基于分子标志物的青藏高原生物质燃烧气溶胶外源贡献研究

Being adjacent to South Asia with intensive air pollution emissions in the world, the Tibetan Plateau is readily influenced by trans-boundary atmospheric pollutants that affect its vulnerable environments. Biomass burning aerosols play vital parts in the atmospheric pollutants. However, the contribution of biomass burning aerosols on the Tibetan Plateau is not clear and it is hard to assess the influence of exogenous and local sources. In this project, the simultaneous sampling and measurement will be conducted in four representative sites across the Himalayas. The diagnostic ratios of the organic molecular tracers from the typical biomass burning aerosols will be characterized. The chemical composition of the atmospheric aerosols (e.g., molecular markers, OC and EC) will be comprehensively analyzed to figure out the seasonal variations of biomass burning sources. Combining with the variations of diagnostic ratios, online observation data and satellite products, this project is aiming to reveal the transport events of the biomass burning aerosols from South Asia into the Tibetan Plateau, estimate the biomass burning contribution. Furthermore, a coupled radiocarbon–molecular marker method will be used to distinguish the contributions of different sources from South Asia into the Tibetan Plateau. Eventually, the research results are expected to provide valuable and fundamental scientific basis and theoretical supports for the environment protection and China's environmental diplomacy.

青藏高原毗邻南亚等污染严重的地区，大气污染物可以通过长距离传输进入高原，对其环境产生影响。生物质燃烧气溶胶是南亚大气污染物的主要来源，目前对于青藏高原生物质燃烧的贡献量以及外源和局地源区分还知之甚少，跨境传输影响亟需进一步明确。本项目拟选择跨喜马拉雅山监测断面上的4个观测点，实施大气气溶胶同步采集和在线观测，实验室模拟获取典型生物质燃烧源排放的有机分子标志物特征比值。全面分析环境气溶胶样品中的有机分子标志物和碳质组分，掌握其季节变化规律；结合重污染时段标志物的特征比值变化以及气溶胶在线观测和卫星遥感数据，揭示南亚生物质燃烧气溶胶跨境输入青藏高原事件，估算生物质燃烧的贡献量；利用分子标志物-碳同位素耦合手段，定量评估外源输入和本地源的影响。本研究成果将为青藏高原生态环境保护提供科学依据，为我国环境外交谈判提供理论支撑。

本项目针对青藏高原生物质燃烧（Biomass burning, BB）贡献量化的薄弱环节和大气污染物跨境传输具体特征和相关机制认识的不足，基于左旋葡聚糖（Levoglucosan）及其同分异构体、香草酸（Vanillic acid）、丁香酸（Syringic acid）和脱氢松香酸（Dehydroabietic acid）等BB分子标志物的独特示踪作用，分析了其在南亚和青藏高原的季节变化规律，结合其特征比值、离子和AOD等观测数据，借助卫星遥感等手段识别南亚BB气溶胶跨境输入青藏高原事件，并拓展到气候变化全球联动的角度，指出北极海冰减少加剧南亚大气污染物向青藏高原的传输，利用分子标志物-产率法等手段，评估了南亚BB对气溶胶的贡献，并量化了青藏高原外源BB的贡献。本项目共发表SCI文章8篇，取得了了如下结论：.南亚（加德满都）和青藏高原（纳木错和藏东南）气溶胶有机碳（OC）、元素碳（EC）以及Levoglucosan、Vanillic acid、Syringic acid和Dehydroabietic acid等浓度均在冬季和季风前期呈现出高值，而季风期最低，并且与OC和EC呈著的相关性，表明BB是南亚高浓度碳质组分的主要来源，通过长距离传输至青藏高原。应用分子标志物-产率法估算了BB对南亚和青藏高原有机碳的贡献，BB占南亚大气有机碳的24.9%，在季风后期更是达到36.3%。冬季BB对青藏高原有机碳贡献达到~20%，本地源为~6%, 外源BB贡献为~10%。.纳木错站和珠峰站两个站点长达十年的AOD观测数据显示，AOD大多在每年4月呈现明显年度峰值分别为0.093±0.039和0.081±0.029，而这个时间段，正是南亚BB污染事件的高发期。在4月的一些极端事件中，两个站点的AOD日值相对于基线值急剧增加10-20倍，表明外源气溶胶从周围区域输入。北极海冰减少，北极和中纬度大气温度梯度减少，向欧亚大陆输送暖湿的海洋气流减弱，导致乌拉尔山附近积雪深度减少，进而形成大尺度扰动，青藏高原南侧西风急流增强。受青藏高原地形影响，增强的上升气流与青藏高原山谷风等中尺度环流系统相结合，加速南亚污染物翻越喜马拉雅山脉，进入青藏高原。