521 / 2026-03-20 11:23:13

基于青藏高原大气成分探测的亚洲夏季风上对流层下平流层输送研究

长管下投探空观测实验，大气成分垂直分布，亚洲夏季风污染物输送

主题2 大气物理、化学、环境 > 专题2.4 大气垂直结构探测技术和过程研究

          对流层上层和平流层下层（UTLS，upper troposphere and lower stratosphere）区域的大气成分在大气辐射平衡中起着重要作用。在亚洲夏季风期间（Asian Summer Monsoon，ASM），青藏高原上空的平流层-对流层大气物质交换是近地面污染物向上输送的重要通道。自然或人为污染物通过该通道进入平流层后，通过大气化学、微物理、辐射等过程对全球气候产生重要影响。深入研究该输送通道的关键特征，包括深对流输送的垂直尺度、污染物脱离反气旋进入平流层的输送路径、以及深对流输送能否穿透对流层顶等，都需要高精度高垂直分辨率的大气成分观测的支持。

            近些年国际上开展了一系列针对亚洲夏季风区的高空飞机原位观测实验，然而作为亚洲夏季风的核心区，青藏高原上空大气成分的原位观测特别是CO和CH₄仍十分稀缺。本研究首先介绍在青藏高原开展的长管采样下投探空（AirCore）观测实验，该试验同步获取了从地面到25 km高度CO、O₃、CH₄、N₂O、气溶胶粒子谱等多种大气成分高垂直分辨率廓线。独特的原位观测数据补充了近年来分别在亚洲夏季风反气旋（Asian Summer Monsoon Anticyclone, AMA）南侧和东侧开展的国际高空研究飞机观测实验。进而利用这些实验数据，分析了AMA北侧多种大气成分的协同变化和垂直分布特征，并结合多种卫星数据，开展了亚洲夏季风系统对流层-平流层输送过程的研究。 AirCore观测数据分析显示，对流层中上层受西风急流和上游源区对流输送的影响，大气成分垂直结构发生明显变化。对流层源气体成分CO和CH₄在上对流层（～13 km）出现高值，相对于背景浓度分别增加了60 ppb 和 100 ppb，接近近地面浓度。这一高度是上游深对流输送影响的主要出流高度。该高度之上，CO浓度快速递减而CH₄仍维持较高浓度，说明AMA区域内气流在缓慢上升过程中可以将寿命更长的气体输送至对流层顶和平流层下层。利用拉格朗日模型分析了CH₄高值结构的输送过程，结果表明对流出流高度以上大范围螺旋上升的速率约1 K/天。CH₄、N₂O和颗粒物在对流层顶附近显示出明显的垂直梯度，随着高度增加，浓度快速减小到接近平流层背景值。由于CO和CH₄之间寿命的差异，可以诊断亚洲夏季风反气旋环流背景下近地面污染快速输送和反气旋缓慢向上输送作用。上对流层区域附近的气溶胶和甲烷高值的高相关性显示气溶胶的前体物和甲烷主要来自相同的对流源区。多种原位观测结合，为理解亚洲夏季风系统内的化学物质输送过程、形成机制及重点源区提供了新的证据和视角。