典型海洋型冰川雪冰中吸光性物质及其对冰川消融的影响研究

It is a hot topic in glaciology that deeply explore the characteristics and its influences of light-absorbing impurities (LAPs) in snow and ice, quantitative analysis of the influences of LAPs on glacier melt is the difficulty point for understanding the mechanism of glacier melt. In this project, snow and ice samples will be collected from a typical temperature glacier in Mt. Yulong, located at the southeastern Tibetan Plateau. Main purpose of the study is to explore the characteristics and its influences of LAPs (black carbon, dust, organic carbon) deposited on snow and ice of Mt. Yulong glaciers. By employing the methods of experimental measurement, model simulation and field observation, we will analysis the following scientific problems: (1) Explore the spatial and temporal characteristics and observe the phys-chemical variations (including leaching, enrichment, migration) of LAPs in a typical temperate glacier. (2) Measure the albedo and physical parameters of surface snow and ice, combing with the SNICAR model and concentrations of LAPs in snow and ice, estimate the contribution percentage of LAPs in reducing the albedo of surface snow and ice, and calculate the radiative forcing of LAPs. (3) Establish the energy balance model of LAPs, simulate and quantify the influences of LAPs on glacier melt. This project has prime scientific and practical importance in dealing with climate and environment change, since it provides the better understanding of potential causes of glacier melt.

深入认识雪冰中吸光性物质的特征和影响是目前冰川学研究的热点问题，吸光性物质对雪冰消融影响的量化研究是理解雪冰消融机理的难点所在。本项目选取位于青藏高原东南端的玉龙雪山典型海洋型冰川为研究区域，以雪冰中的吸光性物质（黑碳、粉尘、有机碳）为研究对象，利用野外连续观测、样品采集、实验测试、模型模拟等方法，拟开展如下研究：（1）探讨典型海洋型冰川雪冰中吸光性物质含量的时空分布特征以及在雪冰中的物理（淋溶、富集、迁移）和化学变化过程；（2）观测雪冰表面反照率和雪冰物理参数，结合SNICAR模型和吸光性物质浓度，模拟计算雪冰中吸光性物质对雪冰表面反照率降低的贡献比例和辐射强迫；（3）建立吸光性物质的能量平衡模型，模拟和评估吸光性物质对冰川消融的影响。该研究有助于理解吸光性物质影响冰雪消融的潜在机理，为应对气候和环境变化具有重要的科学和现实意义。

本项目主要围绕青藏高原东南缘海洋型冰川，针对雪冰中的黑碳、粉尘等吸光性杂质，分析了吸光性杂质的空间分布、季节特征、光学性质、在雪冰中的物理化学过程，以及对雪冰消融的影响。在本项目的资助下，主要完成了雪冰表面吸光性杂质的变化；雪冰中溶解性有机碳的时空分布、沉降通量、及吸光性研究；雪冰中黑碳（BC）和粉尘（Dust）的富集系数和淋溶过程；光谱反照率变化和吸光性杂质引起的辐射强迫；雪冰中OC/BC比值及其来源分析等相关研究。开展了吸光性杂质引起的冰川表面反照率降低的敏感性分析和相应的辐射强迫。讨论了粒雪粒径对冰川表面反照率降低的影响，指出积雪中粒径越大、吸光性杂质的含量越高，导致的雪冰表面反照率降低的程度越明显，相应的辐射强迫也较大。首次研究了溶解性有机碳在冰川中的时空分布，溶解性有机碳在雪冰中的消耗和渗滤的过程，吸光特性及对冰川消融的影响。典型吸光性杂质在冰川区的沉降通量、及冰川消融季节，随着冰川消融，冰川中存储的碳开始逐渐释放，冰川从“碳汇”向“碳源”转变。. 此外，统计结果表明，白水河冰川中溶解性有机碳的平均含量为0.61 ± 0.21 mg L-1。冰川表面融水中DOC的含量最低，平均值是0.39 mg L-1。白水河冰川中溶解性有机碳的年沉降通量是0.99 g C m-2 yr-1，而不溶性颗粒态碳的年沉降通量是4.77 g C m-2 yr-1。此外，白水河冰川中溶解性有机碳总存储量是1.5 吨碳，而不溶性颗粒态碳的存储量是7.25吨碳。因此，大量的不同形态的碳存储在冰川中且活跃的贡献于碳循环过程。黑碳是雪冰中主要的吸光性杂质之一，其吸光性强度高于雪冰中粉尘和其它吸光性杂质在雪冰中的吸光性。玉龙雪山地区降水中DOC的沉降通量初步估算为1.99 g C m -2 year -1。DOC、降水与冰川的相互作用分析表明，DOC的强烈吸光性对冰川消融具有促进作用，同时消融期的液态降水通过增加耗热（1.45 W m-2）也可以加速冰川的消融。