平流层臭氧能够吸收大量太阳的有害紫外辐射，因而被称为地球的保护伞。平流层臭氧的耗散会破坏生态系统，并改变适宜人类生存的气候条件，这凸显了研究平流层臭氧变化的重要性。过去的研究多聚焦于南北两极臭氧洞对全球气候的影响，事实上臭氧消耗不仅仅存在于两极附近，还存在于青藏高原上空。前人的研究多侧重于青藏高原臭氧谷（OVTP）的生成原因，而有关OVTP气候效应方面的研究少之又少。因此，揭示、理解并量化OVTP变异对于东亚降水的影响对提高我国夏季降水预报水平具有重要的科学意义和实用价值。
近日，我系博士生朱凌奥娜（第一作者）和吴志伟教授（通讯作者）的最新研究发现5-7月份的OVTP变异可以解释高达15%的东亚夏季（6-8月份）降水异常（图1）。研究结果表明，青藏高原地表温度（Ts）异常是连接5-7月OVTP与东亚夏季降水之间的关键桥梁。观测与数值实验（SC-WACCM模式）均表明，5-7月期间，青藏高原平流层臭氧浓度的减少会导致平流层温度显著下降，使更多辐射到达对流层和地表，从而使对流层和地表气温升高。此外，OVTP的增强会导致局地200hPa处位势高度的正异常，该异常减少了低层云量，增加了局地净短波辐射和地表感热通量，使大气边界层高度上升，从而进一步地抑制了低层云的形成，形成了陆-气正反馈（图2）。通过该正反馈机制，OVTP加强了青藏高原Ts异常，该异常能通过陆地记忆性持续至夏季。在夏季，青藏高原上的非绝热加热激发了中心位于江淮流域的低层异常反气旋，从而导致长江流域的降水负异常。与此同时，伴随着反气旋的出现，位于中国东南沿海地区的异常东风有助于水汽的输送，从而引发中国南部的降水正异常（图3与图4）。通过对CMIP6模式结果的深入分析，我们发现那些能够较为准确地模拟OVTP与青藏高原Ts之间关系的模式，更有望提供对东亚夏季降水的精确预测。
这项研究揭示了5-7月青藏高原臭氧谷变异对东亚夏季降水异常的定量贡献，清晰地阐述了其中的物理图像及调制过程。这一研究的发现对于深入理解东亚夏季降水过程具有重要的科学意义，且有助于提高东亚夏季降水的预测准确性。相关文章已于2023年10月被Nature系列期刊《npj Climate And Science》接收。
论文信息：Lingaona Zhu and Zhiwei Wu* (2023): To what extent can the Ozone Valley over the Tibetan Plateau influence the East Asian summer precipitation? NPJ Climate and Atmospheric Science, DOI: 10.1038/s41612-023-00508-x.
图1: （a） MJJ青藏高原臭氧谷指数回归东亚夏季降水异常场 （单位：mm/day），打点表示通过95%置信区间；（b） MJJ青藏高原臭氧谷指数对东亚夏季降水的解释方差贡献（单位：%）。
图2: MJJ OVTP引起的同期纬向垂直剖面异常（数值实验差异：去除OVTP前-去除OVTP后）。（a）臭氧混合比（单位：10-7 mol/mol），（b）温度（单位：K），（c）位势高度（单位：gpm），（d）云覆盖率（单位：%），以及（e）净加热率（单位：106 K/s）。打点表示通过90%置信区间。
图3: MJJ OVTP引起的位于（a）200hPa，（b）500hPa，（c）850hPa（单位：gpm）高度的东亚夏季大气环流异常（数值实验差异：去除OVTP前-去除OVTP后）。打点表示通过90%置信区间。
图4: 大气对青藏高原非绝热加热强迫的线性响应。（a） 青藏高原上空热源位置；（b）垂直加热廓线；（c） 200hPa, （d） 500hPa 与（e） 850hPa高度的大气环流场响应结果（单位：gpm）。
