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大气气溶胶通过反射太阳辐射以及参与云内降水过程来影响气候变化,在IPCC评估报告中也特别指出了气溶胶对气候变化影响的不确定性。在气溶胶采集仍然很有限的今天,冰雪记录提供了高海拔各种时间序列的气溶胶记录,是直接采集的一个重要补充。山地冰川由于较高的海拔与较低的温度,也是一些大气输送污染物的沉积区。因此开展雪冰过程的污染物研究,可以揭示其来源、输送路径、空间分布及其在高海拔地区生物圈的传递与富集过程。虽然喜马拉雅山是地球上最清洁的地区之一,其环境也受到了人为活动排放物的影响。喜马拉雅山由于海拔高,气候恶劣,连续进行大气气溶胶和污染物的监测较难,但冰芯化学记录为解决此问题提供了一个重要途径。
本文选择喜马拉雅山西段的纳木那尼冰川、中段的达索普冰川、东段的枪勇冰川和帕隆藏布源区4号冰川作为研究区域开展雪冰化学记录研究,并结合帕米尔高原慕士塔格冰芯、珠峰地区东绒布雪坑化学记录以及卓奥友峰雪坑化学记录,分析和讨论了不同地区冰芯化学记录的时空变化及影响原因,力图解释喜马拉雅山地区冰雪化学记录及其所揭示的现代气候环境意义。
本研究的直接数据包括2006年6700 m钻取的达索普16 m浅冰芯和73 cm雪坑样品,2006年5500 m钻取的帕隆藏布源区29 m浅冰芯,2008年6098 m钻取的纳木那尼8.28 m浅冰芯和50 cm雪坑样品以及2009年6100 m钻取的枪勇20.8 m浅冰芯和60 cm雪坑样品。这些雪冰样品在实验室内进行了化学离子测定,测量参数除常规的阳离子(Na+、NH4+、K+、Mg2+、Ca2+)与阴离子(Cl-、SO42-、NO3-)外,还测定了F-和有机酸(CH3COO-、HCOO-、C2O42-、MSA)的浓度。
本论文根据这些冰芯化学离子记录,并对比其它地区的数据,在时空变化上研究了喜马拉雅山脉的现代大气环境变化及其影响因素,主要得出以下结论:
(1)在喜马拉雅山脉大部分地区冰芯化学离子记录的季节变化以冬高夏低为普遍规律的基础上,也发现了局部地区的特殊性。纳木那尼、枪勇、达索普冰芯中离子以冬高夏低为主,主要受降水的季节性因素控制,而位于藏东南的帕隆藏布主要离子是夏高冬低。从离子的季节变化幅度上看,纳木那尼冰芯中的化学离子变化幅度最小,枪勇次之,达索普冰芯中化学离子的变化幅度最大。大气环流形式的差异、降水的季节分布、冰川上离子的淋溶作用以及海拔高度的变化都可能对其季节变化特征产生影响。
(2)冰芯记录的部分离子浓度及其通量的年际变化与人类活动有一定的关系,但也存在空间差异。研究发现,沿喜马拉雅山脉自东向西,人类活动对冰芯化学记录影响逐渐减弱。帕隆藏布冰芯中NH4+、SO42-、NO3-表现出显著的上升趋势,表明受人类活动的影响明显:枪勇冰芯的NH4+和C2O42-受人类源和自然源共同作用,人类源贡献超过了自然源;达索普冰芯的NH4+主要受自然源控制:纳木那尼冰芯的C2O42-和NH4+受自然和人类源共同作用。
(3)喜马拉雅山地区冰芯中不同化学离子的年沉积通量与浓度在空间分布上存在复杂性,钻取点位置、海拔高度、降水量、气温等要素均对其产生影响。