地球極區(qū)環(huán)境的變化會通過冰凍圈與大氣的強耦合過程影響大尺度環(huán)流異常，進而對區(qū)域氣候和環(huán)境產生較大影響，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)中間層臭氧會不斷受到來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生奇氫（HO_x）和奇氮（NO_x），進而加劇臭氧的催化損耗過程。極區(qū)能量粒子沉降分兩種情況，一種來自太陽質子事件（SPE），主要的沉降范圍為極蓋區(qū)；另一種是來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，關于這兩類極區(qū)能量粒子沉降對中間層臭氧影響的對比分析還不夠深入，缺乏更量化的臭氧損耗水平以及更精細的分布特性的全面了解。

中國科學院國家空間科學中心太陽活動與空間天氣重點實驗室王赤研究員團隊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器（MLS）獲得的臭氧觀測數(shù)據，統(tǒng)計了2004-2019年間的13次強SPE事件和19次強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度的緯度范圍一致。2）臭氧的損耗程度隨質子通量而增加，兩者呈顯著的正相關關系；而與電子計數(shù)率無明顯關系（圖2）。3）HO_x在SPE和EEP期間會明顯增強，其變化規(guī)律以及分布特性均與臭氧損耗相類似，并與能量粒子沉降相一致（圖3）。綜合來看，在所研究的事件期間，太陽質子帶給大氣臭氧的影響比輻射帶電子更為強烈。

該項研究直觀地展示了臭氧損耗與能量粒子沉降的對應關系，進一步驗證了太陽活動和中性大氣之間的物理聯(lián)系，加深了我們關于太陽活動影響地球氣候的理解。相關成果發(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）期間臭氧相對變化的時序疊加分析

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

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

（供稿：天氣室）