夏季青藏高原北部对流层臭氧垂直分布的观测研究*

孙宇婷 郑向东 卞建春 张金强 白志宣

1.复旦大学大气与海洋科学系/大气科学研究院，上海，200438

2.中国气象科学研究院，北京，100081

3.中国科学院大气物理研究所，北京，100029

1 引言

对流层臭氧（O3）作为一种重要痕量气体，其光解反应产生的激发态氧原子O（1D）会与水汽发生反应产生OH自由基参与对流层大气化学全过程；它对红外波段的吸收使其垂直分布变化对大气辐射收支有重要影响。此外，对流层臭氧浓度上升对人体健康和植物生态均有负面影响。对于局地对流层臭氧而言，输送和局地光化学反应生成是它的源，而沉降及与水汽光解反应或NO滴定反应均是它常见的汇。对流层臭氧输送包括水平方向上的远距离输送和自然过程引发的平流层向对流层输送（STT，Stratosphere troposphere Transport），而化学过程中则主要是对流层氮氧化物（NOX）和有机性挥发碳（如异戊二烯）等臭氧前体物参与的光化学反应（唐孝炎等，2006）。背景地区对流层臭氧寿命可达2周至1个月（Liu，et al，1980），这决定了对流层臭氧分布变化与远距离输送密切相关。

高海拔大地形的感热释放及季风期西南水汽输送、潜热释放导致夏季青藏高原强对流发生，使得高原周边低空污染物向青藏高原辐合，并随热对流由对流层低层向对流层上层—平流层下层（UTLS，Upper troposphere lower stratosphere）输送（周秀骥等，1995；Fu，et al，2006）。上述物理机制对青藏高原“臭氧低谷”形成（周秀骥等，1995）、亚洲夏季对流层顶气溶胶层（ATAL，Asian Tropopause Aerosol Layer）形成（Kim，et al，2003；Tobo，et al，2008；Vernier，et al，2011）和平流层气溶胶及其全球气候效应（Yu，et al，2017）均有重要影响。此外，这一输送也会使对流层臭氧浓度明显低于同纬度其他地区（郑向东等，2000）。近20年来，青藏高原及其周边地区夏季臭氧探测增加有效促进了对季风控制下青藏高原对流层臭氧垂直分布特征及其变化趋势的认识（郑永光等，2007；Bian，et al，2012，2020；Yan，et al，2016；Li，et al，2018；Zhang，et al，2021）。

在第三次青藏高原考察项目的支持下（Zhao，et al，2018），2016年7月25日至8月22日在青海省格尔木市（36°24′N，94°53′E）按隔天一次的频率释放了15个臭氧探空仪，这是继1996年7—8月在青藏高原东北西宁高频率释放近30个臭氧探空之后（刘奇俊等，1997），第二次在高原北部开展夏季较长时间的臭氧探空观测。格尔木观测中7月25日个例分析表明，西伯利亚森林大火生物质燃烧的远距离输送是该个例高原北部对流层臭氧升高的原因（Zhang，et al，2021）。由于观测资料的匮乏，对于青藏高原对流层臭氧垂直分布特征以及臭氧浓度升高或降低原因的研究还不够充分。本研究主要是利用格尔木近1个月的臭氧探空观测数据结合气象资料进行分析，目的是了解天气过程对以格尔木为代表的青藏高原北部对流层臭氧垂直分布的影响。此外，还将这次观测与历史上的西宁（刘奇俊等，1997）、拉萨、林芝、那曲的臭氧探空测值进行了比较（Yan，et al，2016），以了解夏季青藏高原北部对流层臭氧浓度的垂直分布状况及变化特征。

2 观测和数据

与1996年在西宁观测所使用维萨拉探空仪配置的臭氧探空系统不同，2016年7—8月在格尔木观测使用国产臭氧探空仪和气象探空系统。室内测试和室外同球比对试验表明，国产臭氧探空仪泵效系数在100 hPa高度以下数值稳定，其与国际通用臭氧探空仪在对流层测值一致，完全满足探测精度要求（Zhang，et al，2014，2021；郑向东等，2018）。本次探测使用的气象探空仪由航天23所研制，该探空仪在2010年广东阳江国际探空比对试验中得到了检验（Nash，et al，2011）。考虑到气象探空湿度测量在低温、低湿和低压环境下误差较大，探空观测湿度在12 km高度以上仅供参考。

