青藏高原大氣和雪冰中碳質(zhì)組分含量、沉降、來源和吸光特征的綜述
近日，國際環(huán)境類期刊《Environment International》發(fā)表了中科院青藏高原所高寒環(huán)境質(zhì)量與安全團隊/中科院青藏高原地球科學卓越創(chuàng)新中心李潮流研究員與美國中央華盛頓大學(Central Washington University)和東北大學(Northeastern University)等單位合作的題為“Carbonaceous Matter in the Atmosphere and Glaciers of the Himalayas and the Tibetan Plateau: An Investigative Review”的研究綜述。
該綜述對到目前為止在青藏高原大氣和雪冰中碳質(zhì)組分中一些基本指標的研究進行了回顧和評述。由于碳質(zhì)組分在青藏高原大氣升溫和雪冰消融中扮演著重要的角色，目前對這個方向的研究是一個與全球變化密切相關(guān)的主題和熱點，也已經(jīng)有大量的數(shù)據(jù)發(fā)表 (圖.b)。但由于青藏高原大氣中極低的碳質(zhì)氣溶膠含量及復(fù)雜的地表覆被；同時，由于黑碳和有機碳定義的不確定性和多種不同原理的測試方法，導(dǎo)致目前在青藏高原已經(jīng)報導(dǎo)的一些數(shù)據(jù)與實際情形存在一定偏差。所以有必要對其中一些基本指標進行一個綜合評估，從而探討目前在這個研究方向上存在的問題和在將來可能的解決方法。
基于明顯不同的氣候效應(yīng)和理化性質(zhì)，在研究中通常把碳質(zhì)組分分為有機碳和黑碳。由于對兩者區(qū)分方法的不同和相對于有機碳較低的黑碳含量，造成目前有些報導(dǎo)的數(shù)據(jù)，尤其是黑碳的數(shù)據(jù)存在較大的偏差。因此，有機碳和黑碳的含量和它們的相對比率是碳質(zhì)組分研究中兩個最基本的指標。如果報導(dǎo)的這兩個指標數(shù)據(jù)存在較大的偏差，則會影響到其它所有與建立在這兩個指標上相關(guān)的工作，諸如化學組分、在大氣中的壽命、同位素組成、來源和輻射強迫等的結(jié)果。所以該綜述首先根據(jù)現(xiàn)有的研究方法和存在的影響因素對大氣和雪冰中報導(dǎo)的有機碳和黑碳的數(shù)據(jù)進行了一個重新評估和修正，以使調(diào)整后數(shù)據(jù)更接近實際情形并具有更好的可比性。在此基礎(chǔ)上，討論了黑碳和有機碳的沉降、來源和吸光特征。基本的結(jié)論是，盡管遠源傳輸?shù)呢暙I很大，且青藏高原有些偏遠臺站的碳質(zhì)氣溶膠含量與嚴重污染地區(qū)相比低很多，但仍然受到臺站局地的排放源如公路上的汽車和周邊村鎮(zhèn)的影響，造成對整個高原面上大氣中碳質(zhì)氣溶膠含量的高估 (圖.a)；同時，由于干旱的環(huán)境和稀疏的地表覆被，局地揚起的粉塵中的無機碳也會造成黑碳和有機碳含量的高估；在假定青藏高原偏遠臺站和冰川區(qū)大氣碳質(zhì)氣溶膠組成一致的前提下，通過大氣中有機碳的清除速率大于黑碳這一規(guī)律，利用監(jiān)測臺站氣溶膠中不溶態(tài)有機碳與黑碳的比率，驗證了冰川區(qū)雪冰中已經(jīng)報導(dǎo)的有機碳與黑碳數(shù)據(jù)的偏差并討論了可能的原因；同時，還發(fā)現(xiàn)由于局地環(huán)境和降水等因素的影響，不同臺站黑碳和有機碳的沉降通量之間具有很大的差異，相應(yīng)地，在青藏高原的冰川區(qū)的沉降通量之間差異不大；在青藏高原內(nèi)部其自身生物質(zhì)燃燒排放的黑碳對冰川消融的貢獻遠大于化石燃燒的貢獻；青藏高原地表源的粉塵對碳質(zhì)氣溶膠中溶解態(tài)有機碳的吸光能力有重要的影響，并可影響到其季節(jié)變化規(guī)律。
因而，盡管青藏高原被認為是局地人類活動很少的偏遠地區(qū)，其碳質(zhì)氣溶膠主要受到遠源傳輸?shù)挠绊懀渥陨砼欧诺呢暙I也不容忽視，這一現(xiàn)象在個別研究點尤為明顯。因而，如果將這些數(shù)據(jù)簡單的推廣到更大的面積上或整個高原時將會帶來較大的偏差。在未來需要選擇更具代表性的臺站監(jiān)測，以期獲得更高質(zhì)量的數(shù)據(jù)，為其它研究比如大氣化學模型研究提供更可靠的輸入數(shù)據(jù)。
本研究獲得第二次青藏高原綜合科學考察研究專項（2019QZKK0605）等資助。
圖.(a) 青藏高原碳質(zhì)氣溶膠和粉塵來源的示意圖. (b) 目前已經(jīng)開展工作的主要的臺站和冰川.