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Nature Communications: 对喜马拉雅山和青藏高原大气和冰川区黑碳来源的新认识
2016-08-26

  8月23日,《自然-通讯》(Nature Communications)杂志在线发表了中国科学院青藏高原研究所李潮流副研究员为第一作者、中国科学院西北研究院冰冻圈科学国家重点实验室、青藏高原地球科学卓越创新中心康世昌研究员为通讯作者的题为Sources of black carbon to the Himalayan–Tibetan Plateau glaciers的研究论文。该论文通过对跨越喜马拉雅山脉中段两条监测断面及青藏高原的8个台站气溶胶样品和8条冰川雪坑样品的黑碳同位素组成分析,给出了该地区黑碳来源的最新证据。

  黑碳由化石燃料和生物质燃烧产生。由于强烈的吸光性,黑碳是仅次于CO2的最重要的大气升温因子;同时,黑碳沉降到冰冻圈表面(如冰川、积雪、海冰等),可以降低雪冰表面反照率,进而导致雪冰的加速消融。由此,黑碳的研究已成为全球气候变化的一个热点问题。喜马拉雅山脉和青藏高原被称为世界的“第三极”,是中低纬度冰川分布最为集中的区域,是亚洲大江大河的发源地,也是全球气候变化最敏感的地区之一。由于毗邻东亚和南亚两个最大的黑碳排放源地(图1),青藏高原的大气和冰川受到了上述两个地区排放黑碳的影响。黑碳引起的大气升温和冰川加速消融,将影响到亚洲区域的水资源,可能引发一系列严重的环境和社会问题。目前,基于黑碳含量、大气传输模型和排放因子等对该地区黑碳的来源研究还存在很大的不确定性,对黑碳的化石燃料和生物质燃烧的贡献不清楚,限制了减缓黑碳排放的政策制定。

  该研究通过对喜马拉雅山脉和青藏高原大范围的采样,利用黑碳的14C组成分析了黑碳的化石燃料和生物质燃料的相对贡献。发现位于尼泊尔南部的蓝毗尼站(LM)的气溶胶黑碳同位素组成与之前报导的南亚数据一致,随着海拔的升高和大气黑碳绝对含量的降低,黑碳的生物质燃烧贡献逐渐增大(图2a)。雪坑中黑碳的同位素组成在区域上有显著差异:在高原东北部的祁连山老虎沟12号冰川(LH)雪坑中,黑碳具有最大的化石燃料贡献(66%),这一数据与中国东部的数据比较接近;喜马拉雅山脉南坡的Thorung冰川(TH)雪坑中黑碳的化石燃料贡献 (54%)与南亚的比率一致;高原中部的小冬克玛底冰川(TG)黑碳主要来自生物质燃烧(约70%)(图2b)。因而,不论是气溶胶还是雪坑均显示从高原边缘到内部生物质燃烧对黑碳的贡献逐渐增大。因此,生物质燃烧排放的黑碳对青藏高原环境和气候具有更大的作用。此外,综合分析14C和13C的组成进一步区分了不同冰川区生物质、煤和液态化石燃料燃烧排放黑碳的相对贡献(图3)。

  这些结果不仅明确界定了喜马拉雅山脉和青藏高原地区不同燃料对黑碳的贡献,可以为黑碳的大气传输模拟研究提供验证数据,更重要的是为相关国家制定黑碳减排政策提供明确的指导。

  本研究得到国家自然科学基金创新群体(441421061)、国家杰出青年基金(41225002)以及面上基金(41271015),中国科学院战略科技先导专项B类项目 (XDB03030504)和冰冻圈科学国家重点实验室资助。

  论文链接: http://www.nature.com/articles/ncomms12574 

图1 采样点位置(三角代表气溶胶采样点;圆形代表冰川采样点)。背景颜色代表黑碳的排放量。

图2  a: 跨越喜马拉雅山脉中部两个断面的大气黑碳含量和化石燃料贡献的比率;b: 雪坑黑碳的化石燃料贡献比率。

图3 生物质燃料(绿色)、煤(褐色)和液态燃料(黑色)燃烧排放对雪坑黑碳的相对贡献。箭头代表不同区域的黑碳来源。

 
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