对原始探空数据按100 m垂直分辨率进行内插，数据上限选择为18 km，该高度包含了UTLS区域。本研究基于美国国家环境预报中心（NCEP）再分析气象数据资料（Kalnay，et al，1996），利用HYSPLIT（Hybrid Single-particle Lagrangian Integrated Trajectory）模式开展三维后向轨迹计算（Stein，et al，2015；Rolph，et al，2017）来追踪气团输送及其对对流层臭氧的可能影响。此外，还使用欧洲数值预报中心ERA5再分析气象数据进行天气背景分析（Hersbach，et al，2020），其中包括位势涡度（PV）剖面分析。ERA5数据水平分辨率是30 km，垂直为37层，其中地面（1000 hPa）到100 hPa有27层。另外，还使用风云-2E（FY-2E）云图产品表征强对流区域。

3 结果分析

3.1 对流层臭氧及气象要素垂直分布变化概况

表1给出2016年7—8月格尔木站对流层臭氧的统计结果，图1为同时段地面至18 km高度（海拔高度）范围内臭氧、位温（图1a），相对湿度、风场垂直剖面（图1b）以及对流层臭氧柱浓度（图1c）。由图1a可见，近地面高度臭氧浓度一般在50×10-9左右；8 km以下对流层臭氧浓度较低，除7月25—27日有高值外，浓度一般未超过100×10-9。在观测期间对流层顶维持在16—17 km。根据图1a中16 km以下臭氧垂直分布可将近1个月实验周期内对流层臭氧垂直分布变化大致分为以下4个阶段，而每个阶段内平均臭氧浓度和比湿垂直分布如图2所示。

图1 2016年7月25日至8月22日格尔木地区对流层（a）臭氧浓度（色阶，单位：10-9）和位温（红色实线，单位：K）、（b）相对湿度（色阶，单位：%）和风场（红色箭头）的垂直分布时间演变（白色实线为对流层顶高度，白色虚线为水汽资料的有效高度），以及（c）对流层臭氧柱浓度（单位：DU①DU：Dobson unit，1个DU相当于在0℃和1个标准大气压下，0.01 mm厚的纯臭氧。）Fig.1 Time-height cross sections of vertical distribution of（a）O3 volume mixing ratios（color shaded，unit：10-9）and potential temperature（red contour，unit：K），（b）relative humidity（color shaded，unit：%）and wind vectors（red arrow），（c）tropospheric ozone column （DU）over Golmud from 25 July to 22 August，2016（the white solid line in（a）and （b）indicates the thermodynamic tropopause height，and the white dotted line in （b） indicates the reliable altitude of the radiosonde humidity）

图2 格尔木对流层（a）臭氧浓度和（b）比湿在2016年7月25日—8月22日4个阶段的平均垂直分布及其标准差Fig.2 Vertical distributions of mean with standard deviations of tropospheric（a）O3 and （b）specific humidity over Golmud during the four phases from 25 July to 22 August 2016

表1 2016年7—8月格尔木地区探空仪观测对流层臭氧（O3）浓度结果统计Table 1 Statistics of tropospheric ozone （O3）concentration observed during July—August 2016 in Golmud

第一阶段：7月25—29日。该阶段对流层臭氧浓度整体高于月平均值，其中6—16 km测值为80×10-9—200×10-9，且8—10 km范围高达150×10-9；6 km以下臭氧浓度基本维持在60×10-9—80×10-9，对流层臭氧总量为4个阶段中最高。Zhang等（2021）对该阶段对流层臭氧峰值进行了个例分析，结果显示此峰值是由于俄罗斯西伯利亚森林大火排放的生物质产物参与光化学反应，产生臭氧并向该地区输送引起的。

第二阶段：7月31日—8月8日。总体来说，对流层臭氧浓度较上一阶段有所降低，但在8月2日臭氧浓度有所升高，尤其在8 km以上出现大幅度上升；而近地面至6 km臭氧浓度在这一阶段逐渐降 低，7月31日4 km以 下 浓 度 在55×10-9左 右，8月2—8日6 km以下则下降至低于50×10-9。

