زمینه و هدف
مونوکسید کربن (CO) یکی از آلاینده‌های مهم جوی است که بر کیفیت هوا و شیمی اتمسفر تأثیر قابل‌توجهی می‌گذارد. این گاز عمدتاً از احتراق ناقص سوخت‌های فسیلی در فعالیت‌های صنعتی، حمل‌ونقل و سیستم‌های گرمایشی، و همچنین از منابع طبیعی نظیر سوختن زیست‌توده و اکسیداسیون متان تولید می‌شود. مونوکسید کربن با واکنش با رادیکال هیدروکسیل (OH) نقش کلیدی در ظرفیت اکسایشی جو ایفا کرده و از این طریق بر بودجه جهانی گازهای گلخانه‌ای مانند متان و ازن تروپوسفری تأثیر غیرمستقیم می‌گذارد. عمر نسبتاً طولانی CO در تروپوسفر (چند هفته تا چند ماه) این گاز را به ردیاب مناسبی برای مطالعه فرآیندهای انتقال جوی آلودگی در مقیاس‌های منطقه‌ای و جهانی تبدیل کرده است. علی‌رغم گستردگی مطالعات جهانی درباره توزیع CO با استفاده از سنجنده‌های ماهواره‌ای، مطالعات منطقه‌ای در خاورمیانه و به‌ویژه ایران بسیار محدود است و اغلب بر تروپوسفر تحتانی با تفکیک قائم پایین متمرکز بوده‌اند. این پژوهش با هدف بررسی توزیع قائم CO در تروپوسفر فوقانی بر فراز ایران، شناسایی الگوهای ارتفاعی غلظت، و درک مکانیسم‌های انتقال عمودی این آلاینده طی دوره ۲۰۱۰ تا ۲۰۲۰ انجام شده است.
مواد و روش‌ها
در این پژوهش از داده‌های سطح ۲ ابزار طیف‌سنج تبدیل فوریه آزمایش شیمی جو (ACE-FTS) نسخه 5.3 بر روی ماهواره SCISAT استفاده شد. این ابزار با استفاده از روش انسداد خورشیدی و قدرت تفکیک طیفی بالا (0.02{\mathrm{\ cm}}^{-1}) در بازه ۲ تا ۱۳ میکرومتر، پروفایل‌های قائم گازهای جوی را از تروپوسفر میانی تا ترموسفر اندازه‌گیری می‌کند. از میان ۷۰ رویداد انسداد خورشیدی ثبت‌شده در شعاع ۷۰۰ کیلومتری شهر یزد (مرکز جغرافیایی ایران)، تعداد ۸ رویداد نماینده از ایستگاه‌های بم، عشق‌آباد، اهواز، گچساران، فیروزکوه، کرج، بندرعباس و حد فاصل یزد به اصفهان بر اساس معیارهای کنترل کیفیت داده (\mathrm{QA\ Flag}\geq0.6) و پوشش مکانی مناسب انتخاب شدند. پروفایل‌های عمودی نسبت اختلاط حجمی (VMR) مونوکسید کربن از ارتفاع ۵.۵ تا ۱۲۰ کیلومتر با تفکیک قائم یک کیلومتر استخراج گردید. پردازش و تحلیل داده‌ها با استفاده از نرم‌افزارهای GrADS و Origin انجام شد.
یافته‌ها و بحث
نتایج نشان داد که بیشترین غلظت CO در ایستگاه بندرعباس با مقدار ppbv ۱۰۵ در ارتفاع ۱۳.۲ کیلومتر و در گچساران با مقدار ppbv ۹۲ در ارتفاع ۱۴.۱ کیلومتر مشاهده شد. ایستگاه‌های فیروزکوه و کرج در شمال کشور غلظت‌های متوسط (۶۵ تا ppbv ۷۵) و ایستگاه‌های اهواز و عشق‌آباد در غرب و شرق کشور مقادیر مشابهی (۷۰ تا ppbv ۸۰) را نشان دادند. ایستگاه بم به دلیل شروع داده‌های معتبر از ارتفاعات بالاتر از تروپوپاز، برای تحلیل تروپوسفری محدودیت داشت. تمامی پروفایل‌ها کاهش معناداری در غلظت CO از ارتفاع ۱۵ کیلومتر به بالا نشان دادند که نشان‌دهنده گذار از تروپوسفر به استراتوسفر است. میانگین نسبت اختلاط حجمی در بازه ارتفاعی ۸ تا ۱۲ کیلومتر برابر ppbv ۹۲ به دست آمد. اعتبارسنجی نتایج با مطالعه Rinsland و همکاران (2007) توافق خوبی نشان داد (R^2=0.89، \mathrm{RMSE}=6.2\mathrm{\ ppbv}). غلظت‌های بالای CO در بندرعباس و گچساران به فعالیت‌های صنعتی گسترده شامل پالایشگاه‌های نفت و گاز، صنایع فولاد، مشعل‌های گازی و حمل‌ونقل بندری نسبت داده شد. مکانیسم اصلی انتقال CO به ارتفاعات بالا، همرفت عمیق ناشی از گرمایش شدید سطحی در مناطق جنوبی ایران است که آلاینده‌های سطحی را به تروپوسفر فوقانی منتقل می‌کند. نتایج این پژوهش بر ضرورت پایش پیوسته آلاینده‌های جوی و توسعه مطالعات مکانیسم‌های انتقال عمودی در شرایط اقلیمی خاص ایران تأکید می‌کند.