作为PM2.5的重要组成部分，碳质气溶胶（有机物OM和黑碳BC）的垂直分布对其气候与健康效应具有关键影响。然而，传统地面观测难以揭示碳质气溶胶的三维垂直分布特征，塔基、航测等垂直观测手段时空范围受限，目前亚洲地区长期、垂直分辨的观测数据仍然匮乏。
针对这一问题，本研究基于连续两年（2021-2022年）激光雷达与太阳光度计遥感观测，利用气溶胶组分垂直廓线反演算法，构建了逐小时碳质气溶胶垂直廓线数据集，系统分析了OM和BC的垂直结构及其季节性演变机制。
研究显示，北京碳质气溶胶具有显著的垂直分布特征。OM和BC主要集中在2km以下，并随高度呈阶梯式下降。冬季和春季浓度最高，并在3月和11月出现显著峰值。从日变化来看，900m以下OM和BC的变化与地面CO浓度趋势一致，表明低层主要受地面排放控制；而在900 m以上，高空污染则呈现更复杂的昼夜演变特征。冬春季夜间高空浓度较高，夏秋季则出现早晚双峰结构，并随着高度增加出现“峰值延迟”现象。进一步利用OC/EC比值分离一次有机碳（POC）和二次有机碳（SOC），发现POC和SOC分别占OM的63.4%和36.6%，二者主导高度在750m处分界，其中SOC在900–1400m高度达到峰值。
通过随机森林气象归一化分析，研究区分了排放与气象对气溶胶变化的贡献：排放主导整层长期浓度趋势；气象因素主要驱动短期波动和污染峰值，通过温湿度作用影响OM的氧化过程影响，通过垂直速度影响BC的输送过程。季节性综合分析表明，随高度增加，碳质气溶胶主要受物理过程、光化学过程和传输过程影响。低层（<900m）在秋冬季主要受东风输送及高湿抑制扩散控制；中层（900–1400 m）光化学和液相氧化作用在夏季达到峰值；高层（>1400m）在秋冬季和春季分别受生物质燃烧和沙尘输送主导。
本研究首次对北京地区碳质气溶胶进行长期、高时间分辨率的垂直特征分析，重点揭示了排放、气象和区域传输的复杂耦合作用，为精细化污染控制策略的制定提供了科学依据。
论文第一作者为大气物理研究所在读博士研究生宋逸凡，通讯作者为大气物理研究所杨婷研究员，合作者还有王自发研究员、在读研究生张诗语、北京市人工影响天气中心田平博士、大气物理研究所孙业乐研究员、苏杭研究员。研究得到国家自然科学基金优秀青年科学基金（42422506）、国家自然科学基金（42275122）及地球系统数值模拟装置的技术支持。
图1. 碳质气溶胶垂直分布特征及排放-气象驱动机制
Citation: Song, Y. F., T. Yang, S. Y. Zhang, P. Tian, Y. L. Sun, H. Su, and Z. F. Wang, 2026: Height-resolved mechanisms of carbonaceous aerosols in Beijing: Two-year remote sensing revealing season-dependent emission-meteorology interactions. Adv. Atmos. Sci., doi: 10.1007/s00376-026-5617-4. Download: https://www.iapjournals.ac.cn/aas/article/doi/10.1007/s00376-026-5617-4
