藏东南冰芯近百年来南亚人类活动气溶胶排放与燃烧源的变化研究

近几十年来，南亚人类活动排放的黑碳等气溶胶出现了快速的增长，对区域气候环境及青藏高原冰川的加速融化产生了重要的影响。藏东南地区因受印度季风和西风南支的交替影响，冰川长年接受来自南亚大气排放物的输送和沉降，是研究南亚人类活动环境影响及其历史变化的理想介质。本项目拟利用藏东南岗日嘎布山海洋性冰川高分辨率深冰芯，通过对冰芯中黑碳、有机碳、硫酸盐等主要与人类活动有关的气溶胶组份的分析，获取近百年来南亚大气气溶胶主要成分含量的时间序列；借助放射性碳同位素、草酸根和左旋葡聚糖等对生物质燃烧源的指示作用，揭示南亚地区不同燃烧排放源的演化特征及其对大气气溶胶组成的影响，为模型评估南亚人类活动气溶胶排放的气候效应提供更准确的参数；根据冰芯黑碳记录，利用SNICAR模型定量评估黑碳对藏东南冰川融化的影响。

人类活动排放的黑碳（BC）等气溶胶对地球系统的能量收支和分布具有重要的影响，是气候变化不可忽视的影响因子。恢复其历史含量及燃烧排放源的历史演变，对准确评估人类活动排放的气溶胶所产生的气候效应具有十分重要的意义。青藏高原地处中纬度地区，清洁的背景环境不但是研究人类活动排放气溶胶的理想场所，也是气溶胶气候效应的敏感区域。本项目选择青藏高原印度季风和西风带影响典型区分别开展了黑碳气溶胶冰芯记录的研究工作。本项目借助CAM5（Community Atmosphere Model version 5）气候模型定量评估了黑碳沉降的主要来源区域；利用热光学方法和单颗粒黑碳气溶胶谱仪（Single Particle Soot Photometer，SP2）分析了冰芯中的黑碳含量，进而恢复了黑碳气溶胶含量历史；依据对燃烧排放源具有指示作用的OC/BC比值和左旋葡聚糖含量，揭示了生物质和化石燃料燃烧排放贡献的演变；利用SNICAR（Snow, Ice, and Aerosol Radiation）模型定量评估了青藏高原东南部（简称“藏东南”）黑碳沉降对冰川下垫面产生的辐射强迫影响。研究发现，在印度季风和西风带影响下，藏东南地区黑碳沉降主要来源于南亚排放（占74％）；生物质燃烧和煤使用的增加很可能是黑碳含量增长的主要原因；雪冰中的BC对冰川下垫面的辐射强迫约1－2 W m-2。在西风带的影响下，帕米尔高原主要接受来自欧洲－中亚的排放（合占87％），冰芯中rBC含量呈现同前苏联排放相一致的变化趋势，即：自20世纪60、70年代起呈现上升趋势，在80年代末达到最大值，并在90年代下降。左旋葡聚糖和rBC的比值变化说明在20世纪40－50年代，欧洲－中亚森林/草原火灾强度增加，而在20世纪70年代至2000年间，与能量相关的生物质燃烧对rBC的增长具有重要的贡献。