传统对流层臭氧（O₃）气候研究采用简单平均方法，很大程度平滑了单个O₃廓线的分层结构，限制了我们正确描述和理解O₃如何在混合层（ML）和自由对流层（FT）之间垂直传输的能力。本研究收集2000-2022年北京和香港1897个臭氧探空样本，创新性地采用混合层高度参考坐标系，研究北京和香港低对流层O₃的气候垂直分层特征及成因机制。首先基于综合温度、湿度和云高信息的集成方法确定混合层高度h，进而基于h估计值，构建低对流层O₃ 的所谓 h参考垂直分布廓线（纵轴为 z/h 而不是 z，其中 z 表示高度）。结果表明：h参考坐标系可以突出显示O₃在 ML-FT 交界面处的剧变特征；低对流层O₃在垂向上呈异质分布，具体表现为近地面和ML-FT交界面处更强的垂直梯度。不同高度层O₃的自相关分析表明：ML和FT各自内部的O₃自相关性较高，但两层之间的O₃自相关性较低。上述结果证实ML-FT交界面充当了将不同O₃载荷气团分开的物理“屏障”。这种“屏障”效应因季节和城市而异，从北京夏季（香港秋季）的ML到FT O₃传输屏障转变为其他季节的FT到ML O3传输屏障。基于Student t检验，低对流层O₃廓线可进一步分为3种型态：MLO3主导型、FTO3主导型和均匀分布型。FTO3主导型在整个研究期发生最频繁（北京为70%，香港为54%），但MLO3主导型在光化学活跃季占主导，占北京夏日的47%，香港秋日的54%。相比于北半球中纬度地区结果，北京和香港MLO3主导型发生频率偏高，表明在有利的气象条件下我国特大城市更强的O₃光化学生成量。北京（香港）MLO3主导型通常发生在高温、适中（低）湿度、低（适中）风速和适中混合层高度的气象条件。从FTO3主导型到MLO3主导型，O₃前体物CH₂O（NO₂）在北京呈大幅增加（减少），但在香港仅略有增加（减少），其中ML中上部的CH₂O增量更为明显，而ML下部（近地面层）的 NO₂减量相对更大。O₃前体物的上述变化促使O₃生成敏感性由VOC控制向VOC-NOx协同控制甚至NOx控制转变，促进O₃在混合层内（尤其是在ML中上部）的光化学净生成。

对流层臭氧,混合层高度,臭氧生成敏感性