第三阶段：8月10—14日。对流层臭氧浓度在大部分高度范围内出现大幅度下降。该阶段最显著的特征是12—14日6—16 km臭氧浓度基本维持在70×10-9以下，明显低于其他时段相同高度的测值，而且这一低值区向上延伸影响至对流层顶。

第四阶段：8月16—22日。对流层臭氧呈上升态势。以16日6—14 km臭氧浓度回升到100×10-9以上为起点，但5 km以下包括近边界层高度范围内臭氧浓度较前一阶段则更低，近地面甚至低至40×10-9以下。

结合位温、风矢量、相对湿度垂直分布（图1a、b）大致可以看出与臭氧浓度变化所对应的气象要素的特点。位温作为等熵过程中的守恒量，在固定高度上的量值变化可以反映气团的属性：高（低）位温通常代表气团源自较高（低）高度的输送过程。尽管图1a位温与臭氧变化并未严格对应，但位温垂直结构随时间呈现的波动十分明显，尤其在6 km高度之上。第一阶段（7月27日）在335 K附近出现位温脊且伴随高浓度臭氧气团；第二阶段先出现一条深厚的位温槽（7月31日），此时对流层臭氧浓度降低，但8月2日在335—340 K高度再次出现位温脊，臭氧浓度对应回升；第三阶段位温再次呈现槽结构特点，臭氧浓度对应出现了大范围大幅度下降；第四阶段位温垂直分布变化与第一阶段类似，但变化幅度较小，且臭氧浓度也开始上升。

而从图1c可以看出，从7月下旬至8月下旬对流层臭氧浓度是下降的，这一季节变化特征与这个纬度相近的瓦里关山全球大气本底站近地面臭氧长期观测结果是一致的（Xu，et al，2018）。而从图2则可以看出，在这4个阶段中臭氧浓度的平均分布也是下降的且与比湿（q）的垂直分布变化相反，说明动力输送对对流层臭氧垂直分布变化有重要的影响，这与1996年7月至8月初在西宁进行的观测结果也是一致的（郑向东等，2002）。

3.2 与青藏高原其他地点夏季历史测值比较

中国自20世纪90年代开始在青藏高原东北地区的西宁开展臭氧探测研究（刘奇俊等，1997）。图3给出2016年格尔木的观测与1996年7—8月初 在 同 纬 度 的 西 宁 地 区（36°23′N，101°29′E）、2014年7月在青藏高原南部的林芝地区（29°38′N，94°22′E）、2011年7—8月的那曲地区（31°28′N，92°3′E）（Yan，et al，2016）和1998年8月的拉萨地区（29°41′N，91°1′E）测值的对比（郑向东等，2000；Tobo，et al，2008）。

从图3可见，青藏高原北部，1996年西宁地区对流层臭氧浓度要高于2016年格尔木地区，而在4—12 km西宁地区的平均比湿要低于格尔木（图3b）。这是由于1996年7—8月西宁上空发生了多次臭氧浓度短时上升现象（郑向东等，2002），而这种浓度上升与同期持续盘踞在哈萨克斯坦的中亚低涡有密切联系（杨莲梅等，2014）：中亚低涡7月中旬在哈萨克斯坦境内盘踞近2周，低涡导致平流层臭氧向对流层输送，进而通过远距离输送到青藏高原东北部地区。此外，西宁1996年8月1日发生的一次切断低压过境也造成了该地出现对流层臭氧浓度显著升高的情况（郑向东等，2003）。相比之下，2016年格尔木仅在7月下旬和8月2日出现了明显受平流层向对流层输送影响的臭氧浓度升高。

图3 7—8月格尔木、西宁、林芝、那曲和拉萨地区（a）臭氧浓度和（b）比湿平均垂直分布及其标准差Fig.3 Mean vertical distributions of （a）O3 and（b）specific humidity observed in Golmud，Xining，Linzhi，Naqu and Lhasa from July to August with standard deviations shown in the figure

