高寒流域化学风化对气候变化的响应机制研究

Alpine rivers are specifically sensitive to climate factors, the composition and variation of river ion sources in the context of climate change are important factors involving change of chemical weathering. This research focuses on the Yarlung zangbo River basin study, we attempt to investigate the river chemical weathering in response to climate change of Alpine rivers through field observation, sample collection and laboratory isotope determination, combining with the water chemistry modeling, climate modeling, statistical analysis, and other means. Through long-term field observation and analysis of the samples, using statistical analysis, GIS spatial analysis of water chemistry models, the law of chemical weathering changes in Yarlung zangbo River basin is expected to be obtained; Combined isotopic and chemical data of rocks, specifying output ratio of rock weathering and identification of factors affecting chemical weathering; Analysis of chemical weathering rate of atmospheric CO2 and the correlation between depletion and climate change in the last 50 years, revealing the mechanism of chemical weathering in response to climate change of Alpine rivers; combined with regional climate change models, and forecasts the future 30 years watershed chemical weathering and its impact on the process, probes into the reciprocal relationship between chemical weathering and climate change in the basin. Project results for understanding the background factors of climate change in Alpine River chemical weathering patterns of scientific significance, while the Alpine Valley where the river eco-protection policy has guiding values.

对气候因素具有敏感性的高寒流域而言，气候变化背景下河水离子来源的构成及变化是导致河流化学风化变化的重要因素。本研究以雅鲁藏布江流域为研究对象，通过野外观测、样品采集与室内测定，结合水化学模型、气候模型、稳定同位素与统计分析等手段，针对气候变化背景下高寒流域化学风化问题开展研究。通过连续野外观测及样品分析，应用统计分析、GIS空间分析结合水化学模型，阐明流域化学风化的变化规律；结合同位素及岩石化学数据，律定岩石风化输出比例，辨识多因素共同作用下流域化学风化影响因子；分析近50年化学风化速率和大气CO2消耗与气候变化的相关关系，揭示高寒流域化学风化对气候变化的响应机制，结合区域气候变化模式，预估未来30年流域化学风化进程及其影响。项目成果对于认识气候变化背景下多因素共同作用高寒流域化学风化变化规律具有科学意义，同时对于高寒流域所在流域的生态保护政策制定具有指导价值。

河流作为陆海物质能量交换的重要通道在元素地球化学循环中起着重要作用，其水化学特征也反映了流域内元素的地球化学行为、岩石化学风化的强弱及岩石风化所消耗的CO2量等重要信息。作为世界“第三极”的青藏高原，在全球通过海陆能量交换过程中发生的元素地球化学循环占有十分重要的比例。近50年，青藏高原气候正经历着显著的变化，冰川退缩变化及融水冲刷等因素导致该地区化学风化过程受到显著影响。雅鲁藏布江流域是青藏高原最典型的一条河流，流域人类活动影响较小，气候和水文过程具有明显的季节性变化，这些特征为开展化学风化季节性变化研究提供了有利的条件。本文以雅鲁藏布江流域雨水、融水、地下水和河水为研究对象，根据气象、径流和各月份水化学数据，对流域水化学特征的时空变化和主要影响因素进行了分析和讨论；根据流域近50年气象、径流和水化学资料，对流域近50年化学风化速率和CO2消耗通量变化及对气候变化的响应进行了分析和讨论。主要研究结果如下：(1) 雅鲁藏布江流域水化学季节性特征差异明显。枯水季节河水以Ca2+ (Na+)和HCO3-离子为主，TDS含量高。丰水季节河水以Ca2+、HCO3-和SO42-离子为主，TDS含量低，均值约为149.75 mg/l。丰水季节各离子产生的通量值远远超过了枯水季节，表明水化学过程和元素化学循环主要发生在丰水季节。(2) 河水主要离子浓度含量与径流量呈现相反的变化趋势。子流域产生离子通量集中在6-9月份，8月最大。碳酸盐岩风化、硅酸盐岩风化和蒸发岩风化平均贡献率分别约为42.2%、26.9%和23.5%，大气降水贡献率较小。4-9月份流域SWR和CWR平均约为0.32 、0.47 t/km2/month，Φ[CO2]sil和Φ[CO2]car平均约为1.59×104、2.79×104 mol/km2/month，约占全球陆面硅酸盐岩风化和碳酸盐岩风化所消耗大气CO2通量的0.24%和0.30%。(3) 近50年，流域Φ[CO2]sil平均约为1.60×105 mol/km2/a，从70年代到本世纪初，以0.02×105 mol/km2/a速率在增长。碳酸盐岩风化对气候变化的响应比硅酸盐岩风化更敏感，未来雅鲁藏布江源头的化学风化速率与CO2消耗速率将随着该地区的变暖缓慢升高。