科学视点

西北研究院阿尔泰山南麓积雪中吸光性杂质研究获进展

  积雪作为重要的淡水资源,在农业灌溉及河流补给方面发挥重要作用。阿尔泰山南麓是中国主要积雪分布区,随着全球变暖趋势加剧,该地区正呈现出积雪范围缩减、消融期提前的变化趋势,积雪加速消融进一步引起地表径流增加,造成融雪性洪水频发,威胁当地人民生活和经济社会发展。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。研究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参考。

  中国科学院西北生态环境资源研究院研究员康世昌带领的团队,依托阿尔泰山库威积雪站开展连续两年的采样监测,对该区域吸光性杂质的分布和富集过程、影响及来源开展相关研究。研究表明,雪表黑碳、有机碳和矿物粉尘的平均含量分别为2787±2334 ng g-16130±6127 ng g-170.03±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)。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。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)。因此,可通过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快速消融带来的不利影响。

  相关研究成果以Continuously observed light absorbing impurities in snow cover over the southern Altai Mts. in China: Concentrations, impacts and potential sources为题,发表在Pollution上。西北研究院助理研究员钟歆玥为论文第一作者,康世昌为论文通讯作者。研究工作得到国家自然科学基金、中科院战略性先导科技专项(A类)、中科院前沿科学重点研究计划项目、科技基础资源调查专项、冰冻圈科学国家重点实验室基金等联合资助。

  论文链接

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

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

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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