《Atmospheric and Oceanic Science Letters》：Connection between wintertime total column ozone over the Tibetan Plateau and sea surface temperature over the North Pacific
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本研究针对青藏高原(TP)冬季臭氧总量(TCO)与北太平洋海表温度(SST)的关联机制展开探索，通过多源观测与气候模型(WACCM4/LBM)验证，首次揭示TP臭氧异常通过激发罗斯贝波链引发北太平洋副热带气旋式环流，进而驱动海洋平流与热通量变化的核心通路。该成果发表于《Atmospheric and Oceanic Science Letters》，为跨圈层相互作用提供了关键理论支撑。
在地球气候系统的复杂网络中，青藏高原（Tibetan Plateau，TP）作为“第三极”以其独特的地形和热力作用影响着全球大气环流。以往研究多关注夏季青藏高原臭氧低谷现象及其气候效应，但对冬季臭氧总量（Total Column Ozone，TCO）变化的远程影响机制认知尚浅。与此同时，北太平洋海表温度（Sea Surface Temperature，SST）作为气候预测的重要因子，其与青藏高原的潜在关联亟待揭示。这一科学空白促使研究者深入探索两大系统间的物理链锁机制。
为解析这一跨圈层相互作用，兰州大学研究团队联合多源观测数据与气候模型展开系统性研究。他们利用1980–2022年的MSR-2臭氧总量数据、HadISST和OISST海温资料、NCEP-GODAS海洋流速数据以及MERRA-2再分析数据集，通过合成分析、偏相关计算和罗斯贝波射线追踪等方法，结合全大气社区气候模式（Whole Atmosphere Community Climate Model 4，WACCM4）和线性斜压模型（Linear Baroclinic Model，LBM）进行机制验证。研究重点对比了8个高原臭氧异常偏高事件与8个偏低事件的差异，并利用WACCM4设计了高原区域臭氧强迫试验（HTCO/LTCO），通过120次集合模拟确保结论稳健。
3.1 冬季TP臭氧总量与北太平洋SST的关联
分析显示，当青藏高原冬季臭氧总量偏高时，北太平洋副热带中西部海表温度显著偏低，线性回归系数达-0.012 K/DU（即臭氧每减少10 DU，该区域SST升高约0.12 K）。通过SST倾向方程分解发现，经向SST平流异常（贡献度86%）和地表感潜热通量（Sensible and Latent Heat Flux，SFLF）是主导因素，前者由异常南向海洋流驱动，后者与干冷空气输送增强相关。
3.2 机制解析
模型试验揭示，高原臭氧增加会吸收更多太阳辐射，导致平流层中下层增温（图3a-b），引发气团上升并通过对流层低位势高度和上升运动（图2a-f）。这种动力条件促进云量增加（图3c-d），减少地表太阳辐射（图3e-f），最终使高原表面降温（图3g-h）。冷却的高原表面激发东传罗斯贝波（图4b），在3天内沿西风急流抵达北太平洋，引发副热带负位势高度异常和气旋式环流。该环流通过两种途径影响SST：一是北风异常驱动南向海洋流，将高纬度冷海水输送至副热带；二是北风携带干冷空气加强蒸发，增强负SFLF异常（图1e）。LBM模拟进一步证实，高原冷却引起的热力强迫可直接再现北太平洋环流响应模式（图4a），而罗斯贝波源（Rossby Wave Source，RWS）异常（图4c-d）则明确了波动能量的下游传播路径。
研究结论表明，青藏高原冬季臭氧总量通过“平流层-对流层-海洋”级联效应调控北太平洋SST，其中罗斯贝波传播与海洋-大气相互作用构成核心机制。该发现不仅拓展了对臭氧气候效应的认知，还为跨半球气候预测提供了新视角。论文同时指出，SST异常可能通过海气正反馈进一步强化气旋活动，未来需结合海气耦合模型深化这一过程的研究。
