阿尔泰山南麓积雪中吸光性杂质研究取得新进展
发表日期:2020-12-16来源：
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阿尔泰山南麓是中国主要积雪分布区，积雪作为重要的淡水资源，对农业灌溉及河流补给发挥着重要作用。随着全球变暖趋势日益加剧，该地区正呈现出积雪范围缩减、消融期提前的变化趋势，积雪的加速消融进一步引起地表径流增加，造成融雪性洪水频发，对当地人民生活和经济社会发展造成严重威胁。除受区域气候变化影响外，积雪中吸光性杂质，如黑碳、有机碳，矿物粉尘等，也对积雪变化发挥着重要作用，可通过降低积雪反照率，改变直接辐射强迫，加剧积雪消融，对区域水文循环和水资源安全等产生重要影响。了解阿尔泰山南麓积雪中吸光性杂质含量水平、对积雪消融的影响、及其主要来源，将为深刻认识区域尺度积雪变化及其气候、水文、生态效应等提供重要科学参考。
中国科学院西北生态环境资源研究院（简称西北研究院）康世昌研究员团队针对以上科学问题，依托阿尔泰山库威积雪站开展了两年的连续采样监测，对该区域吸光性杂质的分布和富集过程、影响及来源开展了相关研究。结果表明，雪表黑碳、有机碳和矿物粉尘的平均含量分别为2787±2334 ng g-1、6130±6127 ng g-1和70.03±62.59 μg g-1。不同于冰川上吸光性杂质显著的淋溶过程，积雪中吸光性杂质的再分布主要表现为在雪表的富集，且在消融期该过程表现更为强烈（图1）。基于SNICAR模型模拟表明，黑碳对阿尔泰山南麓积雪反照率降低和辐射强迫的影响占主导地位，且在春季影响更为显著。相比于冬季，黑碳在春季对积雪反照率降低的贡献率增加了20±1.9%，由此导致的瞬时辐射强迫增加15.8±3.4 W m-2（图2）。而在积雪消融期，由于吸光性杂质在雪表的强烈富集，黑碳和矿物粉尘的共同作用可导致积雪期缩短3-8天。此外，通过WRF-Chem模式模拟显示，居民源是该地区积雪中黑碳和有机碳的主要来源（图3）。由此，未来可增加清洁能源的利用比例，减少居民源排放的黑碳，以减缓积雪在短期内的快速消融带来的不利影响。
该研究成果以Continuously observed light absorbing impurities in snow cover over the southern Altai Mts. in China: Concentrations, impacts and potential sources为题发表于国际环境科学一流期刊Environmental Pollution上。西北研究院助理研究员钟歆玥为第一作者，康世昌研究员为通讯作者。该成果获国家自然科学基金（41701064, 41971083）、中国科学院战略性先导科技专项（A类）（XDA20040501）、中国科学院前沿科学重点研究项目（QYZDJ-SSW-DQC039）、科技基础资源调查专项（2017FY100503）、冰冻圈科学国家重点实验室基金（SKLCS-ZZ-2020）等联合资助。
图1 2016-2017年和2018-2019年库威积雪站积雪剖面吸光性杂质的分布与变化
图2 两个积雪年内黑碳和矿物粉尘对积雪反照率和瞬时辐射强迫的影响
图3 不同释放源在不同季节对黑碳和有机碳的贡献
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