极地平流层臭氧动态对极地和半球尺度的气候有重要调节作用。随着全球变暖加剧，极端野火频发，其释放的气溶胶可通过火积雨云（pyrocumulonimbus）或自抬升过程侵入平流层，成为臭氧平衡的潜在威胁。由于野火气溶胶能活化平流层中的含氯自由基并催化臭氧消耗反应，已有研究多认为其会导致显著的臭氧损耗，但往往忽视了其动力学反馈影响。

该研究聚焦2020年春季北极破纪录的臭氧损耗事件，从化学和动力学两个层面定量探讨了2019年夏季西伯利亚野火气溶胶排放对该过程的贡献。研究首先利用CALIOP雷达观测修正了地球系统模式（CESM2）的排放注入高度，准确模拟了2019年北极平流层的野火气溶胶信号。随后，在CESM2中开展了三组试验：包含2019-2020野火气溶胶演化过程的集合模拟（FIRE19）、气候态模拟（CLIM）以及无野火模拟（NOBB）。通过引入两种平流层化学机制（仅考虑气溶胶动力反馈的默认机制、纳入有机气溶胶非均相化学反应的更新机制），实现了野火气溶胶动力学与化学效应的定量解耦。

结果表明，尽管野火气溶胶的化学效应可促进臭氧损耗（-6.1DU），但其动力学效应占据主导地位（17.6DU），最终使北极2020年春季臭氧浓度显著增加（11.5 DU），约补偿了臭氧观测损耗量的1/5。这种补偿效应源于野火气溶胶的直接辐射效应，即野火烟羽中大量的吸收性气溶胶（如黑碳）通过吸收短波辐射，导致平流层增温并触发了两个关键影响：一方面，增温抑制了极地平流层云（polar stratospheric cloud，臭氧非均相化学反应的重要界面）的形成，减缓了臭氧消耗的速率；另一方面，增温削弱了北极2020年春季极涡的稳定性，显著增强了布鲁尔-多布森环流（BDC）向极地的臭氧输送。相比之下，野火气溶胶的化学效应仅在2019年冬季表现出较强信号，但随着气溶胶浓度降低，在2020年春季的影响要明显弱于其动力效应。

为验证上述结果的可靠性与普适性，该研究开展了排放量减半敏感性试验和气象场约束（nudging）模拟，结果均证实了上述结果的稳健性，同时发现，尽管背景气候状态发生改变，野火气溶胶的动力学效应仍占据主导地位。这一现象表明，该研究基于2019-2020特定场景下揭示的气溶胶-臭氧作用机制，在未来类似的平流层野火气溶胶事件中同样适用。

图1 野火气溶胶对北极平流层臭氧的综合影响及动力学、化学效应的贡献

研究进一步揭示了2019年北极野火气溶胶强烈信号的成因，发现极端野火分布与高空大气异常气旋系统的耦合是野火气溶胶进入北极平流层的关键。卫星观测表明，2019年夏季有超过15%的极端野火发生在65°N以北，同一时期在该区域上空出现了较强的低压气旋异常，有效促进了气溶胶向极地输送。相比之下，其他年份（如2020、2021）虽然极端野火更频繁，但因缺乏与气旋异常的耦合，气溶胶大多被阻滞在中纬度西风带，无法对极地臭氧产生显著影响。

图2 2019年高纬度极端野火与高空气旋系统的耦合

该研究为理解平流层气溶胶-臭氧相互作用提供了新视角，强调在评估野火对极地臭氧平衡影响时考虑其动力效应的重要性。研究成果以“Stratospheric biomass burning aerosols compensate record-breaking ozone depletion over the Arctic in spring 2020” 为题,发表于Nature Communications（//doi.org/10.1038/s41467-026-69728-y）。韩国成人直播 钟奇瑞研究员为论文第一和通讯作者，合作者包括阿姆斯特丹自由大学Sander Veraverbeke教授、暨南大学俞鹏飞研究员以及韩国成人直播 马建民教授、陶澍院士。该研究得到国家自然科学基金（42477392）、国家海外高层次人才引进计划（青年项目）以及欧盟“地平线2020”计划等项目的支持。

钟奇瑞研究员课题组长期招聘博士后，欢迎对野火与气候变化交互作用、大气污染物环境过程模拟、污染物气候与健康效应评估等方向感兴趣的博士加入（详见：//mp.weixin.qq.com/s/s42CrdrzjxrmjZM-K5p6RA）。