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我国西部冰川是亚洲地区主要大河流的发源地,蕴藏于冰川的固体水资源对于我国及南亚地区尤其重要。黑碳气溶胶不仅在大气中表现出复杂的气候效应,而且沉降在雪冰表面以后可加速雪冰消融。作为我国冰川的主要分布区,青藏高原和新疆地区周边有南亚、中亚、俄罗斯和中国东部等能源消费大国和新兴工业化国家(地区),其大气环境不可避免地受上述国家(地区)黑碳排放的影响。
然而,黑碳气溶胶在西部大气对流层中、上部的时空分布、传输及在雪冰表面产生的辐射强迫等问题尚不清楚。在西部的冰川及其附近区域采集了表层雪、雪坑、冰芯和气溶胶样品,并在实验室通过碳质的热氧化分析法对其中的黑碳成分进行分析,本论文讨论了黑碳的浓度在西部冰川的时空分布、传输过程及其对环境的影响,主要得出以下几点认识和结论:
1.雪冰黑碳浓度的空间分布及其对反照率的影响:西部冰川表层雪的黑碳浓度水平高低按区域排列为,天山地区>青藏高原中部>帕米尔地区>祁连山地区>喜马拉雅山地区。西部冰川表层雪中黑碳浓度的空间分布与海拔、地形及局地排放等因素有关。西部冰川表层雪中的黑碳可能对冰川表面的反照率产生了显著影响,推算仅因黑碳因素造成的冰川表面反照率降低的百分比分别是9.8%(扎当冰川),8.7%(庙儿沟河源3号冰川),6.8%(奎屯河哈希勒根48号冰川),6.2%(冬克玛底冰川),5.3%(拉弄冰川)和4.1%(慕士塔格冰川)等等。
2.东绒布冰川雪冰黑碳浓度的时间变化及其气候效应:夏季风期间气溶胶中主要阴、阳离子浓度的变化(如S0.2-、Ca2+)与气团来源关系密切,S0.2-的浓度变化表明东绒布冰川的大气环境受南亚气溶胶影响显著。冰芯记录显示夏季的黑碳气溶胶主要通过季风传输到东绒布冰川,其它季节主要通过西风传输;夏季来自南亚的黑碳可能对冰芯中的黑碳浓度变化趋势的影响比其它季节更为显著,并使夏季的冰芯黑碳浓度高于其他季节;过去50年来,冰芯中黑碳的浓度呈波动变化,而近10年来冰芯中黑碳的浓度呈加速上升趋势,到2001年夏季超过50μgkg-1;相应地,雪冰黑碳的辐射强迫也呈上升趋势,到2001年夏季超过了4.5Wm-2。
3.纳木错地区的碳质气溶胶:有机碳浓度约占碳质气溶胶总浓度的95%,黑碳浓度约占5%,且碳质气溶胶浓度受夏季降水影响显著;夏季大气中的0.可能主要来源于化石燃料燃烧,BC可能主要来源于化石燃料和生物质燃料燃烧:轨迹示踪和气溶胶光学厚度资料显示纳木错地区的大气环境受南亚排放的影响显著,其中夏季大气污染物的潜在源区为孟加拉国和印度东部,而冬季为印度北部的恒河盆地;降水对BC的平均清除比率低于全球其他地区。
我国西部是工业欠发达地区,大气和雪冰中的黑碳受我国周边地区(如南亚、中亚和俄罗斯)的工业发展影响较大,如帕米尔地区、天山地区及青藏高原东北边缘的祁连山地区的雪冰黑碳可能受中亚的排放影响较大(通过西风传输),青藏高原南部边缘喜马拉雅山地区的雪冰黑碳可能受南亚的排放影响较大(通过季风和西风传输),而纳木错的大气碳质气溶胶也可能受南亚的排放影响较大(通过季风和西风传输)。一定浓度的雪冰黑碳在多条冰川表面可能已对反照率造成了显著影响,如东绒布冰川。
今后需要加强大气和雪冰黑碳与辐射强迫、积雪变化、冰川物质平衡及气候强迫场之间关系的研究。