进入上对流层的沙尘可作为冰核粒子，影响卷云形成及地球—大气系统的能量收支。已有研究表明，沙尘能够到达对流层顶附近甚至进入低平流层，但覆盖不同高度和粒径的原位观测仍然有限，尤其缺少沙尘事件前与事件期间的对比观测，制约了对高层沙尘分布及其垂直输送过程的认识。
针对上述问题，中国科学院大气物理研究所卞建春研究团队依托2009年启动的水汽、臭氧和粒子探空计划（SWOP），持续开展青藏高原地区大气成分垂直观测。近期，团队结合格尔木气球探空资料、卫星观测、模式模拟和后向轨迹分析，在上对流层沙尘识别及沙尘垂直输送研究方面取得系列进展，相关成果发表于《地球物理研究快报》（Geophysical Research Letters）和《大气科学进展》（Advances in Atmospheric Sciences）。
上对流层沙尘识别方面，团队利用球载光学后向散射仪和便携式光学粒子谱仪，在2021年3月27日格尔木探空观测中发现，上对流层至对流层顶以上约0.5千米范围内的气溶胶明显增强。对流层顶附近的气溶胶表面积粒径分布呈双峰结构，峰值分别位于约0.2和2.21微米，与典型亚洲对流层顶气溶胶层的单峰特征不同。结合卫星资料和后向轨迹分析，研究将这一异常气溶胶层与此前发生在中东及非洲东北部的沙尘暴联系起来，揭示了远源沙尘对格尔木高层气溶胶分布的影响，为沙尘经远距离输送到达对流层顶附近并进入低平流层提供了原位观测证据（图1）。
图1 2021年3月27日格尔木高层气溶胶的粒径分布及对流层顶附近的双峰特征。
在另一场沙尘事件中，团队分别于2023年4月17日事件前和4月19日事件期间开展格尔木气球探空，获得了近地面至低平流层不同粒径气溶胶数浓度的垂直廓线。两次观测对比显示，事件期间粒径大于0.416微米的粒子数浓度在整个对流层明显增加，海拔5千米以下达到事件前的10倍以上，对流层顶以上部分粒径区间的粒子数浓度也出现增加。结合卫星资料和模式分析，研究表明，大粒子数浓度的增加主要与沙尘输送有关。事件前与事件期间的廓线对比记录了沙尘影响下气溶胶垂直分布的变化，为分析沙尘向对流层顶及以上输送提供了观测约束（图2）。
图2 2023年4月格尔木沙尘事件前与事件期间的气溶胶垂直廓线。
后向轨迹分析与模式模拟进一步揭示了此次事件中不同高度沙尘的来源和输送路径。格尔木上空海拔3—5千米高度的沙尘主要来自邻近的塔克拉玛干沙漠；海拔12—13千米、位于对流层顶附近及以上的沙尘则主要来自更远的塔尔沙漠。模拟轨迹显示，携带塔尔沙漠沙尘的气团到达格尔木约需30小时。输送过程诊断表明，西南气流将塔尔沙漠沙尘输送至青藏高原北部，与低压槽和急流相关的天气尺度上升运动，以及高原高大地形产生的强迫抬升，共同促进了沙尘的垂直输送，使其到达对流层顶以上。
两项研究分别从高层沙尘层的识别和沙尘事件前与事件期间的廓线对比出发，为认识青藏高原北部沙尘的远距离输送及跨对流层顶输送提供了原位观测证据。覆盖不同高度和粒径的探空资料，可为检验沙尘输送模式提供观测约束，也为进一步研究高层沙尘对卷云和气候的影响提供了基础。
两篇论文的第一作者分别为李丹副研究员和博士研究生王澜，通讯作者均为卞建春研究员。相关研究由团队联合德国于利希研究中心、格尔木市气象局等单位共同完成。
两项研究均得到国家自然科学基金项目（42394121）资助。其中，2021年格尔木观测还获得国家自然科学基金—德国研究联合会合作项目（42061134012）支持。相关工作获得地球系统数值模拟装置（EarthLab）的技术支持。
论文信息：
Li, D., Vogel, B., Wang, L., Bai, Z., Qie, K., Peng, D., Xu, J., Li, Q., Yang, Z., Han, T., Wang, S., Xu, X., Bian, J., 2025: In-situ measurements of dust aerosols transported into the lower stratosphere from a dust storm event. Geophysical Research Letters, 52, e2025GL117342. https://doi.org/10.1029/2025GL117342 .
Wang, L., D. Li, Z. X. Bai, and J. C. Bian, 2026: In situ measurement of dust particle transport to the tropopause layer over the northern Tibetan Plateau. Advances in Atmospheric Sciences. https://doi.org/10.1007/s00376-026-5415-z .
