喜马拉雅中段大气中黑碳及其碳同位素组成研究

Black carbon plays a key role in influencing the Earth’s climate change and can cause global warming and glacier melting. The Tibetan Plateau is one of the cleanest regions in the world. However, its atmospheric environment has been affected by long-range transport black carbon emitted from South Asia. As the critical area for pollutants transported to the Tibetan Plateau from South Asia, the Himalayas has important environmental meaning. And the Himalayan glaciers are under accelerated melting because the global warming and black carbon. However, our understanding of the spatial distribution and source apportionment of black carbon in this region remains limited, causing large uncertainties on modeling tis environmental effects. Therefore, total suspended particle samples of 2 sites across one Himalayan valley were collected in this research. Concentrations of black carbon and their isotope composition were measured. The main objectives of this study were to gain the initial knowledge on carbonaceous aerosols chemistry and understand their spatial and seasonal characteristics around the Himalayas. The carbon isotope signatures of the black carbon were then used to quantify the relative contributions from both biomass and fossil fuel combustion. Finally identify their exact sources. Our study can provide basic information for assessing and forecasting the global climate change and the influence of black carbon on glacier melting.

黑碳是影响全球气候变化的重要因子，能引起大气的升温并加速冰川消融。青藏高原是全球最洁净的区域之一。但已有研究表明,该区域的大气已经受到南亚排放的黑碳长距离传输的影响。喜马拉雅山脉位于南亚和青藏高原之间，是黑碳从南亚向青藏高原传输的关键区域，由于全球变暖和黑碳等的影响，喜马拉雅山脉的冰川正经历着强烈的消融。但目前对该区域黑碳的分布特征以及确切来源的研究还很缺乏，导致对黑碳环境效应的模拟存在很大不确定性。本项目拟在青藏高原南部喜马拉雅山脉中段选取两个典型区域进行长期、系统的气溶胶样品采集，测试其中的黑碳含量及其碳同位素组成，并结合其他参数阐明研究区黑碳的时空分布特征和影响因素；利用碳同位素量化化石燃料和生物质燃料在不同季节对研究区大气中黑碳的相对贡献，判定黑碳的确切来源。本研究的开展将提升对喜马拉雅地区黑碳的认识水平，并为模拟及预测在该地区由于黑碳造成的气候变化和冰川消融提供数据支持。

喜马拉雅山脉是南亚排放污染物向青藏高原跨境传输的必经之地，但目前对该区域大气中黑碳（EC）、有机碳（OC）等污染物的确切分布和来源解析研究还很缺乏。本项目在喜马拉雅山中段，通过长期定位采样和检测，认识研究区EC、OC的含量、时空分布及吸光特性，结合相关气象环境指标，探讨影响EC、OC时空变化和吸光特性的因素；通过EC碳同位素组成研究，分析不同燃料对EC的相对贡献。项目取得的主要成果包括：1)获取喜马拉雅中段大气中EC、OC观测数据，乔姆索地区大气中EC和OC含量略高于仲巴地区，且EC和OC含量呈现明显的季风前期含量最高而季风期含量最低的变化趋势；2)通过碳同位素技术，计算出了化石燃料和生物质燃料对乔姆索大气中EC的相对贡献；3)计算了不同地区EC和WSOC的质量吸收截面（MAC）等参数；4)将研究区扩展到南亚城市和农村地区（加德满都、蓝毗尼和卡拉奇），获得了该区域EC和OC的含量组成、季节变化和MAC等数据。在项目支持下，发表SCI论文9篇，包括Environmental Pollution和Journal of Environmental Sciences等环境科学和大气科学权威杂志。培养博士研究生3名，研究组2名成员晋升为副研究员（副教授）。课题的实施提升了喜马拉雅地区碳质气溶胶分布和传输的认知水平，为南亚排放污染物向青藏高原跨境传输提供了化学证据，并为模拟评估碳质气溶胶对研究区气候变化影响研究提供了基础数据。