科研進展

ERL: 亚洲夏季风期青藏高原对流层顶气溶胶层研究

  亚洲对流层顶气溶胶层(Asian Tropopause Aerosol Layer, ATAL)是稳定出现在夏季亚洲季风区对流层顶附近的气溶胶薄层,主要出现在青藏高原上空,厚度约3–4km。ATAL自2011年被发现以来,其形成机理、气溶胶构成和来源成为科学家关注和争论的热点问题。

图1 观测实验施放现场(上)和飞行观测路径(下)

  針對上述科學問題,中科院大氣物理研究所與中科院空天信息創新研究院等單位合作,于2018–2019年先後在青藏高原格爾木和大柴旦開展三期基于長航時平流層高空氣球的原位平飄大氣綜合觀測試驗(圖1),氣溶膠廓線爲其重要測量要素之一。聯合實驗搭載POPS氣溶膠粒子計數器觀測和拉格朗日粒子擴散模式MPTRAC,大氣所中層大氣與全球環境探測重點實驗室張金強博士和吳雪博士等開展了ATAL氣溶膠粒子特征的研究。結果表明,ATAL的氣溶膠粒徑以小粒子爲主,多在0.25μm以下;氣溶膠最大數濃度出現在對流層頂(16–17km)附近,且在垂直方向上梯度變化大(如圖2)。數值模擬結果顯示,ATAL的氣溶膠粒子主要有兩個區域來源:部分來源于與亞洲夏季風直接相關的喜馬拉雅山南麓的強對流區,邊界層的汙染物可通過強對流直接垂直輸送至ATAL中;另一部分氣溶膠粒子來源于亞洲夏季風區內由上對流層向下平流層沿等熵面的螺旋上升運動(如圖3),即進入到亞洲夏季風區內的上對流層的氣溶膠成分均可能對ATAL産生影響。

图2 2019年8月高空气球搭载POPS观测气溶胶粒径和数浓度垂直分布。红色粗虚线表示对流层顶高度。

图3 ATAL气溶胶粒子传输通道示意图。红色三角形标识了2019年8月观测地点(青海大柴旦)纬度和高度。

  此外,与2018年相比,2019年观测的气溶胶粒子数浓度明显更高,且在水平方向上存在显著的非均一性。数值模拟结果显示,除受观测地点和年际南亚高压位置变化影响外,2019年6月22日Raikoke火山(48.292°N, 153.25°E)喷发产生的气溶胶传输到观测位置,对2019年的观测数据产生影响。虽然火山气溶胶排放量较大,但由于南亚高压在水平方向上的传输屏障作用,火山气溶胶并未完全掩盖ATAL信号。

  该研究受中科院战略性先导专项“临近空间科学实验系统”子课题“平流层长航时飞行原位及下投观测”(批准号XDA17010101)和国家自然科学基金中-德合作项目“上对流层-下平流层大气气溶胶的主要来源与输送路径的研究”(批准号41861134034)共同资助。研究成果发表在Environ. Res. Lett.杂志(张金强博士为第一作者,吴雪博士为通讯作者)。

  文章鏈接:

  1.Jinqiang Zhang, Xue Wu*, Jianchun Bian, Xiangao Xia, Zhixuan Bai, Yi Liu, Zhaonan Cai, Juan Huo, and Daren Lyu, 2020: Aerosol variations in the upper troposphere and lower stratosphere over the Tibetan Plateau, Environ. Res. Lett., https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1748-9326/ab9b43 (IF: 6.192)

  2.Jinqiang Zhang, Xue Wu*, Shang Liu, Zhixuan Bai, Xiangao Xia, Bing Chen, Xuemei Zong, and Jianchun Bian, 2019: In situ measurements and backward-trajectory analysis of high-concentration, fine-mode aerosols in the UTLS over the Tibetan Plateau, Environ. Res. Lett., https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1748-9326/ab5a9f  (IF: 6.192)

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