SOTE: 中亚地区冰川吸光性杂质研究取得新进展
发表日期:2020-08-21来源：
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大气中的吸光性杂质主要指黑碳、有机碳、粉尘等物质，可通过改变直接辐射强迫、与云的相互作用、雪冰反照率、以及相关反馈机制，显著影响大气与雪冰介质的能量平衡，对全球气候系统具有独特而重要的作用。全球变暖背景下，吸光性杂质导致的雪冰反照率反馈作用进一步加剧了冰川退缩，并影响区域的水文循环以及水资源。中亚地区广泛分布的冰川，为该地区的社会经济、绿洲农业及生态环境提供重要的水资源保障。沉降到中亚冰川表面的吸光性杂质的含量水平、以及对该地区冰川消融的影响程度如何，将为我们深刻认识中亚地区冰川消融及其水文特征、水资源、生态环境等的潜在影响提供有益参考。
针对上述科学问题，中国科学院西北生态环境资源研究院康世昌研究员团队、联合兰州大学、北京大学等相关单位科研人员，在新疆北部萨吾尔山的木斯岛冰川开展了相关研究。木斯岛冰川位于中亚腹地，主要受西风气流影响。木斯岛冰川表层雪冰样品以及雪坑样品的测试分析表明，消融期木斯岛冰川表层雪黑碳与粉尘的平均含量分别为1788 ng g-1和172 μg g-1，显著高于雪坑的黑碳与粉尘含量（分别为256 ng g-1和23μg g-1）；黑碳与粉尘含量水平与天山、青藏高原其他冰川存在差异（图1），体现了黑碳与粉尘来源、传输以及沉积过程等的影响。基于SNICAR模型模拟显示，木斯岛冰川雪冰中黑碳与粉尘对反照率降低的贡献显著，总计可达30%，其中黑碳的作用大于粉尘的贡献；由此而导致的瞬时辐射强迫平均可达13 W m-2 （图2）。利用能量平衡模型分析表明，由于黑碳与粉尘的作用可导致木斯岛冰川年均消融量增加约36.37 cm yr-1，约占冰川总消融量的16.3%（图3）。结合后向气团轨迹模拟以及黑碳排放清单等（图4），揭示出中亚地区雪冰中黑碳主要来源于中亚、西西伯利亚以及局地输入，其中人类活动的贡献可达80%以上。
以上研究成果加深了吸光性杂质对中亚地区冰川消融影响的认识，为进一步探讨流域尺度上水文过程以及水资源变化提供基础数据。以上研究成果以“Effects of black carbon and mineral dust on glacial melting on the Muz Taw glacier, Central Asia”发表于环境科学TOP期刊《Science of the Total Environment》。中国科学院西北生态环境资源研究院张玉兰副研究员为第一作者、康世昌研究员为通讯作者。该成果得到了中国科学院战略性先导科技专项（A类）（XDA19070501）、国家自然科学基金（41671067、41630754）、第二次青藏高原科考项目（2019QZKK0605）、西部之光以及冰冻圈国家重点实验室自主课题（SKLCS-ZZ-2020）等联合资助。
图1 木斯岛冰川表层雪以及雪坑中黑碳、有机碳以及粉尘含量与全球其他区域的对比
图2 不同情景下木斯岛冰川雪冰中黑碳与粉尘导致的瞬时辐射强迫
图3 雪冰中黑碳与粉尘对木斯岛冰川消融的贡献量
图4 木斯岛冰川周边区域地表黑碳浓度以及不同区域黑碳排放量的年均变化
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