银河宇宙射线的能量沉积及其对臭氧化学的影响

我们采用 Geant4 工具包进行了银河宇宙射线(GCR)能量沉积及其对平流层化学影响的蒙特卡罗研究。 primary 原子核(质子、$\alpha$、CNO 和 Si)穿过由 0 到 120~g~cm$^{-2}$建模的大气，考虑了极地($R_{\mathrm{c}}=0.1$~GV)和赤道($R_{\mathrm{c}}=15$~GV)地磁截断条件。模拟解析了能量沉积随高度变化，揭示约有 96% 的平流层能量预算来自 15--35~km 区间内的级联次级粒子。通过将层级能量沉积转换为离子对产生率，我们量化了导致臭氧破坏的奇氮( NO$_{\rm x}$ )和奇氢(HO$_{\rm x}$ )自由基的形成。模型计算的产量在 18--22~km 高度峰值，导致在平均 GCR 流度下估计的臭氧减量为 $10^{-3}$--$10^{-2}$，与观察到的日际活动周期背景调制相符。这些结果在宇宙射线能量沉积与臭氧化学之间建立了物理上一致的联系，为将高能粒子输运耦合到大气光化学模型提供了基准框架。