近日，中国科学技术大学环境科学与工程系、极地环境与全球变化安徽省重点实验室谢周清教授课题组在海洋边界层大气汞观测研究方面取得新进展。该研究工作依托中国第34次南极科考走航观测，揭示了热带西太平洋对区域大气汞纬度分布的影响机制。相关研究结果以“Latitudinal distribution of gaseous elemental mercury in tropical Western Pacific: the role of the doldrums and the ITCZ”为题，于2022年2月1日被Environmental Science & Technology接收（DOI: 10.1021/acs.est.1c07229）。

汞(Hg)是可通过大气环流进行长距离传输的一种全球性污染物。热带海域作为连接南北半球的太阳终年直射区域，具有较为复杂多样的天气系统，包括以高温及水平方向上静稳天气为主的赤道无风带（多集中于赤道附近南、北纬5度范围），以及以大气辐合对流旺盛为特征的赤道辐合带（多出现于赤道附近南、北纬10度范围）等。然而，由于观测数据的缺乏，热带海域特殊的天气系统对大气汞循环过程具有怎样的影响机制还不清楚。

基于以上科学问题，该课题组博士后乐凡阁等于中国第34次南极科考期间，对西太平洋断面（南纬60度至北纬30度）的大气气态单质汞（GEM），及表层海水溶解性气态汞（DGM）进行了同步走航观测，并结合GEOS-Chem大气传输模式等手段进行探究。发现热带西太平洋海域大气GEM浓度具有显著的持续升高趋势（自15°S至8.5°N增幅达到近1ng/m³），浓度的整体增幅显著高于北太平洋。结合走航黑碳等观测数据、后向轨迹反演及GEOS-Chem模拟的分析结果显示，人为排放的影响不足以解释此现象。进一步研究表明，热带西太平洋的两种天气系统——赤道无风带及赤道辐合带对该现象具有重要影响：赤道无风带附近（15°S ~赤道）的静稳天气一方面不利于大气汞的稀释及扩散，导致长距离输送的GEM在该区域的累积；另一方面，赤道无风带的低臭氧及海盐气溶胶浓度将不利于边界层大气GEM的氧化沉降，从而加剧GEM的积累。而赤道辐合带（赤道~ 8.5°N）旺盛的大气对流降水将促进大气汞的湿沉降作用，导致海表DGM浓度的升高，在风速增大时进一步提高汞的海洋释放通量，继而影响该区域大气汞的纬度分布。该研究揭示了热带海域特殊的天气系统对区域大气汞的纬度分布的重要影响，为海洋边界层大气汞循环机制提供了新的认识。

图  热带西太平洋赤道无风带（doldrums）及赤道辐合带（ITCZ）对大气汞纬度分布的影响机制示意图

此项研究工作得到了国家自然科学基金和自然资源部极地考察办公室等研究项目的支持。

论文链接：https://doi.org/10.1021/acs.est.1c07229