第一张全球温室气体的图片出现在两极飞行中

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科学家们今天宣布，为期三年的从北极到南极的一系列研究飞行，成功地绘制出了大气中温室气体和颗粒的前所未有的画像。

这项影响深远的实地项目，由加州大学圣地亚哥分校斯克里普斯海洋研究所(即HIPPO)的科学家合作开展，使研究人员能够绘制第一张影响地球气候的气体和粒子全球分布的详细地图。

这一系列飞行将于下周结束，标志着一个重要的里程碑，科学家们正在努力瞄准温室气体的来源，以及将气体从大气中吸收出来的自然过程。

美国国家大气研究中心(NCAR)的科学家、该项目的主要研究员之一布里顿·斯蒂芬斯(Britton Stephens)说:“仅通过表面测量来追踪二氧化碳和其他气体，就像戴着雾蒙蒙的面具浮潜水一样。”“最终，HIPPO让我们清楚地了解了那里到底有什么。”

斯克里普斯地球化学家拉尔夫·基林(Ralph Keeling)是HIPPO的合作研究员，他说，这个项目对大气的作用，就像多年的海洋学研究对海洋的作用一样，即创建海洋组成气体的地图集。
基林说:“我们将能够改写我们对大气成分的了解，特别是在温室气体方面。”

这项为期三年的运动依赖于一架特殊装备的湾流V型飞机的强大性能，该飞机由国家科学基金会(NSF)拥有，由NCAR运营。这架研究飞机被称为高性能环境研究仪器机载平台(HIAPER)，航程约为7000英里(11000公里)。它配备了一套专门设计的仪器，可以对广泛的大气成分进行采样。斯克里普斯的研究生乔纳森·本特参加了几次HIPPO飞行，在其他任务中沿着横断面收集空气样本。

“通过HIPPO，我们现在可以看到整个大气切片，”HIPPO首席研究员、哈佛大学工程与应用科学学院大气与环境教授史蒂文·沃夫西(Steven Wofsy)说。“我们对某些大气成分的丰富程度以及它们最常见的位置感到非常惊讶。”
这些飞行帮助科学家们收集了有关大气层的非凡细节。研究小组研究了不同季节不同纬度的空气样本，从地球表面以上500英尺(150米)的高度到45000英尺(13750米)的高度，一直到平流层的下层。

HIPPO是HIAPER极点对极点观测的缩写，汇集了来自全国各地组织的科学家，包括NCAR、哈佛大学、国家海洋和大气管理局(NOAA)、斯克里普斯海洋研究所、迈阿密大学和普林斯顿大学。NSF是NCAR的赞助商，NOAA为该项目提供资金。

在通往全球的道路上的惊喜

五次HIPPO任务中的第一次开始于2009年1月。2010年发射了两次后续任务，2011年发射了两次。最后一次任务将于9月9日结束，飞机将从北极返回安克雷奇，然后返回位于科罗拉多州博尔德附近的NCAR研究航空设施的基地。
每次任务都将研究小组从科罗拉多州带到阿拉斯加和北极圈，然后向南越过太平洋到达新西兰和南极洲附近。

这些飞行在一年中的不同时间进行，从而产生了一系列温室气体浓度的季节性快照。这项研究旨在帮助回答一些问题，比如为什么大气中甲烷(一种强有力的温室气体)的含量自工业时代以来增加了两倍，并在20世纪90年代趋于稳定后再次上升。科学家们还研究了北方北方森林和热带雨林的砍伐和再生是如何影响大气中二氧化碳(CO2)水平的。这类研究将为评估遏制二氧化碳排放和加强二氧化碳自然吸收和储存的努力的成功与否提供一个基准。

该团队测量了大气中总共80多种气体和粒子。

HIPPO最重要的成就之一是量化了陆地植物和海洋吸收和释放的二氧化碳的季节量。这些测量将帮助科学家更准确地估计二氧化碳进出大气的年度周期，以及自然界和社会对二氧化碳量增加的影响。

研究小组还发现，由柴油发动机、工业过程和火灾排放的黑碳颗粒在大气中的分布比之前认为的要广泛。这些颗粒可以以各种方式影响气候，例如直接吸收太阳辐射，影响云的形成，或当它们沉积在冰或雪上时加快融化速度。

“我们没有预料到的是，我们在太平洋中部向美国西海岸扫来的气柱中观察到的黑碳含量非常高，”国家海洋和大气管理局科学家瑞安·斯帕克曼说，他是HIPPO研究小组的成员。“这一水平与休斯顿或洛杉矶等特大城市的水平相当。这表明，西太平洋地区的黑碳来源很重要，而且这种物质的大气运输是有效的。”

研究人员还惊讶地发现，热带大气中的一氧化二氮浓度高于预期。这一发现对环境有重大影响，因为这种气体既能吸收热量，又会导致臭氧层变薄。几十年来，一氧化二氮的含量一直在增加，部分原因是农业大量使用氮肥。热带大气中这种气体的丰富可能是一个迹象，表明风暴正从东南亚的源头将其带到高空。

平衡碳预算

随着决策者们讨论限制温室气体排放的策略，了解地球系统中的碳循环(即平衡碳预算)的任务变得越来越紧迫。一些国家或地区可以通过采取措施，如保护被认为可以吸收二氧化碳的森林，来获得碳信用额的奖励。

“碳市场和排放抵消项目正在向前发展，但我们仍然不完全了解人类排放的二氧化碳最终会流向哪里，”斯克里普斯的前研究生斯蒂芬斯说。

在HIPPO之前，科学家们主要使用地面站来确定大气中二氧化碳的来源和“汇”的分布，“汇”将一些气体重新吸收到陆地和海洋中。但是地面站之间可能相隔数千英里，这阻碍了在特定地点测量二氧化碳的能力。为了估计气体是如何垂直分布的，科学家们不得不依赖计算机模型，现在将通过HIPPO数据进行改进。

大学大气研究公司在国家科学基金会的赞助下管理着国家大气研究中心。本出版物中表达的任何意见、发现和结论或建议都是作者的观点，并不一定反映美国国家科学基金会的观点。