磁暴期间高能电子沉降对夜间大气臭氧的影响

学术精汇

作者：

唐琳惠 1 2 潘宇頔3 於益群*1 2 徐未*3 郝亦玮 1 2 马龙行1 2

作者单位：

1. 北京航空航天大学空间与地球科学学院2. 空间环境监测与信息处理工业和信息化部重点实验室3. 武汉大学地球与空间科学技术学院

摘要：

磁暴期间高能电子沉降（Energetic Electron Precipitation，EEP）能够加速高纬地区平流层臭氧损耗。以往研究主要聚焦于单个EEP事件对大气层的作用，而本研究旨在探究多次磁暴期间，由EEP引发的臭氧浓度变化规律。基于Aura卫星微波临边探测器（Microwave Limb Sounder，MLS）的观测数据，针对2004年8月至2015年12月发生的31次磁暴事件，分析了夜间条件下55°–80°纬度范围内的臭氧浓度变化特征。结果显示，在磁暴发生期间，70–80 km高度处臭氧平均损耗率约为10%；暴时臭氧损耗呈现明显的季节性差异，其中冬季磁暴引发的臭氧损耗最为突出。此外，本研究还重点探讨了2015年12月连续两次磁暴期间臭氧浓度变化的复杂过程：第一次磁暴发生时，臭氧损耗现象基本只发生在60 km以上高度；而第二次磁暴不仅加剧了臭氧损耗的程度，还将损耗范围向下延伸至40 km高度。通过运用包含D区离子化学过程的全大气社区气候模式（Whole Atmosphere Community Climate Model with the D-region ion chemistry，WACCM-D）的模拟，我们发现在上述两次磁暴期间，大气层中HO_X与NO_X的浓度先后出现两次显著的升高，且二者的累积效应大于两次磁暴单独作用的效应总和。这些过量的HO_X与NO_X，一部分在原位积累，另一部分继续向下传输并与低层臭氧发生化学反应，最终造成低高度区域出现大范围臭氧损耗。

关键词：

高能电子沉降磁暴臭氧损耗WACCM-D磁层-电离层-大气层耦合

刊期：

2026，1（56）

所属栏目：

论文_行星空间

基金资助：

国家自然科学基金项目(42350710793、42461160256),中央高校基本科研业务费项目资助(.)

分类号：

P353；X515

DOI：

10.1360/ N072025-0293

页数：

页码：

293-303

来源期刊

中国科学:地球科学