布鲁尔—多布森环流（BDC）驱动热带空气上升、极区空气下沉，决定全球臭氧与水汽分布，是平流层物质输运的核心过程。然而极区平流层下沉速度极慢，直接测量极为困难。太阳质子事件（SPE）作为能量最强的高能粒子沉降过程，进入大气后可催化破坏臭氧。极夜条件下臭氧光化学寿命长达数月，其损耗痕迹因而成为追踪动力过程的理想示踪剂。
前期工作中，王赤院士团队的李晖研究员与博士生李雅轩等已系统揭示了SPE对北极平流层极涡的增强效应，定量给出了极涡风速增幅的高度分布特征，证实太阳高能质子通量与极涡增强正相关。然而SPE如何调制BDC下沉分支、下沉速率能否直接量化、背景气候态如何调控该过程，仍是未解之谜。
针对这些问题，李晖研究员与博士生王玉婷等创新型提出"臭氧示踪"方法，利用臭氧损耗轨迹标记下沉气流，将SPE转化为研究平流层动力学的天然实验。团队利用SPE期间臭氧损耗层作为示踪"染料"，从Aura卫星MLS载荷2004—2023年极区冬季臭氧数据中，识别连续下降的损耗轨迹并线性拟合，直接获取平流层下沉速度，从36次SPE中遴选出21个高质量事件：1）成功量化极区平流层下沉速度。臭氧示踪法给出的下沉速率为150—570米/天，与长效示踪物估算及模式模拟结果高度吻合；2）下沉速率与SPE强度显著正相关。下沉速度与积分质子通量（>10 MeV）相关系数达0.54（p=0.01），敏感性测试中表现稳健；3）揭示SPE影响平流层动力的物理链条。 SPE引发极区臭氧损耗与中低纬臭氧增加，增强经向温度梯度和西风急流，强化极涡。这与前期关于SPE增强极涡的发现一脉相承。进一步分析表明，"双西风带"结构改变行星波波导，促使行星波在高纬汇聚耗散，驱动残余环流增强，强化BDC下沉分支。
该研究首次利用臭氧示踪直接量化了SPE期间的极区平流层下沉速率，表明太阳高能粒子不仅通过化学途径破坏臭氧，还通过调制行星波动力过程改变平流层环流下沉分支，深化了对"空间天气如何影响地球中层大气"的认识。相关成果已发表在本领域国际权威期刊 Geophysical Research Letters上。
文章链接：Wang, Y., Li, H., Li, Y., Pan, Y., Xu, W., Ni, B., & Wang, C. (2026). Solar proton events enhance polar upper stratospheric downward transport: Evidence from ozone-traced descent. Geophysical Research Letters, 53, https://doi.org/10.1029/2025GL120368.
相关文章回顾：Li, H., Li, Y., Wang, Y., Sun, J., & Wang, C. (2025). Impact of solar proton events on the stratospheric polar vortex in the Northern Hemisphere: A quantitative analysis. Journal of Geophysical Research: Space Physics, 130, https://doi.org/10.1029/2024JA033068
图：臭氧示踪法给出SPE期间极区平流层下沉速率（左图）；下沉速率与SPE强度显著正相关（右）