从图3还可以发现，虽两地纬度十分接近，但2016年观测期间格尔木地区臭氧浓度在UTLS附近开始急剧升高时的高度（16 km）要高于西宁地区（14 km）。这很可能反映了季风强度在月份上的细微差异对高原对流层臭氧的影响：1996年的观测主要是在7月，而季风发展达到纬度最高时的月份是8月（Siu，et al，2020），西宁对流层臭氧值明显受到平流层向对流层输送的影响，使得臭氧在UTLS开始急剧上升的高度偏低。

对比青藏高原北部与南部观测的臭氧浓度（表2）发现，纬度效应对对流层臭氧浓度有较大影响：那曲、林芝和拉萨分别位于青藏高原东中部、东南部和南部，相比于北部的两个站点，对流层臭氧浓度平均值偏低而比湿偏高，整体上反映了动力输送过程对高原对流层臭氧的影响。那曲纬度略高于林芝和拉萨，对流层臭氧浓度也略偏高；林芝臭氧浓度高于拉萨还有可能与高原区域对流层臭氧长期变化有关。表2为5个站点对流层臭氧浓度和比湿的统计结果，在假设4个站点对流层顶海拔高度都为16 km时，高原北部对流层臭氧浓度最高而比湿最低。

表2 夏季青藏高原四地对流层臭氧平均浓度和比湿的统计Table 2 Statistics of summer tropospheric O3 and specific humidity at four sites of TP

3.3 位势涡度（PV）垂直分布变化

对流自由大气臭氧浓度垂直分布变化是贫、富臭氧气团在各个高度上的输送和混合的结果。来自UTLS气团向下输送使得臭氧浓度升高，而对流层低层诸如海洋边界层的贫臭氧气团向上输送则使得臭氧浓度降低、水汽增加。UTLS气团属性可以用位势涡度（PV）场来示踪（Hoskins，et al，1985），位涡在等熵输送过程中守恒，它的高值代表了气团受平流层向对流层输送影响较大。考虑位涡在近地面和对流层下层的代表意义不大，图4仅给出500—100 hPa高度范围内位涡的垂直分布变化。可以看出，对流层位涡基本在1 PVU（1 PVU=10-6m2·K/（s·kg））以下，在对流层顶以上UTLS区域位涡梯度急剧增大，该区域气团受平流层影响明显。在第一阶段值得注意的是，高位涡一直下延至400 hPa，使得臭氧浓度高于其他时段相同高度（图1a），反映臭氧垂直分布受平流层向对流层输送影响明显（Zhang，et al，2021）。第二阶段在350 hPa上也存在明显的位涡高值区域，8月2日更是高达2.5 PVU，臭氧浓度同样有所上升，但升幅较第一阶段略小。第三阶段整个对流层位涡低值以及负值区一直延伸到150 hPa以上，而对应相对湿度高值、臭氧浓度低值，这表明高湿度、贫臭氧气团在这一阶段占主导。第四阶段对流层上层位涡值有所上升，臭氧浓度也有所升高。

图4 2016年7月25日—8月22日格尔木对流层位势涡度（单位：PVU）垂直分布时间演变Fig.4 Time-height crosssection of tropospheric potential vorticity（unit：PVU）over Golmud from 25 July to 22 August 2016

总结图1在4个阶段的特征可以看出，高位涡对应高臭氧、低水汽，而低位涡则相反。位涡大小反映了气团受平流层向对流层输送的影响程度，而这又与高空天气形势联系紧密。整个观测期间格尔木地区天气变化明显，下面针对4个阶段高空天气背景的主要特征开展分析。

3.4 高空天气背景

图5是7月25日、8月2日、8月12日和8月22日150 hPa的位势高度与风场分布，分别对应4个阶段的典型天气背景。第一阶段，格尔木位于南亚高压的东北侧，气流为稳定的西北风。在这种天气形势下，虽西风急流在纬度上离格尔木较远，但急流北侧的下沉运动和急流南侧的上升运动组成的次级环流可以把急流北侧的上层气团向下输送（Keyser，et al，1986），导致格尔木地区上空臭氧浓度升高。格尔木上空风速较大的原因是次级环流北支下沉将气团的势能转化为动能及急流南侧对流上升将水汽凝结潜热转换为动能的共同结果。

