前人大量研究表明在青藏高原臭氧谷形成过程中动力过程起主导作用,为臭氧谷形成与发展提供有利条件。早期研究使用Lorenz环流分解定量分析了气候平均流与气候异常流两者对大地形上空臭氧谷形成的贡献。青藏高原臭氧谷主要受气候平均流中的涡旋输送影响,而落基山脉臭氧谷则受气候异常流中的涡旋主导。在传统的模式评估中只考虑单一物理量的时空模拟效果,而对臭氧谷形成的具体动力过程模拟考虑较少。因此,在判定模式模拟臭氧谷的评价中,应综合动力过程模拟评估,以便更深入理解模式模拟差异。
大气科学学院中层大气科学团队博士生沈麟和饶建教授等,通过系统的模式评估工作,讨论了20个CMIP6模式对青藏高原臭氧谷各参数模拟效果。借助于模式的实验数据,对比分析模式结果差异成因,并进一步验证了气候平均流的涡旋输送项起主导影响。研究结果表明,少数模式模拟出伊朗-青藏高原双谷结构特征,并表现出对臭氧谷强度模拟偏强。在动力过程模拟中(图1),大部分模式能够模拟出气候平均流涡旋输送项输出作用起主导,有利于臭氧谷形成,但BCC-ESM1与E3SM-1-0表现出纬向平均流输送输入作用主导。

图1. 青藏高原上空100 hPa- 50 hPa高度纬向与经向臭氧输送通量散度(-D,单位:10⁻¹³ kg/kg/s)(a) 纬向定常臭氧输送通量散度。(b) 经向定常臭氧输送通量散度。水平参考线表示ERA5再分析数据。
该研究除了考虑臭氧谷各项参数与动力过程模拟评估外,还探讨了南亚高压在臭氧谷形成中的作用。大部分模式中南亚高压指数(面积指数、强度指数和东伸脊点指数)与臭氧谷呈很好的负相关(图2),并且对南亚高压指数模拟较好的模式,对青藏高原臭氧谷各参数的模拟也更好。此外,总体而言化学耦合模式结果更胜一筹。

图2. 南亚高压指数与臭氧谷强度关系模拟效果
(a) 南亚高压面积指数、强度指数和东伸脊点指数的时间序列。 (b) 南亚高压面积指数的散点图。(c) 南亚高压强度指数的散点图。(d) 南亚高压东伸脊点指数的散点图。其中红色五角星代表ERA5再分析数据,蓝色圆点则表示CMIP6模式。
文章已在《Climate Dynamics》期刊发表:
Shen, L., Rao, J.*, Yang, S., Guo, D., 2025: Can CMIP6 models simulate the ozone valley over the Tibetan plateau in boreal summer? Clim. Dyn., 63, 310. https://doi.org/10.1007/s00382-025-07796-4