温室气体垂直廓线数据是碳卫星精度溯源的“标尺”，用于消除卫星遥感可能存在的系统偏差，也可以用于大气化学输送模式订正以及平对流交换过程研究。

在中科院“鸿鹄专项”支持下，通过研发高空气球长管采样下投探空观测技术（Aircore），实现了覆盖到平流层的温室气体廓线探测能力。2018-2021年，在青藏高原开展了多次Aircore实验，首次以高垂直分辨率展示了地面到25 km主要温室气体CO2、CH4、N2O以及CO的垂直结构特征。

通过Aircore等原位观测和数值模拟，发现AIRS卫星甲烷观测低估了亚洲夏季风区上对流层甲烷的季节性增强。亚洲夏季风的深对流和反气旋是CO、气溶胶、CH4等大气化学成分向上对流层和下平流层（UTLS）输送的的重要通道之一。然而，卫星观测的垂直分辨率和化学成分细节不足以精确描述其输送过程。通过Aircore等原位观测和数值模拟对比证实，发现AIRS卫星观测到的亚洲夏季风区以及季风环流出流区上对流层甲烷偏低（图1）。单一依靠卫星数据对季风区高层甲烷的垂直结构的定量评估是存疑的，因此，有必要借助借助高精度、高垂直分辨率原位观测对气体成分的三维分布特征进行关键细节补充和量化评估的矫正。

图1 亚洲夏季风区上对流层甲烷纬向异常（%）的气候平均分布（2015-2020年JJAS）。上图为结合地面甲烷通量同化的大气化学传输模拟，下图为AIRS卫星资料。

独特的原位观测数据补充了近年来分别在反气旋南侧和东侧开展的国际高空研究飞机观测实验（Stratoclim和ACCLIP）。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，导致大气化学结构发生明显变化。而平流层下层区域对流层源气体成分的高特征值表明，这些气团在对流上升后继续上升的特征。多种平台的原位观测结合，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。

图2 2020年8月在大柴旦四次气球原位观测实验得到的7种大气化学成分的混合比以及对应的气象变量。

上述两项研究分别发表于Environmental Research Letters和Geophysical Research Letters，第一作者分别为我所博士后陶梦初和博士生易游，通讯作者为蔡兆男副研究员和美国国家大气研究中心的Laura Pan博士，合作作者包括刘毅研究员、卞建春研究员、杨东旭研究员、朱思虹博士后、白志宣高级工程师，浙江工业大学的方双喜教授，复旦大学姚波教授，中国气象局梁苗高工、英国爱丁堡大学冯量教授以及美国国家大气研究中心的William Randel博士和Shawn Honomichl博士等。该研究受到国家重点研发计划（2019YFE0127500、2022YFB3904802）、先导专项子课题（XDA17010102）和国家自然科学基金项目 (42105060) 的资助。

论文信息：

Tao,M.,Cai,Z.*,Zhu,S.,Liu,Y.,Feng,L.,Fang,S.,Yi,Y.,& Bian,J. (2024). New evidence for CH4 enhancement in the upper troposphere associated with the Asian summer monsoon. Environmental Research Letters,19(3),034033. https://doi.org/10.1088/1748-9326/ad2738

Yi,Y.,Cai,Z.*,Liu,Y.,Tao,M.,Fang,S.,Yang,D.,Bai,Z.,Liang,M.,Yao,B.,Bian,J.,Honomichl,S. B.,Randel,W. J.,& Pan,L. L. (2024). AirCore Observations at Northern Tibetan Plateau During the Asian Summer Monsoon. Geophysical Research Letters,51(10). https://doi.org/10.1029/2024gl109256