地球極區(qū)環(huán)境的變化會(huì)通過(guò)冰凍圈與大氣的強(qiáng)耦合過(guò)程影響大尺度環(huán)流異常，進(jìn)而對(duì)區(qū)域氣候和環(huán)境產(chǎn)生較大影響，是全球氣候變化的敏感區(qū)。作為極區(qū)環(huán)境的重要要素之一，極區(qū)中間層臭氧會(huì)不斷受到來(lái)自太空的能量粒子影響。沉降在極區(qū)的能量粒子能夠電離大氣分子產(chǎn)生奇氫（HO_x）和奇氮（NO_x），進(jìn)而加劇臭氧的催化損耗過(guò)程。極區(qū)能量粒子沉降分兩種情況，一種來(lái)自太陽(yáng)質(zhì)子事件（SPE），主要的沉降范圍為極蓋區(qū)；另一種是來(lái)自輻射帶的能量電子沉降事件（EEP），影響范圍為（亞）極光橢圓帶。目前，關(guān)于這兩類(lèi)極區(qū)能量粒子沉降對(duì)中間層臭氧影響的對(duì)比分析還不夠深入，缺乏更量化的臭氧損耗水平以及更精細(xì)的分布特性的全面了解。

中國(guó)科學(xué)院國(guó)家空間科學(xué)中心太陽(yáng)活動(dòng)與空間天氣重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室王赤研究員團(tuán)隊(duì)的李暉研究員與博士生王玉婷利用Aura衛(wèi)星搭載的微波臨邊探測(cè)器（MLS）獲得的臭氧觀測(cè)數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)了2004-2019年間的13次強(qiáng)SPE事件和19次強(qiáng)EEP事件期間極區(qū)中間層臭氧的變化情況，發(fā)現(xiàn)：1）在SPE事件期間，臭氧損耗量隨地磁緯度而增加；而在EEP事件期間，臭氧損耗在60-70°緯度帶最為明顯（圖1），且與能量粒子沉降強(qiáng)度的緯度范圍一致。2）臭氧的損耗程度隨質(zhì)子通量而增加，兩者呈顯著的正相關(guān)關(guān)系；而與電子計(jì)數(shù)率無(wú)明顯關(guān)系（圖2）。3）HO_x在SPE和EEP期間會(huì)明顯增強(qiáng)，其變化規(guī)律以及分布特性均與臭氧損耗相類(lèi)似，并與能量粒子沉降相一致（圖3）。綜合來(lái)看，在所研究的事件期間，太陽(yáng)質(zhì)子帶給大氣臭氧的影響比輻射帶電子更為強(qiáng)烈。

該項(xiàng)研究直觀地展示了臭氧損耗與能量粒子沉降的對(duì)應(yīng)關(guān)系，進(jìn)一步驗(yàn)證了太陽(yáng)活動(dòng)和中性大氣之間的物理聯(lián)系，加深了我們關(guān)于太陽(yáng)活動(dòng)影響地球氣候的理解。相關(guān)成果發(fā)表在JGR：Space Physics上。

文章鏈接：Wang, Y., Li, H.*, & Wang, C. (2024). Impact pattern of energetic particle precipitation on polar mesospheric ozone. Journal of Geophysical Research: Space Physics, 129, e2024JA032877. https://doi.org/10.1029/2024JA032877

圖1 SPE（a-h）和 EEP（i-p）期間臭氧相對(duì)變化的時(shí)序疊加分析

圖2 （a-h）SPE期間每日臭氧損耗量和 >10 MeV 質(zhì)子通量、（i-p）EEP 期間每日臭氧損耗量和電子計(jì)數(shù)率的散點(diǎn)圖

圖3 （a-d）一次SPE事件期間OH的變化，（e-l）SPE和EEP期間OH相對(duì)變化的時(shí)序疊加分析

（供稿：天氣室）