CO是大气中重要的一次污染物，其大气寿命约为2个月，可作为区域污染传输的示踪物。因此，探究青藏高原CO变化特征及其区域传输途径对进一步理解区域大气化学、气候动力学等十分关键。近日，重点实验室林伟立教授团队与中国气象科学研究院等研究团队一起在《Journal of Geophysical Research: Atmospheres》上发表题为“Cross‐Regional Horizontal and Vertical Transport Pathways of Carbon Monoxide and Its Impact on Air Pollution in the Tibetan Plateau”的论文。该文章基于地表和卫星观测资料研究了青藏高原近地面和对流层CO的季节变化特征，以及不同大气环流驱动下区域传输的季节性差异对高原CO时空分布的影响。
研究结果
在青藏高原背景地区，香格里拉大气本底站地表CO浓度在春季最高、冬季最低；而2019年瓦里关全球大气本底站地表CO浓度无明显季节变化特征。平均而言，整个青藏高原地表CO浓度在暖季低、冷季高。然而，除典型城市西宁外，高原平均CO总柱浓度则表现为暖季高、冷季低的特点。
图1 2019年（a）瓦里关、香格里拉、青藏高原、（b）迪庆、西宁以及青藏高原在中国环境监测总站监测网中所有站点平均地表CO浓度季节变化特征；（c）瓦里关、香格里拉、（d）拉萨、迪庆、西宁以及青藏高原在中国环境监测总站监测网中所有站点平均、（e）青藏高原、（f）高原西部、东南部、东北部对流层CO总柱浓度季节变化特征
为阐明青藏高原地表和对流层CO季节变化差异的原因，本研究基于MOPITT卫星观测资料探究了青藏高原CO垂直分布特征及相应的污染传输机制。除冬季外，CO平均浓度随高度升高而升高，夏季可在200 hPa高度附近达到最高，其中CO垂直递增率在夏季最为明显。冬季CO垂直分布不明显，在300 hPa以下分布均匀（图2）。这与强地表排放地区的CO垂直廓线明显不同，表明区域传输对高原对流层CO分布的显著影响。
图2 2019年青藏高原年均和季节平均（a）CO垂直分布廓线；（b）温度垂直分布廓线
热带生物质燃烧排放的CO可通过哈德来环流传输至对流层高层，并逐渐向北传输，导致中低纬度地区对流层中高层CO明显偏高（图3）。在冬春季，青藏高原下沉运动将CO传输至对流层低层，使得CO浓度向下逐渐递减。但在冬季，强西风可有效清除CO，导致对流层CO整体偏低（图3a）。而在夏秋季，强上升运动使得印度、东南亚地表高CO向上传输至自由对流层以及青藏高原（图3c-d）。同时夏季强辐射有利于对流层中高层CO的光化学生成，导致CO浓度在青藏高原上垂直递增。
图3 2019年季节平均径向环流、纬向风以及CO浓度的垂直刨面图 |
为阐明青藏高原不同地区CO的主要来源，本研究进一步探究高原东南（香格里拉）和东北（瓦里关）背景地区CO的主要传输途径和潜在来源。首先，区分了清洁和受污染传输影响条件下的地表CO浓度（如图4所示），并分析两种条件下天气环流条件以及区域传输途径的差异，并与PSCF模型获得的潜在源分析结果相印证。
图4 （a-b）清洁和受区域传输影响条件下香格里拉和瓦里关CO平均浓度的季节变化特征； （c-d）受区域传输影响的频率以及（e-f）两种条件下平均CO浓度的相对差异的变化
在高原东南部，冷季异常强西南风和西风在上升气流将南亚、东南亚高CO传输至高原东南（图5d1,2），导致香格里拉地表CO浓度升高。夏季异常南风和秋季异常东南风分别可将四川盆地、东南亚的CO传输至高原东南边缘地区（图5b1,2-c1,2）。对于瓦里关，异常强东南风以及上升运动有利于CO从中国中西部地区传输至高原东北部，强西南风也会进一步促进Indo-Gangetic平原的CO传至高原东部。因此可以看出，不同环流特征驱动了不同区域传输途径，进而影响青藏高原CO的来源、分布与变化。 
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图5 （1-2）香格里拉和（3-4）瓦里关在清洁和受区域传输影响条件下500 hPa和700 hPa异常风场分布图 |
图6 （a-d）香格里拉和（e-h）瓦里关受区域传输影响条件下PSCF分析CO潜在源结果
文章链接：https://doi.org/10.1029/2024JD041859
撰稿：张小艺；审校：林伟立，赵罡，李华
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