通常情况下，青藏高原北部地区主要是西北或西南风（如第3阶段后），而在图1中第二阶段格尔木上空对流层盛行东北风，这一特殊现象在天气背景（图5b）中也得到进一步的确认。地面天气形势显示（图略）8月2日东部地区副热带高压向北、向西延伸，而对应的高空则是中纬度地区有一暖高压在低压槽的引导下缓慢向东北方向移动，并形成了持续近9 d的阻塞高压，格尔木刚好位于这一暖高压反气旋的东南侧，这是形成东风或东北风的原因。下节将对这一现象进行详细分析。8月高空反气旋中心位置发展到最高纬度位置（Siu，et al，2020），格尔木地区在8月中旬出现了强对流天气（图5c），之后季风继续占据西北地区，格尔木高空则完全被南亚高压所控制（图5d）。

图5 7月25日（a）、8月2日（b）、8月12日（c）和8月22日（d）150 hPa位势高度和风场（GM代表格尔木的地理位置）Fig.5 150 hPa geopotential height and wind vectors on（a）25 July，（b）2 August，（c）12 August and（d） 22 August （GM denotes the location of Golmud）

3.5 受观测点东北部阻塞暖高压影响下的对流层臭氧垂直分布（8月2日）

由于地转平衡，在格尔木这一纬度地区对流层一般为西风，但图1b显示从7月29日到8月8日观测到了持续的东风。东风最早出现在7月29日对流层8 km高度以下，表明引起持续东风的天气系统是从对流层低层开始发展的。8月2日9—14 km高度东风达到近20 m/s，而8—12 km高度又出现臭氧浓度高值。

为了解8月2日臭氧浓度高值出现的原因，对8月2日前后的天气进行分析。根据国家气象中心提供的地面天气形势分析（图略），8月2日副热带高压（副高）比平常要明显偏北。图6给出了7月29、31日和8月2、4日500 hPa高度比湿、风场和位势高度的分布变化，以5880 gpm代表副高范围，也代表可能与图5中150 hPa高度场所指示的南亚高压对应的500 hPa高度场上的高压范围。由图6可见，7月29日副高呈西南—东北走向、位置偏北，格尔木上空盛行西北风，北部有一东移的低压系统（图6a）。7月31日副高已有南退趋势，但在500 hPa高度可看出观测点东北边出现了高压（图6b），这是一典型的大陆性暖高压（从500 hPa温度场也可见，图略），从即日起观测点对流层受东北风影响。同日副高南边有一热带气旋生成。8月2日500 hPa暖高压继续增强并在蒙古上空呈现阻塞态势。蒙古上空形成了更强的东风，观测站点上空东风加强（图1b）；副高继续向西南方向撤退，但热带气旋携带丰富水汽向内陆输送（图6c）。因阻塞态势，4日暖高压向东缓慢移动；副高南退明显，热带气旋登陆后消散，富含水汽的气团部分被东南气流输送至青藏高原地区。因此，从图1b可见，自8月2日起对流层下层湿度上升，于4日达到高值。

图6 500 hPa比湿（色阶）、位势高度（蓝色实线，单位：gpm）和风场（矢线）（a.7月29日，b.7月31日，c.8月2日，d.8月4日）Fig.6 Specific humidity（color shaded），geopotential height （blue solid line）and wind vectors at 500 hPa on （a）29 July，（b）31 July，（c）2 August and （d）4 August

7月31日后南亚高压北移以及格尔木东北边500 hPa暖高压的建立给对流层臭氧带来了怎样的影响？从图1b中可以看到，7月31日是对流层风向完全转为东风的第1天，除5—6 km高度外臭氧浓度几乎都低于平均值，也低于随后8月2日及4日的低值。图7进一步说明7月31日对流层臭氧浓度既未受明显平流层向对流层输送的影响也未受低纬度或东部暖湿气团的影响，而是一个典型的受西风气流输送影响下的平均状态，其值是比较低的。但8月2日臭氧浓度和比湿与7月31日相比，大约在5—8 km两者的值均上升；与8月4日测值相比，大约在7—8 km高度臭氧浓度和比湿继续升高，而8月2日7 km高度以下则是臭氧浓度上升、比湿下降，8月4日7 km高度以下较2日也是比湿上升、臭氧浓度下降。

