Abstract. Stratosphere-to-troposphere transport results in the stratospheric intrusion (SI) of O3 into the free troposphere through the folding of the tropopause. However, the mechanism of SI that influences the atmospheric environment through the cross-layer transport of O3 from the stratosphere and free troposphere to the atmospheric boundary layer has not been elucidated thoroughly. In this study, an SI event over the North China Plain (NCP; 33–40° N, 114–121° E) during 19–20 May 2019 was chosen to investigate the mechanism of the cross-layer transport of stratospheric O3 and its impact on the near-surface O3 based on multi-source reanalysis, observation data, and air quality modeling. The results revealed a mechanism of stratospheric O3 intrusion into the atmospheric environment induced by an extratropical cyclone system. The SI with downward transport of stratospheric O3 to the near-surface layer was driven by the extratropical cyclone system, with vertical coupling of the upper westerly trough, the middle of the northeast cold vortex (NECV), and the lower extratropical cyclone, in the troposphere. The deep trough in the westerly jet aroused the tropopause folding, and the lower-stratospheric O3 penetrated the folded tropopause into the upper and middle troposphere; the westerly trough was cut off to form a typical cold vortex in the upper and middle troposphere. The compensating downdrafts of the NECV further pushed the downward transport of stratospheric O3 in the free troposphere; the NECV activated an extratropical cyclone in the lower troposphere; and the vertical cyclonic circulation governed the stratospheric O3 from the free troposphere across the boundary layer top, invading the near-surface atmosphere. In this SI event, the average contribution of stratospheric O3 to near-surface O3 was accounted for at 26.77 %. The proposed meteorological mechanism of the vertical transport of stratospheric O3 into the near-surface atmosphere, driven by an extratropical cyclone system, could improve the understanding of the influence of stratospheric O3 on the atmospheric environment, with implications for the coordinated control of atmospheric pollution.

Atmospheric boundary layer (ABL) structure was a crucial factor in altering the vertical aerosol distribution and modulating the impact of regional aerosol transport on the atmospheric environment in the receptor region. The long-term characteristics of ABL structures for different vertical aerosol distributions and the distinct influencing mechanisms between daytime and nighttime aerosol transport interacting with the diurnal ABL transition have rarely been studied in the receptor regions. Based on 9-year (2013-2021) satellite-retrieved profiles of aerosol extinction coefficients and meteorological sounding data, we targeted Wuhan, an urban city with noteworthy transport contribution in central China, to reveal the general wintertime transport height of ∼500 m and the corresponding unstable ABL structure during regional transport. By comparing typical daytime and nighttime aerosol transport with high-resolution Lidar observations, the aerosol transport near the ABL top coupled with intense mechanical mixing provided sufficient meteorological conditions for heavy aerosol pollution formation in the receptor regions, which was more favorable during nighttime transport followed by the adequate ABL development after sunrise. These findings enhance our comprehension of the ABL impact on air pollution in the receptor regions, which have implications for the precise prevention and control of the regional atmospheric environment.