山地区域单发与复合极端高温及臭氧污染的多尺度气象驱动因素差异

《Atmospheric Research》：Distinct multiscale meteorological drivers of individual and compound extreme heat and ozone pollution in mountain-basin areas

　　

• •
  揭示了独立极端高温（IEH）、独立O₃污染（IOP）及其共发事件（CHOP）的对比特征。
• •
  副热带高压（WPSH）与南亚高压的共同作用增强了污染物扩散和水分输送，抑制了O₃光化学反应并触发湿性极端高温。
• •
  脊（西风带）伴随弱低层西南气流增强了干性下沉运动并抑制了水分输送，从而触发CHOP（IOP）事件。

引言

气候变暖和空气污染，由温室气体和污染物的过量排放所驱动，是全球面临的最严峻的环境挑战之一（Shindell et al., 2012; Stohl et al., 2015; West et al., 2013）。近几十年来，极端高温事件变得更加频繁、强烈且持续（Meehl and Tebaldi, 2004; Perkins et al., 2012），而地表臭氧（O₃）污染在许多地区仍然严重（Wang et al., 2017; Wang et al., 2021）。这些变化共同对公众健康、生态系统和经济社会发展构成了严重威胁（Feng et al., 2019; Mora et al., 2017; Zhou et al., 2025）。由于部分重叠的气象条件，极端高温和O₃污染经常共同发生，形成复合型极端高温–O₃污染（CHOP）事件（Schnell and Prather, 2017; Sun et al., 2026; Zhou et al., 2025）。与独立极端高温（IEH）或独立O₃污染（IOP）相比，此类复合事件造成了更高的死亡率负担和更快的风险增长（Cui et al., 2025; Xu et al., 2026），凸显了CHOP作为新兴全球气候环境问题的重要性。

从大尺度大气环流、中尺度天气系统、局部气象条件以及控制O₃形成的光化学反应过程等角度，已对极端高温、O₃污染及其复合发生的驱动机制展开研究（Li et al., 2020; Lopez et al., 2018; Otero et al., 2016; Zhang and Wang, 2016）。其中，大尺度大气环流是极端高温的主要驱动因素。例如，大气阻塞可通过阻止天气系统传播并改变中纬度急流位置，在欧洲触发极端高温（Pfahl et al., 2015; Shutts, 1983），而中国的极端高温主要与西太平洋副热带高压（WPSH）、南亚高压和东亚急流有关（Chen and Lu, 2015; Lu and Chen, 2016; Luo et al., 2020; Wang et al., 2013）。O₃污染从根本上受前体物排放驱动，但其时空变化强烈受到多尺度气象因子的调节，因为这些因子可以调控O₃及其前体物的扩散、输送和光化学反应（Ding et al., 2004; Zhao et al., 2019; Zhou et al., 2025）。值得注意的是，有利于极端高温的气象因子通常也有利于O₃污染（Schnell and Prather, 2017）。例如，持续的高压系统通过增强太阳辐射和大气稳定性触发CHOP事件，从而促进生物源挥发性有机物（BVOC）的排放和O₃的光化学生成，同时抑制O₃及其前体物的扩散和干沉降（Katragkou et al., 2011; Li et al., 2026; Lin et al., 2025; Lu et al., 2026; Vieno et al., 2010）。这些发现强调了多尺度气象因子在调节极端高温、O₃污染及其复合发生中的关键作用。

尽管极端高温和O₃污染共享部分重叠的气象驱动因子，它们并不必然同时发生，二者之一也可能单独出现（Huang et al., 2023）。具体而言，低相对湿度和强太阳辐射的干热"烤"日促进NO₂光解和O₃生成，而高相对湿度和弱太阳辐射的湿热"蒸"日则对O₃光化学不太有利（Liu et al., 2025）。此外，对中国粤港澳大湾区IEH、IOP和CHOP事件的大气环流对比研究表明，CHOP和IOP表现出相似的环流型，二者均可能与热带气旋活动有关（Huang et al., 2023）。值得注意的是，近地表O₃与温度之间通常的正相关关系在极端高温条件下可能会逆转，这种现象被称为O₃抑制，即随着温度进一步升高，近地表O₃反而下降（Ning et al., 2022; Steiner et al., 2010）。这些复杂的相互作用不仅触发了CHOP事件，也触发了IEH和IOP事件。然而，针对这三类事件的特征和内在机制的对比研究仍然有限，阻碍了我们对极端高温、O₃污染及其复合发生的理解。

四川盆地毗邻青藏高原（TP）东坡，是一个封闭的丘陵–盆地地形，极端高温频发且O₃污染严重（Wang et al., 2024）。在高原–盆地地形强迫作用下，四川盆地常出现独特的多尺度天气系统，包括南支槽、高原高压、西南涡和局地大气环流，这使得其极端高温和O₃污染的机制比平原地区更为复杂（Huang et al., 2021; Xing et al., 2026; Zhang et al., 2025; Zhao et al., 2023）。因此，亟需从多尺度气象驱动因子角度研究四川盆地IEH、IOP和CHOP事件的特征和内在机制，特别是关注这三类事件的差异比较。我们的研究结果有望为理解CHOP事件以及全球变暖背景下协同应对极端天气和空气污染提供新的科学见解。

章节摘要

观测与再分析数据

本研究收集了四川盆地18个城市（图1）1981年至2025年的日最高温度（T_max）和2015年至2025年的近地表O₃日8小时滑动平均最大值（MDA8）浓度，用于识别IEH、IOP和CHOP事件。为考察这三类事件在O₃光化学生成和累积方面的差异，我们还收集了中国环境监测总站的近地表O₃和NO₂小时浓度数据，以及

IEH、IOP和CHOP事件的特征

根据区域IEH、IOP和CHOP的定义，我们在2015–2025年暖季（4月至9月）的四川盆地共识别出255天IEH日、37天IOP日和96天CHOP日。如图2a所示，IEH日出现在整个4月至9月期间，主要集中在夏季和初秋，而IOP日主要出现在春季和初夏，背景温度最低（图2b）。相比之下，CHOP日在整个暖季分布更为均匀（图2c）。这些

总结与讨论

本研究调查了四川盆地IEH、IOP和CHOP的特征和内在机制，并界定了它们之间的关键差异。IEH主要发生在夏季至初秋，IOP集中在春季至初夏，而CHOP贯穿整个暖季。值得注意的是，IEH和CHOP的风险均显著增加，四川盆地南部已成为极端高温和O₃污染的热点区域。触发这些事件的多尺度气象驱动因子

作者贡献声明（CRediT）

李梦瑶：撰写–审阅与编辑，撰写–初稿，验证，软件，方法学，调查，形式化分析。宁桂才：撰写–审阅与编辑，撰写–初稿，指导，资源获取，项目管理，调查，形式化分析，概念构思。陈轩安：撰写–审阅与编辑，数据整理。邢佳怡：撰写–审阅与编辑，形式化分析。许原鑫：撰写–审阅与编辑，数据整理。赵天亮：撰写–审阅与

利益冲突声明

作者声明，不存在可能对本研究报道工作产生影响的已知竞争性财务利益或个人关系。

致谢

本工作得到国家自然科学基金（批准号42305197和42575087）、安徽省自然科学基金（批准号2408085QD124）和江苏省青年科学技术人才培养计划（批准号JSTJ-2024-416）资助。宁桂才在南京信息工程大学的聘任部分由江苏特聘教授计划（批准号R2023T01）支持。我们感谢高性能计算中心的

李梦瑶|宁桂才|陈轩安|邢佳怡|许原鑫|赵天亮|孙晓芸|王庄|王世功|杨元健