博尔德——科学家们首次尝试解决一个根本性的气候谜团，他们乘坐一架改装过的公务喷气机在全球各地穿梭，以确定温室气体在何时何地进入和离开大气层。
科学家们周四表示，了解这些导致气候变暖的气体如何在地球上移动，对于任何旨在遏制全球变暖的政策来说都是至关重要的先决条件，未来三年获得的信息将在提高未来预测的准确性方面发挥关键作用。
科学家们将利用一架高性能喷气机，在未来几年内从极地到极地，从地表到大气层的上层，对大气进行一系列“切片”研究。
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他们预计将于本周从他们的第一次任务中返回——这是一系列从科罗拉多州到北极圈，再到塔希提岛、南极洲、复活节岛和哥斯达黎加的 11 次飞行。运行仪器的科学家说，他们在原始数据中看到了几个“美丽的宝石”，这些宝石挑战了当前的思维和假设。
科学家们补充说，当所有测量结果汇总后，他们将首次获得大气层的图像，以及一个全球快照，显示每年由汽车、工厂、森林砍伐和其他人类活动排放的约 300 亿吨碳中的一部分在何时何地进入大气层。
“我们本质上是在重走库克船长的航程——显然时间晚得多，仪器也先进得多，但有一些非常相似的相似之处，”国家大气研究中心的科学家、该项目的主要研究员之一布里顿·斯蒂芬斯说。
“当他起航时，他知道海洋就在那里，但并不真正了解细节。同样，我们一直站在大气层的边缘——地表——但我们并不真正了解细节。”
研究人员预计这项耗资 450 万美元的任务将为大气谜团提供几个关键答案，但其中最重要的两个是任何遏制气候变化努力的基础，团队成员在第一次五次任务即将结束时与记者举行的电话会议中表示。
首先，该项目将填补我们对碳如何在地球、空气和海洋之间循环的关键理解空白。人类排放的碳大约有一半留在大气层中，其余的被海洋和地球生态系统吸收。但科学家们不了解这个系统是如何运作的，也不了解各种气体混合的速度。
斯蒂芬斯说，结果是，这种所谓的碳循环模型在预测到未来时会出现巨大的分歧，到 2050 年的不确定性几乎达到 100%。
其次，也许最重要的是，这张地图将提供一个基准，用于衡量全球为遏制碳排放所做的努力。科学家和政策制定者表示，随着世界走向限制温室气体的区域、国家和国际协议，对这种基准的需求变得更加迫切。
哈佛大学大气与环境科学教授、另一位主要研究员史蒂文·沃夫西说：“如果我们期望达成条约，那么这些条约必须基于可靠的科学。这一层大气层将帮助我们理解这一点。”
这项工作与其他旨在绘制二氧化碳地图的工作截然不同，例如上周发射的一颗日本研究卫星。迄今为止的大多数测量都只关注地表上的点。卫星图片可以看到地球的大片区域，但分辨率非常模糊。科学家们说，这项工作以非常精细的细节，在几乎每个高度上检查了近 100 种不同的温室气体。
他们已经看到了一些“惊人的”事情：整个北半球地面的臭氧，即烟雾，其浓度几乎是南半球观测到的三倍；北极上空笼罩着工业污染物；南大洋上空有一大团氧气。
“这支持了那些认为污染即使在冬季也有很大影响的人的观点，”沃夫西说。
为了绘制大气地图，科学家们正在驾驶一架特别装备的湾流 V 型喷气机，该飞机由国家科学基金会拥有，由科罗拉多州的 NCAR 运营。
该飞机的航程为 7000 英里，使研究人员无需加油即可穿越太平洋的大片区域。超强大的发动机使喷气机能够在 1000 英尺到 47000 英尺的高度巡航，进入近 9 英里高的平流层下部。
相比之下，典型的波音 767 的航程约为 4000 英里，巡航高度约为 35000 英尺。
虽然这架喷气机最初是作为豪华公务机出现的，但现在已经完全不是了：机舱里塞满了管道、泵、过滤器、分析仪、传感器、计算机和其他实验室设备。他们在机身上钻了孔，以便激光可以向上和向下照射，添加了吊舱和进气阀，并抛弃了皮革。
斯蒂芬斯说：“我们拥有一个非常昂贵的实验室，我们可以在那里坐在仪器后面进行操作。”
来自 NCAR、哈佛大学、国家海洋和大气管理局、斯克里普斯海洋学研究所、迈阿密大学和普林斯顿大学的科学家将于本周完成五项任务中的第一项。他们于 1 月 8 日离开，从科罗拉多州飞往阿拉斯加和北极圈，然后向南飞往新西兰和南极洲。本周晚些时候，他们将从哥斯达黎加返回科罗拉多州。
到 2011 年中期，随后的四次任务将遵循类似的飞行路线，但在一年中的不同时间进行，从而提供一系列温室气体排放的季节性快照。
这项研究将有助于回答诸如自工业时代以来，甲烷这种强效温室气体在大气中的含量为何增加了两倍，并在 20 世纪 90 年代趋于平稳后再次上升等问题。他们还将回答大气中的气体和颗粒如何通过影响云层或到达地球表面的太阳热量来影响温度。
通过将他们的数据与长期以来的地表测量结果一起输入计算机模型，他们希望揭示当前预测的弱点。
沃夫西说：“一些建模方法将根本行不通。他们将无法做到这一点。这正是我们想要达到的目的：我们正在用数据来验证这些全球模型。”
这项实验也给科学家们带来了一些启示。
“在北极冰盖上空乘坐飞机，月光照耀着它，然后在不久之后又在美国萨摩亚和茂密的热带森林上空，然后在不久之后又在新西兰上空，这真是一种独特的体验，”沃夫西说。“它真正让人强烈感受到地球的相互联系。”