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青藏高原大气和降水溶解态有机碳的沉降和吸光特征的研究进展
2017-09-08

  碳循环是全球变化研究中的核心问题之一,碳的沉降是碳循环中的重要一环,而碳的湿沉降 (降雨和降雪)在全球大部分地区的碳沉降中占有很大的比例。因而,对碳的湿沉降的研究在碳循环中具有重要的意义。同时,大气中的碳质组分对光的吸收或散射也是影响大气辐射强迫的重要因子。从2016年到2017年,中国科学院青藏高原研究所、地球科学卓越创新中心的李潮流副研究员及其合作者通过一系列的研究,细致阐述了青藏高原从受人类活动影响严重的城市地区到高海拔的冰川区的溶解态有机碳 (dissolved organic carbon (DOC)) 的含量、湿沉降通量和吸光特征。

  研究结果表明,由于受人类活动排放污染物的影响,青藏高原的城市地区 (如拉萨) 降水中的DOC具有最大的含量和沉降通量,表明DOC显著受了人类活动的影响,通过Δ14C的研究表明,拉萨降水DOC的化石燃料燃烧的贡献达到了约28% 。相应地,冰川雪坑的DOC的含量很低,约为0.15-0.42 mg-C.L-1(论文 1),与世界其它地区如欧洲和北极的冰川区的值比较接近。而且,研究还表明,整个高原上不同冰川雪坑中的DOC与不溶于水的颗粒态碳 (insoluble particulate carbon (IPC)) 之间具有很好的相关性 (图. 1,2),表明了两者相似的来源 (论文 1)。此外,另一个工作的结果表明青藏高原三个典型的野外台站纳木错站、藏东南站和珠峰站降水DOC的通量分别为0.34±0.32 g C m-2 yr-1, 0.84±0.86 g C m-2 yr-1 和 0.16±0.17 g C m-2 yr-1,并在此基础了估算了整个青藏高原降水DOC的沉降量 (论文 2)。同时,还发现尽管DOC的含量都比较低,但三个台站的降水DOC的来源却存在显著的差异,纳木错站的降水DOC受到自然和人为来源的共同影响,林芝站的降水DOC主要反映了来自南亚季风的信息,而珠峰站的降水DOC则主要来自局地沙尘源的贡献。因而,尽管三个台站都位于青藏高原的中南部,受控于共同的大气系统,不同区域的大气化学特征具有很大的差异性,这一现象在后续相关的研究中需要进一步考虑 (论文 2)。研究还发现与青藏高原近地面的颗粒物中水溶性有机碳 (water soluble organic carbon (WSOC)) 相比 (论文 3, 4),降水DOC具有显著较弱的吸光能力 (图. 3),这主要是由于降水DOC包含了吸光能力较弱的气态有机碳的缘故。此外,还在鲁朗和珠峰两个台站发现近地面气溶胶中的WSOC的吸光能力具有明显的夏季低,冬季高的特征 (图. 4, 论文3),这也是在进行碳质组分辐射强迫研究中需要考虑的。进一步的计算表明,气溶胶中WSOC的吸光导致其贡献了黑碳的约6%和11%,这与我们在青藏高原北部老虎沟冰川上得到的结果(10%)很接近 (论文 5)。上述大气和雪冰的结果都表明,在未来的气溶胶研究中DOC或WSOC吸光导致的大气升温和冰川消融都是需要考虑到的一个重要因子。

  上述研究得到国家自然科学基金面上项目(41421061, 41675130)、杰出青年基金项目(41225002)和重点基金项目(41630754) 和冰冻圈科学国家重点实验室等的资助。

  论文1链接: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1352231016304976

  论文2链接: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0048969717316522

  论文3链接: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1352231016306355

  论文4链接: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1352231015306415

  论文5链接: https://www.the-cryosphere.net/10/2611/2016/tc-10-2611-2016.pdf

图.1 论文相关的研究点在青藏高原的分布图

图. 2 冰川区雪坑中的DOC与IPC含量的显著相关

图. 3 降水中DOC与对应研究区气溶胶中WSOC的吸光能力的对比

图. 4 气溶胶中WSOC吸光能力的季节变化特征及与太阳辐射的关系

 
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