通过后向轨迹计算发现，7月31日对流层上层气团更多来自于自西向东的长距离输送（图略），这符合臭氧浓度低和比湿低的分布特征。而8月2日5 d后向轨迹发现（图7c），格尔木对流层9 km高度处（图7d中离地面近6 km高度附近）尽管受到西风长距离输送影响，但由于暖高压反气旋效应，气团最终在12 km高度附近从7月30日（大约50°N，95°E）由高到低沿着反气旋路径从西折向东南后，在中蒙边界又沿东北往西南输送到格尔木上空。8月2日9—12 km高度出现臭氧浓度高、比湿低的情况，是高层气团向下输送的结果，这与位涡（图4）的分布一致。

8月2日8 km高度以下臭氧浓度和比湿升高现象也可以从后向轨迹上解释：图7c给出了8月2日7.5 km高度（图6d中离地面4.5 km高度附近）气团5 d的后向轨迹，显示气团来源路径是从华南沿海地区向北输送后汇入到高压反气旋中的过程：28日气团刚好经过受热带气旋影响地区使得比湿升高明显，而从轨迹垂直分布来看（图7d），7月31日至8月1日气团几乎是贴着地面往西输送，大致经过兰州、西宁等地。这一路径携带了污染性气团向西输送。8月4日则是热带低压气旋影响下的臭氧浓度低、比湿高的气团占据主导。4日之后对流层臭氧浓度整体下降。

图7 格尔木2016年8月2日对流层臭氧廓线个例分析（a.臭氧廓线，b.比湿廓线，c.8月2日海拔高度7.5和9 km气团5 d后向轨迹水平分布计算结果（色标表示气团轨迹的日期），d.5 d后向轨迹垂直分布计算结果（图d的纵坐标是气团经过路径的地面高度））Fig.7 Case analysis of tropospheric O3 profile on 2 August 2016（a.O3 profiles，b.q profiles，c.5 d backward trajectories for the air parcels ended at 9 km and 7.5 km （ASL）on 2 August （the color bar indicates the dates of the trajectories），d.vertical evolutions of the 5 d back trajectories（unit of coordinate is the altitude of the trajectories above the ground level））

3.6 受强对流天气影响的臭氧低值分布（8月12—14日）

7—8月夏季风进入强盛期后（Siu，et al，2020），对流活动多发、臭氧浓度低的气团从对流层低层随着青藏高原主体地区强对流天气的发展输送到UTLS高度，使得对流层臭氧浓度降低。图1中的第三阶段正处于强对流活动期。图8给出了第三阶段的3次观测结果，从臭氧浓度和比湿分布来看，这个阶段对流层臭氧浓度均低于平均值而比湿则相反；8月12日是该阶段受对流影响最大的一天，日臭氧浓度达到了3 d内的最低值而比湿在12日和14日相差并不大，但比湿均在4—8 km高度出现高值。从臭氧浓度的垂直分布（图8a）还可以看到，12日在14—16 km高度臭氧浓度要高于14日，而该高度正对应高风速的出现（图1b）。

图8 8月10—14日（a）臭氧浓度和（b）比湿的垂直分布，以及FY-2E静止气象卫星2016年8月12日（c）和14日（d）中午（14时）的红外云图（黄五角星为格尔木观测站，红色区域代表深对流区）Fig.8 Vertical distributions of（a）O3 and （b）specific humidity from 10 to 14 August，and the FY-2E satellite cloud images at local noon time on（c）12 and （d）14 August 2016（the yellow star denotes Golmud，and the areas shaded in red represent deep convection）

对图8中8月10、12和14日格尔木对流层各个高度气团的后向轨迹进行计算（图略），发现8月12日格尔木地区15 km以下5 d内的气团输送均来自格尔木南部和西南部的青藏高原主体地区，说明格尔木地区在这一强对流控制下的臭氧浓度垂直廓线与青藏高原主体的对流层臭氧浓度垂直分布联系密切。而8月12、14日观测站及其邻近地区的强对流天气特征可以从FY-2E卫星红外增强云图上反映出来（图8c、d）。强对流呈西南—东北方向发展，12日在观测站西南部，而14日则发展至包含格尔木在内的东北部广大地区。显然，8月12—14日对流层臭氧浓度低值是由青藏高原主体开始发展的强对流天气引起。1996年7月26—27日在西宁也观测到类似的强对流输送对青藏高原对流层臭氧浓度的影响（Zheng，et al，2004）。

