青藏高原和喜馬拉雅山脈上空正在發生一種奇怪的現象，這可能被證明是一場大氣噩夢。來自印度和中國山脈周圍低地的汙染物可以被提升到高達 18 公里的高度，到達平流層——直接位於對流層上方的大氣層，其中包含大部分地球臭氧。這遠高於車輛、發電廠和火災通常產生的氣溶膠高度。研究人員警告說，一旦氣溶膠達到如此高度，它們就會在全球範圍內擴散，破壞保護我們免受紫外線輻射的臭氧層，並加劇全球變暖。
美國宇航局蘭利研究中心的遙感專家讓-保羅·維尼耶 (Jean-Paul Vernier) 說，直到幾年前，“我們還認為人類活動對平流層的影響很小。”科學家們之前認為只有火山才能將氣溶膠（微小的顆粒或液滴）噴射到如此高度。大多數研究未來氣候變化情景的模型都沒有考慮平流層中的氣溶膠。九月份報告的特殊測試證實，氣溶膠繼續在印度上空積聚，這項工作揭示了關於其成分的新見解。
當維尼耶和他的同事在 2009 年發現氣溶膠時，它們的存在是一個很大的驚喜。他們篩選了來自 CALIPSO（法國和美國聯合發射的一顆衛星）的資料，發現在地中海東部、印度北部和中國西部的大片區域上空 13 至 18 公里處存在一層厚厚的氣溶膠層。維尼耶當時推測，該層在夏季最為突出，並且與火山爆發無關。他稱之為亞洲對流層頂氣溶膠層 (ATAL)，因為它位於對流層頂內，對流層頂是跨越對流層上部和平流層下部的過渡帶。去年，該團隊在《地球物理研究雜誌》上報告稱，自 1996 年（衛星觀測中首次出現氣溶膠層的時間）以來，ATAL 中的氣溶膠量增加了兩倍。
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馬里蘭大學帕克分校的大氣科學家劉威廉 (William Lau) 說，這一發現具有挑釁性，但一直以來“關於它是真實的還是僅僅是觀測偽像，存在很多爭論”，他沒有參與這項研究。維尼耶說，證明 ATAL 存在的最好方法是駕駛飛機飛越亞洲上空的對流層頂，這將使研究人員能夠對大面積區域的粒子進行取樣。然而，美國宇航局和歐洲航天局都沒有獲得任何相關亞洲國家的許可來開展此類實地考察。
維尼耶的團隊求助於次優選擇。他們與印度科學家合作，於 2014 年從印度各地的三個地點向對流層頂發射了氣象氣球。他們在 2015 年和 2016 年重複了實驗。2016 年 9 月，該團隊在科羅拉多州舉行的國際全球大氣化學專案會議上報告說，氣球上的感測器不僅證實了印度上空對流層頂氣溶膠的存在，而且還提供了關於其成分的新資料。
例如，研究人員發現 90% 的汙染物是直徑小於 0.2 微米的微小液滴。在 2016 年 8 月於聖城和臭名昭著的汙染城市瓦拉納西進行的活動中，該團隊在有效載荷中加入了一個取樣器，用於捕獲過濾器上的對流層頂氣溶膠。初步分析表明，大多數汙染物是硫酸鹽氣溶膠，以及灰塵和碳質顆粒，如黑碳。
泵送到天空
當維尼耶的團隊捕獲汙染物時，劉威廉和他的同事透過將多年的汙染和氣象條件衛星測量資料（頻率高達每隔幾小時一次）輸入美國宇航局開發的新計算機程式 MERRA2，追蹤了汙染物來源。該團隊重建了大氣過程，並展示了 ATAL 氣溶膠的來源以及它們如何達到如此高度。
正如劉威廉在中國 8 月舉行的青藏高原地表多圈層過程及其環境和氣候效應評估國際研討會上向聽眾解釋的那樣，汙染物進入對流層頂有兩種途徑，一種來自印度，另一種來自中國中東部。劉威廉解釋說，汙染物在四月和五月堆積在喜馬拉雅山脈和青藏高原東部的山麓。“然後在亞洲季風開始時被捲入對流層頂。”
劉威廉說，這種泵吸現象在全球範圍內是獨一無二的，這很大程度上歸因於青藏高原不尋常的地形。它的面積為 250 萬平方公里（約佔美國陸地面積的四分之一），平均海拔超過 4,500 米。由於如此高海拔的廣闊高原吸收了大量的太陽輻射，因此夏季高原上方的大氣層比低地或海洋上空同等高度的空氣要溫暖得多。這種溫差是亞洲季風的引擎，產生了從印度洋和太平洋吹向西藏的風，這些風將堆積在山麓的汙染物也帶走了。
由於高原在夏季的強烈加熱效應，上覆的暖空氣比鄰近低地上空的空氣上升得更高進入大氣層。“因此，西藏上空對流層的頂部比周圍地區高得多，”劉威廉說。“我認為它就像一個被沸水向上推起的蓋子，突出到平流層中。”劉威廉說，在那裡，汙染物很容易溢位到鄰近的平流層。“在夏季結束時，‘蓋子’又落了下來，這會在平流層中留下氣溶膠，”他解釋道。平流層中突出的強勁水平風可以將汙染物傳播到世界各地。
全球影響
日本筑波大學的氣候科學家上野健一 (Kenichi Ueno) 說，這些觀測“首次將亞洲地表汙染物與對流層頂中的氣溶膠直接聯絡起來”，他沒有參與這項研究。他說，時間和道理上都講得通，因為自 20 世紀 90 年代以來中國和印度的工業化與 ATAL 在 1996 年的首次出現以及此後的增厚是一致的。
上野健一說，一旦氣溶膠進入平流層，它們就會變得非常穩定，並且可以持續數年，而在對流層中只能持續數天或數週，並且它們可以啟用氯等破壞臭氧層的化合物。加州大學洛杉磯分校的氣候科學家於谷 (Yu Gu) 說，對流層頂中的氣溶膠也使氣候預測變得複雜；政府間氣候變化專門委員會在 2013 年釋出的最新評估中沒有考慮它們。她說，如此高空的氣溶膠“可以改變到達地球表面的太陽輻射量，並透過雲層形成影響降雨”。但她補充說，在研究人員獲得更多關於其化學成分的細節之前，“我們無法開始評估它們對氣候的精確影響。”
更多的實驗將提供這些細節。與此同時，上野健一說，“應該更加嚴格地努力減少亞洲的排放”。“這些發現真正地傳達了一個資訊，即亞洲汙染是一個具有全球影響的區域問題。”