中亞地區冰川吸光性雜質研究取得進展

2020-09-05 中科院之聲

大氣中的吸光性雜質主要指黑碳、有機碳、粉塵等物質，可通過改變直接輻射強迫、與雲的相互作用、雪冰反照率和相關反饋機制，顯著影響大氣與雪冰介質的能量平衡，對全球氣候系統產生獨特作用。全球變暖背景下，吸光性雜質導致的雪冰反照率反饋作用會進一步加劇冰川退縮，並影響區域的水文循環以及水資源。中亞地區廣泛分布的冰川為該地區的社會經濟、綠洲農業及生態環境提供了水資源保障。深刻認識沉降到中亞冰川表面的吸光性雜質的含量水平，以及對該地區冰川消融的影響程度如何，可為研究中亞地區冰川消融及其水文特徵、水資源、生態環境等的潛在影響提供有益參考。

針對上述科學問題，中國科學院西北生態環境資源研究院研究員康世昌團隊聯合蘭州大學、北京大學等，在新疆北部薩吾爾山的木斯島冰川開展相關研究。木斯島冰川位於中亞腹地，主要受西風氣流影響。木斯島冰川表層雪冰樣品以及雪坑樣品的測試分析表明，消融期木斯島冰川表層雪黑碳與粉塵的平均含量分別為1788 ng g-1和172 μg g-1，顯著高於雪坑的黑碳與粉塵含量（分別為256 ng g-1和23μg g-1）；黑碳與粉塵含量水平與天山、青藏高原其他冰川存在差異，體現了黑碳與粉塵來源、傳輸以及沉積過程等的影響。基於SNICAR模型的模擬顯示，木斯島冰川雪冰中黑碳與粉塵對反照率降低的貢獻顯著，總計可達30%，其中黑碳的作用大於粉塵的貢獻，由此而導致的瞬時輻射強迫平均可達13 W m-2。能量平衡模型分析表明，黑碳與粉塵的作用可導致木斯島冰川年均消融量增加約36.37 cm yr-1，約佔冰川總消融量的16.3%。結合後向氣團軌跡模擬以及黑碳排放清單等，該研究認為，中亞地區雪冰中黑碳主要來源於中亞、西西伯利亞以及局地輸入，其中人類活動的貢獻可達80%以上。

該研究加深了關於吸光性雜質對中亞地區冰川消融影響的認識，為進一步探討流域尺度上水文過程以及水資源變化提供了基礎數據。相關成果以Effects of black carbon and mineral dust on glacial melting on the Muz Taw glacier, Central Asia為題，發表於環境科學期刊Science of the Total Environment。西北研究院副研究員張玉蘭為第一作者、康世昌為通訊作者。研究得到中科院戰略性先導科技專項、國家自然科學基金、第二次青藏科考項目、「西部之光」以及冰凍圈國家重點實驗室自主課題等聯合資助。

圖1.木斯島冰川表層雪以及雪坑中黑碳、有機碳以及粉塵含量與全球其他區域的對比

圖2.不同情景下木斯島冰川雪冰中黑碳與粉塵導致的瞬時輻射強迫

圖3.雪冰中黑碳與粉塵對木斯島冰川消融的貢獻量

圖4.木斯島冰川周邊區域地表黑碳濃度以及不同區域黑碳排放量的年均變化

來源：中國科學院西北生態環境資源研究院

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