4 讨论和结论

基于臭氧探空数据，通过天气分析和气团后向轨迹计算研究了2016年7—8月格尔木地区对流层臭氧浓度垂直分布随时间的演变，并与同纬度的西宁和位于青藏高原南部的拉萨、林芝和那曲地区夏季历史测值进行了对比分析，依此了解青藏高原北部地区夏季对流层臭氧浓度的垂直分布特征。

夏季青藏高原北部对流层臭氧浓度垂直分布变化受天气过程影响明显。2016年7月下旬至8月下旬格尔木地区观测到对流层臭氧浓度分布变化可以分为4个阶段，虽然每个过程对应的天气背景有所不同，但整体来说，对流层臭氧垂直分布均遵循臭氧浓度高（低）、水汽低（高）和位涡高（低）的特征。这说明动力输送过程在青藏高原北部地区的对流层臭氧垂直分布中占主导地位。来自高纬度地区的平流层向对流层输送导致对流层臭氧浓度升高而比湿下降，而低纬度气团输送则使臭氧浓度降低而比湿升高。在源自青藏高原主体地区强对流天气系统的影响下，臭氧浓度达到观测期间最低值而比湿则接近或达到最高值。对流层臭氧柱浓度从7月下旬到8月下旬呈总体下降态势，在强对流天气期间（8月12日）仅为26.47 DU。

与已广泛被报道的对流层臭氧浓度垂直分布变化与高空低压槽、切断低压等天气过境的观测个例分析不同，2016年7月底至8月上旬在格尔木观测到在观测地点的东北地区一次暖高压形成及其阻塞过程对对流层臭氧浓度分布变化的影响。这一个例中观测站点对流层出现了连续近9 d的东风，但对流层臭氧浓度总体稳定且偏低，仅在8月2日因暖高压东北—西南方向反气旋气流导致对流层8—12 km高度臭氧浓度短暂上升，而在对流层低层出现了从观测站点东面输送的具有相对较高臭氧浓度和比湿的污染气团。对流层低层污染气团在夏季向西输送导致对流层臭氧浓度的升高值得注意，鉴于在青藏高原东北部的瓦里关山的近地面臭氧长期观测中已经得到关注（Xu，et al，2018），而青藏高原北部整个对流层臭氧是否存在类似趋势，还有待于高质量对流层臭氧数据（比如卫星资料）的进一步检验。

青藏高原北部对流层臭氧浓度在8月明显低于7月，与西宁1996年7月至8月初测值相比，平均低12.6×10-9。格尔木2016年主要在8月观测到对流层臭氧浓度偏低。这一差别可能反映了季风强度在月份上的细微差异对青藏高原对流层臭氧浓度的影响。青藏高原北部与南部站点测值相比，发现本次测值平均分别高于林芝（2014年7月）和那曲（2011年7月至8月）以及拉萨（1998年8月）25.2×10-9、11.7×10-9和38.1×10-9，体现了纬度效应对青藏高原对流层臭氧浓度的影响。但需要指出的是，拉萨近地面臭氧具有光化学污染生成特征（汤洁等，2002），并随城市发展而呈现进一步加剧的趋势（Ran，et al，2014），而由于拉萨夏季处在高空南亚高压反气旋控制下，对流层水平输送较弱，近地面光化学生成的臭氧通过对流运动向上输送到对流层中、上层，使得拉萨的对流层臭氧浓度在最近十年呈现高值的特点（Li，et al，2018），这是本次高原北部臭氧探空测值与拉萨的比较难以体现出高原对流层臭氧随纬度变化特点的原因。拉萨近地面和对流层臭氧浓度的长期变化趋势需要进一步分析研究。

致谢：国家气象中心郑永光研究员提供了2016年8月2日地面和高空天气形势图供本研究参考；文中所使用的NCEP气象资料来自https://psl.noaa.gov/，EAR5的数据资料来自https://cds.climate.copernicus.eu/，HYSPLIT后向轨迹资料来自https://www.ready.noaa.gov/index.php，卫星云图由上海市气象局贺千山博士提供。