阿爾泰山南麓積雪中吸光性雜質研究取得新進展

2021-01-11 騰訊網

阿爾泰山南麓是中國主要積雪分布區，積雪作為重要的淡水資源，對農業灌溉及河流補給發揮著重要作用。隨著全球變暖趨勢日益加劇，該地區正呈現出積雪範圍縮減、消融期提前的變化趨勢，積雪的加速消融進一步引起地表徑流增加，造成融雪性洪水頻發，對當地人民生活和經濟社會發展造成嚴重威脅。除受區域氣候變化影響外，積雪中吸光性雜質，如黑碳、有機碳，礦物粉塵等，也對積雪變化發揮著重要作用，可通過降低積雪反照率，改變直接輻射強迫，加劇積雪消融，對區域水文循環和水資源安全等產生重要影響。了解阿爾泰山南麓積雪中吸光性雜質含量水平、對積雪消融的影響、及其主要來源，將為深刻認識區域尺度積雪變化及其氣候、水文、生態效應等提供重要科學參考。

中國科學院西北生態環境資源研究院（簡稱西北研究院）康世昌研究員團隊針對以上科學問題，依託阿爾泰山庫威積雪站開展了兩年的連續採樣監測，對該區域吸光性雜質的分布和富集過程、影響及來源開展了相關研究。結果表明，雪表黑碳、有機碳和礦物粉塵的平均含量分別為2787±2334 ng g-1、6130±6127 ng g-1和70.03±62.59 μg g-1。不同於冰川上吸光性雜質顯著的淋溶過程，積雪中吸光性雜質的再分布主要表現為在雪表的富集，且在消融期該過程表現更為強烈（圖1）。基於SNICAR模型模擬表明，黑碳對阿爾泰山南麓積雪反照率降低和輻射強迫的影響佔主導地位，且在春季影響更為顯著。相比於冬季，黑碳在春季對積雪反照率降低的貢獻率增加了20±1.9%，由此導致的瞬時輻射強迫增加15.8±3.4 W m-2（圖2）。而在積雪消融期，由於吸光性雜質在雪表的強烈富集，黑碳和礦物粉塵的共同作用可導致積雪期縮短3-8天。此外，通過WRF-Chem模式模擬顯示，居民源是該地區積雪中黑碳和有機碳的主要來源（圖3）。由此，未來可增加清潔能源的利用比例，減少居民源排放的黑碳，以減緩積雪在短期內的快速消融帶來的不利影響。

該研究成果以Continuously observed light absorbing impurities in snow cover over the southern Altai Mts. in China: Concentrations, impacts and potential sources為題發表於國際環境科學一流期刊Environmental Pollution上。西北研究院助理研究員鍾歆玥為第一作者，康世昌研究員為通訊作者。該成果獲國家自然科學基金（41701064, 41971083）、中國科學院戰略性先導科技專項（A類）（XDA20040501）、中國科學院前沿科學重點研究項目（QYZDJ-SSW-DQC039）、科技基礎資源調查專項（2017FY100503）、冰凍圈科學國家重點實驗室基金（SKLCS-ZZ-2020）等聯合資助。

圖1　2016-2017年和2018-2019年庫威積雪站積雪剖面吸光性雜質的分布與變化

圖2 兩個積雪年內黑碳和礦物粉塵對積雪反照率和瞬時輻射強迫的影響

圖3 不同釋放源在不同季節對黑碳和有機碳的貢獻

來源：中國科學院西北生態環境資源研究院

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