博爾德——科學家們首次嘗試解決一個根本性的氣候謎團，他們乘坐一架改裝過的公務噴氣機在全球各地穿梭，以確定溫室氣體在何時何地進入和離開大氣層。
科學家們週四表示，瞭解這些導致氣候變暖的氣體如何在地球上移動，對於任何旨在遏制全球變暖的政策來說都是至關重要的先決條件，未來三年獲得的資訊將在提高未來預測的準確性方面發揮關鍵作用。
科學家們將利用一架高效能噴氣機，在未來幾年內從極地到極地，從地表到大氣層的上層，對大氣進行一系列“切片”研究。
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他們預計將於本週從他們的第一次任務中返回——這是一系列從科羅拉多州到北極圈，再到塔希提島、南極洲、復活節島和哥斯大黎加的 11 次飛行。執行儀器的科學家說，他們在原始資料中看到了幾個“美麗的寶石”，這些寶石挑戰了當前的思維和假設。
科學家們補充說，當所有測量結果彙總後，他們將首次獲得大氣層的影像，以及一個全球快照，顯示每年由汽車、工廠、森林砍伐和其他人類活動排放的約 300 億噸碳中的一部分在何時何地進入大氣層。
“我們本質上是在重走庫克船長的航程——顯然時間晚得多，儀器也先進得多，但有一些非常相似的相似之處，”國家大氣研究中心的科學家、該專案的主要研究員之一布里頓·斯蒂芬斯說。
“當他起航時，他知道海洋就在那裡，但並不真正瞭解細節。同樣，我們一直站在大氣層的邊緣——地表——但我們並不真正瞭解細節。”
研究人員預計這項耗資 450 萬美元的任務將為大氣謎團提供幾個關鍵答案，但其中最重要的兩個是任何遏制氣候變化努力的基礎，團隊成員在第一次五次任務即將結束時與記者舉行的電話會議中表示。
首先，該專案將填補我們對碳如何在地球、空氣和海洋之間迴圈的關鍵理解空白。人類排放的碳大約有一半留在大氣層中，其餘的被海洋和地球生態系統吸收。但科學家們不瞭解這個系統是如何運作的，也不瞭解各種氣體混合的速度。
斯蒂芬斯說，結果是，這種所謂的碳迴圈模型在預測到未來時會出現巨大的分歧，到 2050 年的不確定性幾乎達到 100%。
其次，也許最重要的是，這張地圖將提供一個基準，用於衡量全球為遏制碳排放所做的努力。科學家和政策制定者表示，隨著世界走向限制溫室氣體的區域、國家和國際協議，對這種基準的需求變得更加迫切。
哈佛大學大氣與環境科學教授、另一位主要研究員史蒂文·沃夫西說：“如果我們期望達成條約，那麼這些條約必須基於可靠的科學。這一層大氣層將幫助我們理解這一點。”
這項工作與其他旨在繪製二氧化碳地圖的工作截然不同，例如上週發射的一顆日本研究衛星。迄今為止的大多數測量都只關注地表上的點。衛星圖片可以看到地球的大片區域，但解析度非常模糊。科學家們說，這項工作以非常精細的細節，在幾乎每個高度上檢查了近 100 種不同的溫室氣體。
他們已經看到了一些“驚人的”事情：整個北半球地面的臭氧，即煙霧，其濃度幾乎是南半球觀測到的三倍；北極上空籠罩著工業汙染物；南大洋上空有一大團氧氣。
“這支援了那些認為汙染即使在冬季也有很大影響的人的觀點，”沃夫西說。
為了繪製大氣地圖，科學家們正在駕駛一架特別裝備的灣流 V 型噴氣機，該飛機由國家科學基金會擁有，由科羅拉多州的 NCAR 運營。
該飛機的航程為 7000 英里，使研究人員無需加油即可穿越太平洋的大片區域。超強大的發動機使噴氣機能夠在 1000 英尺到 47000 英尺的高度巡航，進入近 9 英里高的平流層下部。
相比之下，典型的波音 767 的航程約為 4000 英里，巡航高度約為 35000 英尺。
雖然這架噴氣機最初是作為豪華公務機出現的，但現在已經完全不是了：機艙裡塞滿了管道、泵、過濾器、分析儀、感測器、計算機和其他實驗室裝置。他們在機身上鑽了孔，以便雷射可以向上和向下照射，添加了吊艙和進氣閥，並拋棄了皮革。
斯蒂芬斯說：“我們擁有一個非常昂貴的實驗室，我們可以在那裡坐在儀器後面進行操作。”
來自 NCAR、哈佛大學、國家海洋和大氣管理局、斯克裡普斯海洋學研究所、邁阿密大學和普林斯頓大學的科學家將於本週完成五項任務中的第一項。他們於 1 月 8 日離開，從科羅拉多州飛往阿拉斯加和北極圈，然後向南飛往紐西蘭和南極洲。本週晚些時候，他們將從哥斯大黎加返回科羅拉多州。
到 2011 年中期，隨後的四次任務將遵循類似的飛行路線，但在一年中的不同時間進行，從而提供一系列溫室氣體排放的季節性快照。
這項研究將有助於回答諸如自工業時代以來，甲烷這種強效溫室氣體在大氣中的含量為何增加了兩倍，並在 20 世紀 90 年代趨於平穩後再次上升等問題。他們還將回答大氣中的氣體和顆粒如何透過影響雲層或到達地球表面的太陽熱量來影響溫度。
透過將他們的資料與長期以來的地表測量結果一起輸入計算機模型，他們希望揭示當前預測的弱點。
沃夫西說：“一些建模方法將根本行不通。他們將無法做到這一點。這正是我們想要達到的目的：我們正在用資料來驗證這些全球模型。”
這項實驗也給科學家們帶來了一些啟示。
“在北極冰蓋上空乘坐飛機，月光照耀著它，然後在不久之後又在美國薩摩亞和茂密的熱帶森林上空，然後在不久之後又在紐西蘭上空，這真是一種獨特的體驗，”沃夫西說。“它真正讓人強烈感受到地球的相互聯絡。”