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ACP: 对青藏高原和喜马拉雅地区大气黑碳含量和沉降数据的重新评估

  

  10月09日,大气化学期刊 Atmospheric chemistry and physics (ACP) 在线发表了中国科学院青藏高原研究所、地球科学卓越创新中心的李潮流副研究员与其合作者完成的题为Re-evaluating black carbon in the Himalayas and the Tibetan Plateau: concentrations and deposition的讨论性研究论文。该论文通过实验对比,并结合对之前在青藏高原和喜马拉雅地区发表的与大气黑碳 (BC) 含量相关的论文的重新审视,讨论了之前发表的数据的不确定性并给出了影响因素的解释。

  黑碳是一种由含碳物质燃烧过程产生的复杂的碳质聚合体,由于强烈的吸光作用被认为是仅次于二氧化碳 (CO2) 的最重要的大气升温因子,其在青藏高原的大气升温和冰川退缩中所扮演的重要角色已经被许多研究详细的论述。目前,已经有一批相关的论文对其含量、沉降、光学特征和同位素组成等进行了报导。但由于高原大部分地区干燥少雨、沙尘较重的特点,目前对高原大气黑碳含量的认识还有一定的偏差。其中一个重要的原因是大气颗粒物中大量的无机碳 (主要存在于沙尘中) 的贡献导致了对黑碳含量的普遍高估。在该论文中,作者通过对比在纳木错站和珠峰站采集的大气总悬浮颗粒物样品 (Total suspended particle (TSP)) (图. 1) 的酸处理除去无机碳后和原始样品的黑碳数值,发现后者的值比前者约分别高出52±35%和 39±24% (图. 2)。由于之前报导的青藏高原的大部分黑碳的含量数据基于没有经过酸处理的样品,所以高估了青藏高原大气黑碳的含量。结合之前报导的数据,校正后的两个研究站大气黑碳的含量约为61 ng m-3 和 154 ng m-3,分别约为中国东部黑碳含量的1%和3%。因为黑碳在大气中的含量是其它许多相关研究的最基本输入数据,这一差异会造成我们对青藏高原黑碳在诸多方面 (如黑碳的辐射强迫和大气传输模型) 的研究结果的调整。相对于大气黑碳的含量,对黑碳在青藏高原的大气沉降的直接报导并不多,该论文通过详细对比之前的数据和依据其它相关的黑碳数据计算得到的值,发现通过不同的研究者报导的雪坑和冰芯数据计算得到的青藏高原的黑碳沉降值比较接近,并与大气传输模型的结果也比较吻合,同时这两者都远小于通过湖芯得到的黑碳的沉降通量 (图. 3)。因此,认为通过冰芯和雪坑得到的黑碳的沉降通量比较接近于真实值,约为17.9±5.3 mg m-2 a-1,这一数据也约为中国东部地区的1%左右。而湖芯的数据由于流域河流携带的泥沙中黑碳的输入而高估了黑碳的大气沉降。这一现象的阐明将对未来青藏高原黑碳沉降通量的研究提供重要的参照值,即在高原的大部分地区,尤其是冰川区黑碳的沉降值不应偏离上述值过大。同时,研究也指出由于湖芯复杂的物质来源,加上最近由于温度升高导致大部分青藏高原湖泊输入的水量和泥沙量的增加,在未来通过湖芯进行黑碳在内的大气污染物沉降的研究中对诸如湖芯钻取地点的选择及对得到结果的解释时都要非常小心。

  最后,本论文也承认,尽管目前黑碳的测试手段有很大进步,但精确测定青藏高原大气气溶胶样品中的黑碳含量仍然是一个巨大的挑战,所以本研究的结论还存在一定的不确定性,也需要在以后的研究中改进;同时,由于青藏高原面积广大,地表环境复杂,在青藏高原地区,尤其是西部和北部沙尘较严重的地区还有大量的工作需要深入开展,从而加深对整个高原大气及雪冰黑碳的认识。尽管如此,该研究的结果仍然把对青藏高原大气黑碳的认识向前推进了一步。

  上述研究得到国家自然科学基金面上项目(41675130)、重点基金项目(41630754) 和冰冻圈科学国家重点实验室等的资助。

  论文链接

  图1 本文的研究站及已经发表的相关数据的位置图

 

  图2 纳木错站和珠峰站用酸处理后与原始样品的黑碳和总碳的比值

  图3 通过不同介质和方法得到的青藏高原黑碳沉降数据的对比