中国北方典型积雪区积雪中黑碳含量的空间分布及其来源分析

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黑碳是积雪中最强的吸光组分,它能够降低雪表面的反照率,加快积雪消融,进而改变地表径流特征与区域水循环,在全球气候变化中扮演着重要角色。本文基于2018年1月~2月在北疆及天山地区、东北地区和青藏高原中东部地区进行63个采样点的野外调查实验,共采集184个积雪样品。利用单颗粒黑碳光度计(SP2)测得积雪中的黑碳含量,结合富集因子法和HYSPLIT-4模拟后向轨迹分析了中国北方典型积雪区积雪中黑碳含量的空间分布特征及来源。初步得到以下结果:(1)北疆及天山地区积雪中黑碳含量的空间分布:乌鲁木齐市周边地区(9.98ng·g-1)>天山北坡(6.33 ng·g-1)>阿勒泰地区(3.32 ng·g-1)>塔城地区(3.10 ng·g-1)>天山南坡(1.64 ng·g-1)。在乌鲁木齐周边及天山北坡地区,积雪中黑碳含量在空间上分布与该地区工业区及城镇分布具有良好的一致性。塔城地区和阿勒泰地区雪坑中黑碳浓度范围为0.71~8.27 ng·g-1,表层积雪中黑碳含量在0.29~15.72 ng·g-1之间。位于天山南坡察汗诺儿达坂积雪中黑碳浓度最低,仅为0.20 ng·g-1。(2)东北地区积雪中黑碳的空间分布为:环长白山地区(56.55 ng·g-1)>环小兴安岭地区(40.05 ng·g-1)>大兴安岭地区(6.45 ng·g-1)。位于采样点最北端漠河地区的黑碳含量仅为0.74 ng·g-1。环小兴安岭和环长白山地区受局地工业和人类活动的影响,表层积雪中黑碳含量显著高于底层,表层黑碳含量在22.90~108.42 ng·g-1。东北地区表层积雪的黑碳浓度从低纬度向高纬度依次减小,反映出虽然我国东北地区大气中黑碳气溶胶含量较高,但大部分已在我国境内以湿沉降方式清除,对北极地区黑碳气溶胶的贡献有限。在长白山站每隔7~8天定点采样分析表明:积雪中黑碳浓度随时间变化整体呈下降趋势,在积累期(12.25~1.26)、稳定期(1.26~2.27)、消融期(2.27~3.15)平均黑碳浓度分别为15.94、6.82、5.91 ng·g-1。(3)青藏高原中东部采样点雪层中的黑碳浓度范围为0.3~10.27 ng·g-1,该区域雪坑中黑碳含量的平均值为3.22 ng·g-1,与塔城、阿勒泰地区黑碳含量相近,高于天山南坡地区雪坑中黑碳含量的平均值。这6个采样点中,雪坑黑碳浓度最低值为0.69 ng·g-1,最高值为8.54 ng·g-1。此外,该地区雪坑中表层是新降雪的黑碳浓度低于底层,受风吹雪严重的地区,积雪中黑碳含量偏高。(4)SO42-和NO3-的AF(人为源对离子含量的贡献)高达99.74%和96.27%。在工业区或人口密集的城镇地区,人类排放更多黑碳的同时并伴随着较高浓度的SO42-和NO3-,而在偏远地区或山区则相对较低。北疆及天山地区主要受西风控制,当地排放的污染物和局部污染是积雪中黑碳的主要来源。东北地区主要受到来自西伯利亚地区的西北方向气流影响,长距离外源输入对大兴安岭地区黑碳含量影响较大,而在环小兴安岭和环长白山区地区,人为源排放和局部污染是积雪中黑碳含量的主要来源。青藏高原中东部地区气团轨迹主要来自西方向和西南方向,积雪中的黑碳含量受南亚地区影响较大,同时也受到塔克拉玛干沙漠的影响。
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