洲夏季风是对流层污染物进入全球平流层的一个重要通道，而青藏高原只是整个亚洲夏季风区的一个区域，故有学者也将该夏季臭氧低值特征称为亚洲夏季风反气旋内臭氧低值（Lietal.,2020;Kumaretal.,2021)。此外，与南亚高压相关的动力过程也被认为是青藏高原臭氧低值形成的重要原因之一（建春等，2013;Guoetal.,2017；覃皓等，2 0 18）。为便于讨论与理解，本文将（2 543N，4510 5E）区域定义为青藏高原臭氧低值区，以进一步探究该区域臭氧低值形成的动力输送特征。4北极和青藏高原臭氧低值形成的动力输送特征4.1臭氧总输送特征图4给出了北极和青藏高原动力总输送各项造成的臭氧浓度局地变化，用空间差分近似表示两地区定常与瞬变总输送，纬向与经向总输送以及动力总输送引起的各高度局地臭氧浓度的变化情况。结果显示，北极和青藏高原臭氧动力总输送均在上平873No.3WANG Qilu et al.OzoneRegionsover.nanmnicansLharacteristicsorW3期王启璐等：197 92 0 2 0 年北极和青藏高原臭氧低值区的动力输送特征比较1(a)(b)15510eduidedud102020SFSFTFTF5050-UU100V100V200AIlAll2001000-800-600-400-200020015-12一9一6-303691215D/10-13 kg kg-1 s-1D/10-13 kg kg-1s-1图4197 92 0 2 0 年（a）北极臭氧低值区（11月至次年1月）和（b）青藏高原臭氧低值区（59月）动力输送引起的臭氧浓度局地变化垂直廓线（-D，单位：10-13kgkgs)。红线和蓝线分别表示定常和瞬变总输送，绿线和橙线分别表示纬向和经向总输送，黑线表示动力总输送，虚线为0 值参考线Fig.4Vertical profiles of ozone change caused by dynamic transport(-D,units:10-13 kg.kgl-sl)over the Arctic and the Tibetan Plateau during1979-2020:(a)Low ozone region of the Arctic(in November,December,and January);(b)low ozone region of the Tibetan Plateau(from May toSeptember).The red and blue lines denote stationary and transient transports,the green and orange lines denote zonal and meridional transports,theblack lines denote the total dynamic transport,the dashed lines denote a value of o流层作用最强，使得该区域上平流层存在明显的臭氧净输出，导致局地臭氧浓度下降，最强中心均出现在 2 hPa 附近，其值分别为-7.910-kg kgs-和-7.0 10-13kgkgs。动力总输送在两地上平流层的作用强度均为UTLS区的8 倍左右。然而，北极平流层臭氧的输送强度远大于青藏高原，导致北极上平流层与UTLS区臭氧动力总输送的强度差也远高于青藏高原。通过研究197 92 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