解密:喜马拉雅山上的神秘气雾 – 全球新知

对博尔曼 (Stephan Borrmann) 来说，高空侦探工作的一天开始得很早。他大约在早上05:30 时，在尼泊尔首都——加德满都郊区的一家旅馆中醒来。早餐后，他和他的团队被赶往城市的机场。他们的工作是准备一架俄罗斯间谍机改装后的飞机，以便调查大气层最大的谜团之一。

南亚大部分地区都形成了由云和气溶胶组成的复杂系统，这是季风的一部分。其中的挑战，是要找出里面包含的成分。（图片来源：Sparsh Karki / Pexels）

博尔曼教授是约翰内斯·古腾堡大学和德国美因兹的马克斯·普朗克 (Max Planck) 化学研究所的大气物理学家。他对南亚大部分地区作为季风形成的复杂云层和气溶胶系统感兴趣。博尔曼教授说，喜马拉雅山迫使空气向上形成大量旋流云，就像“吸尘器”一样，徘徊在全亚洲的空气污染中。2009年，卫星检测到一层气溶胶-微小颗粒的悬浮液，聚集在云层上方约14-18公里的高度。但是没人知道它的组成物质。

博尔曼教授及其团队希望找到更多信息，因为这个被称为亚洲对流层气溶胶层（ATAL）的气层，可能对地球气候产生重要且尚未发现的影响。气溶胶可以反射阳光，也已知是云的重要种子。因此，预计ATAL可能会提供一些区域降温效果-但是这些效果到底有多大还不清楚。

这个奥秘还有另一面。在此高度下，在强烈的季风系统上方的空气高度稳定，这使气溶胶颗粒有足够的时间，产生异常化学反应的。这可能会产生一系列在大气中广泛传播的污染物。但是没人知道这种化学反应是什么。

这就是让博尔曼教授及其团队于2017年7月到达加德满都机场的原因：了解EXCATRO项目中神秘的ATAL所发生的现象。他们大约在上午6:30到达后门，有几名士兵守着，在他们在手写清单上检查了姓名。然后他们迎来了一个巨大的机库。里面是一架特殊的研究飞机和一系列装有科学仪器的长凳，这些仪器不仅是博尔曼教授团队的仪器，而且是世界各地另外15个团队所拥有的仪器。博尔曼教授说：“里面很混乱。” “四处都是电缆和工具。”

前进加德满都

博尔曼教授及其团队准备并校准了约11种不同的仪器。但是，他们最珍贵的试剂盒是两个独特的灵敏质谱仪，它们是根据质量分离并测量痕量气体的仪器。检查和校准仪器并将它们连接到飞机的外部（包括机翼下方）需要几个小时，以便空气流通。然后，由于机库附近没有足够的空间供拖拉机使用，因此大约有20名左右的研究人员将飞机推出了飞机，俄罗斯飞行员是唯一可以上飞机并点燃引擎的人。

世界上很少有飞机的飞行高度，能够媲美俄罗斯M-55地球物理探察机。商业航班可以在11公里左右的高度巡航，但是这架飞机可以达到20公里以上。飞行员必须在单座飞机上穿着加压服。在一个政治紧张的地区，安排航班非常棘手。博尔曼教授说，达成在尼泊尔和印度领空驾驶飞机的一项协议，需要四年的高级外交交涉。

一架经过改装的俄罗斯M-55地球物理侦察机，配备了科学仪器，可提供亚洲对流层气溶胶层的实时数据。(Image credit – S. Borrmann)

飞机一旦飞到上空，就必须靠自己工作了，除了担心之外，博尔曼教授和其他人除了担心，其他的无能为力。他说，上空的温度为-85 o C，因此仪器承受着很大的压力。穿过云层飞行也会变得非常动荡。他说，有一百万个小状况可能导致失败。

飞机上的卫星电话将SMS消息回传到地面，并显示仪器状态。研究人员坐在机库中，并在大屏幕上观看更新。大部分都安静。博尔曼教授说，在某些情况下，仪器出现故障，因此他发送了一条SMS指示其关闭并重新打开。值得庆幸的是，这招有效。

下午时飞机降落，飞行员用俄语进行了20分钟的汇报（博尔曼教授会讲一点）。重要的是，要了解仪器获取数据的确切飞行路径，以便可以从空间角度理解气溶胶层的化学性质。然后是急忙地卸载仪器并下载数据。

就在这一天，博尔曼教授有一刻他说他永远不会忘记。他说：“从时间的痕迹中，我可以看到代表硝酸盐上升的蓝线。” 那时对他来说很明显，那里的ATAL主要由硝酸盐组成，后来研究小组证实这是硝酸铵。“有几分钟，我是世界上唯一知道这个巨大谜底答案的科学家。”

元凶—氨污染

氨是ATAL的罪魁祸首，并不完全令人惊讶。印度次大陆的北部被公认为是世界上氨污染的热点之一，因为那里大量生产并使用化肥，将氨释放到空气中，与氮氧化物和硫氧化物反应形成气溶胶。几次的研究热气球飞行探测中，已经初步显示了这个现象在2018年就已经存在。博尔曼教授和他的同事已经证明了这一点，并提供了有关硝酸盐气溶胶的分布和浓度的详细信息。

在开展测量飞行运动后不久，博尔曼教授说他得到了一些令人难忘的信息。他说：“经过两三趟飞行，我们收到了美国宇航局同事的电子邮件。” “他们基本上说：“我们正在看着您的飞机在雷达上飞行。你到底在做什么？”’

NASA注意到一架俄罗斯高空飞机也许不足为奇。

无论如何，这种交流促始了博尔曼教授的工作进入下一阶段——与NASA的合作计划，确定下一步在气溶胶层中发生的化学反应，以及这将如何影响气候。夏季季风结束后的几周，气溶胶层应该有时间经历化学作用，并开始分散并漂移。 博尔曼教授及其团队正计划在2020年，使用美国研究飞机在日本上空进行一次飞行侦测，进行更多的测量。这一计划由于冠状病毒流行而取消，而定于2021年在韩国进行类似的飞行。鲍尔曼教授说，我们希望看到这些粒子随着时间，会发生什么变化。

This post The mission to decipher a mysterious aerosol layer above Himalayan monsoon clouds was originally published on Horizon: the EU Research & Innovation magazine | European Commission.