喜馬拉雅山脈和青藏高原大氣和冰川中黑碳來(lái)源研究獲進(jìn)展

　　8月23日，《自然-通訊》（Nature Communications）雜志發(fā)表了中國(guó)科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院(籌)冰凍圈科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、青藏高原地球科學(xué)卓越創(chuàng)新中心研究員康世昌課題組與瑞典斯特哥爾摩大學(xué)合作研究論文Sources of black carbon to the Himalayan–Tibetan Plateau glaciers。該論文通過(guò)對(duì)跨越喜馬拉雅山脈中段兩條監(jiān)測(cè)斷面及青藏高原的8個(gè)臺(tái)站氣溶膠樣品和8條冰川雪坑樣品的黑碳同位素組成分析，給出了該地區(qū)黑碳來(lái)源的最新證據(jù)。

　　黑碳由化石燃料和生物質(zhì)燃燒產(chǎn)生。由于強(qiáng)烈的吸光性，黑碳是僅次于CO2的最重要的大氣升溫因子；同時(shí)，黑碳沉降到冰凍圈表面（如冰川、積雪、海冰等），可以降低雪冰表面反照率，進(jìn)而導(dǎo)致雪冰的加速消融。由此，黑碳的研究已成為全球氣候變化的一個(gè)熱點(diǎn)問(wèn)題。喜馬拉雅山脈和青藏高原被稱為世界的“第三極”，是中低緯度冰川分布最為集中的區(qū)域，是亞洲大江大河的發(fā)源地，也是全球氣候變化最敏感的地區(qū)之一。由于毗鄰東亞和南亞兩個(gè)最大的黑碳排放源地（圖1），青藏高原的大氣和冰川受到了上述兩個(gè)地區(qū)排放黑碳的影響。黑碳引起的大氣升溫和冰川加速消融，將影響到亞洲區(qū)域的水資源，可能引發(fā)一系列嚴(yán)重的環(huán)境和社會(huì)問(wèn)題。目前，基于黑碳含量、大氣傳輸模型和排放因子等對(duì)該地區(qū)黑碳的來(lái)源研究還存在很大的不確定性，對(duì)黑碳的化石燃料和生物質(zhì)燃燒的貢獻(xiàn)不清楚，限制了減緩黑碳排放的政策制定。

　　該研究通過(guò)對(duì)喜馬拉雅山脈和青藏高原大范圍的采樣，利用黑碳的14C組成分析了黑碳的化石燃料和生物質(zhì)燃料的相對(duì)貢獻(xiàn)。發(fā)現(xiàn)位于尼泊爾南部的藍(lán)毗尼站（LM）的氣溶膠黑碳同位素組成與之前報(bào)導(dǎo)的南亞數(shù)據(jù)一致，隨著海拔的升高和大氣黑碳絕對(duì)含量的降低，黑碳的生物質(zhì)燃燒貢獻(xiàn)逐漸增大（圖2a）。雪坑中黑碳的同位素組成在區(qū)域上有顯著差異：在高原東北部的祁連山老虎溝12號(hào)冰川（LH）雪坑中，黑碳具有最大的化石燃料貢獻(xiàn)（66%），這一數(shù)據(jù)與中國(guó)東部的數(shù)據(jù)比較接近；喜馬拉雅山脈南坡的Thorung冰川（TH）雪坑中黑碳的化石燃料貢獻(xiàn) （54%）與南亞的比率一致；高原中部的小冬克瑪?shù)妆ǎ═G）黑碳主要來(lái)自生物質(zhì)燃燒（約70%）（圖2b）。因而，不論是氣溶膠還是雪坑均顯示從高原邊緣到內(nèi)部生物質(zhì)燃燒對(duì)黑碳的貢獻(xiàn)逐漸增大。因此，生物質(zhì)燃燒排放的黑碳對(duì)青藏高原環(huán)境和氣候具有更大的作用。此外，綜合分析14C和13C的組成進(jìn)一步區(qū)分了不同冰川區(qū)生物質(zhì)、煤和液態(tài)化石燃料燃燒排放黑碳的相對(duì)貢獻(xiàn)（圖3）。

　　這些結(jié)果不僅明確界定了喜馬拉雅山脈和青藏高原地區(qū)不同燃料對(duì)黑碳的貢獻(xiàn)，可以為黑碳的大氣傳輸模擬研究提供驗(yàn)證數(shù)據(jù)，更重要的是為相關(guān)國(guó)家制定黑碳減排政策提供明確的指導(dǎo)。

　　本研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金創(chuàng)新群體（441421061）、國(guó)家杰出青年基金（41225002）以及面上基金（41271015）、中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略科技先導(dǎo)專項(xiàng)B類項(xiàng)目 (XDB03030504)和冰凍圈科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室資助。

　　圖1 采樣點(diǎn)位置（三角代表氣溶膠采樣點(diǎn)；圓形代表冰川采樣點(diǎn)）。背景顏色代表黑碳的排放量。 

　　圖2  a: 跨越喜馬拉雅山脈中部?jī)蓚€(gè)斷面的大氣黑碳含量和化石燃料貢獻(xiàn)的比率；b: 雪坑黑碳的化石燃料貢獻(xiàn)比率。 

　　圖3 生物質(zhì)燃料（綠色）、煤（褐色）和液態(tài)燃料（黑色）燃燒排放對(duì)雪坑黑碳的相對(duì)貢獻(xiàn)。箭頭代表不同區(qū)域的黑碳來(lái)源。