自南极臭氧空洞发现以来，平流层臭氧变化、成因及其气候影响受到国际社会的广泛关注。人们期待着在蒙特利尔协议书的影响下，平流层臭氧损耗将会在本世纪恢复。然而，与南半球臭氧变化相对统一的结论有所不同，北极平流层臭氧在近些年究竟怎么变还存在争议。我院胡定珠教授团队利用多源资料诊断结合数值模拟研究了北极平流层臭氧变化、成因及其对东亚气候异常的影响，相关成果发表于Geophysical Research Letters、Climate Dynamics、Atmospheric Research。

研究结果表明，北极平流层臭氧在1998-2018年间以–0.12±0.07 ppmv decade^–1的速率在减少（图1），这意味着本世纪北极平流层臭氧还在持续损耗。该损耗约30%是由超前一个月的北太平洋海温Victoria模态所贡献。北太平洋海温异常通过减弱阿留申低压、增强西太平洋遥相关型、减弱太平洋-北美遥相关型，进而阻碍了行星1波的垂直上传。平流层行星波活动的变化通过减弱Brewer-Dobson环流从而导致北极平流层臭氧损耗。此研究创新性地将北极平流层臭氧损耗与北太平洋海温联系起来，并从动力角度提出了解释北极平流层臭氧变化的新机理。

图1 1998–2018年3月纬向平均臭氧浓度变化趋势的空间分布图，其中（a）MERRA2，（b）ERA5，和（c）化学传输模式TOMCAT的控制试验。打点区域为能通过90%显著性检验的区域。（d）65°–90°N和100–150 hPa平均的3月臭氧浓度指数时间序列，其中黑色和红色直线分别代表MERRA2和TOMCAT控制试验臭氧浓度的线性趋势。

进一步研究了北极平流层臭氧变化对东亚地区气候的影响。研究揭示，1980-2020年间3月北极平流层臭氧对4月长江中下游地区干湿化有显著影响（图2）。当3月北极平流层臭氧减少时，通过导致极地对流层顶升高且变冷、副热带急流增强、局地Hadley环流增强，伴随长江中下游地区异常的下沉运动，进而使该地区干燥；反之亦然（图3）。以上结果表明3月北极平流层臭氧可作为长江中下游地区4月干湿变化的一个潜在预报因子。

图2 1980-2020年3月ASO回归的（a）3月，（b）4月，和（c）5月P-E空间分布图。（d）为WACCM模式模拟的4月降水（mm/day）对3月ASO增加的响应。打点区域代表通过95%显著性检验。（e）标准化的3月北极平流层臭氧指数（红色线）与4月长江中下游区域P-E（蓝色线）的时间序列，右上角数字代表二者相关系数。

图3 北极平流层臭氧影响长江中下游地区干湿变化相关物理过程概念图。

论文信息：

Hu, D.*, Z. Zhang, Z. Guan, 2024: Drying Over Eastern China Driven by the Depletion of Arctic Stratospheric Ozone During Boreal Spring. Geophysical Research Letters, 51, e2023GL108008. https://doi.org/10.1029/2023GL108008

Hu, D.*, Z. Guan, M. Liu, W. Feng, 2022: Dynamical Mechanisms for the Recent Ozone Depletion in the Arctic Stratosphere Linked to the North Pacific Sea Surface Temperatures. Climate Dynamics. 58(20), 2663–2679, https://doi.org/10.1007/s00382-021-06026-x

Zhang, H., D. Hu*, T. Han, 2024: Influence of Arctic Stratospheric Ozone in March on Precipitation in eastern China during the boreal spring. Atmospheric Research. 303, https://doi.org/10.1016/j.atmosres.2024.107321