尘埃与黑碳对青藏高原冰雪反照率及其融水径流的影响研究

最新研究表明，冰雪表面吸收性气溶胶（尘埃与黑碳）含量增加所引起的反照率变化，不仅可以解释观测到的全球变暖的四分之一，而且导致了冰雪的强烈消融。青藏高原冰川作为亚洲许多大江大河的发源地，由于受到中亚沙尘和南亚黑碳排放的影响，其消融状况已受到国际冰冻圈与气候界的高度关注。本项目选择青藏高原从北到南不同类型的三条冰川和长江源区的积雪作为重点研究对象，通过实地观测和遥感手段相结合获取其反照率的时空变化特征，并监测其消融状况，分析其表面尘埃与黑碳含量的时空特征，建立高原地区冰雪反照率与尘埃及黑碳含量之间的定量关系，利用冰雪分布式物质－能量平衡模型，揭示高原冰雪表面尘埃与黑碳含量变化对冰川、积雪消融强度以及积雪持续时间的影响。这不仅对评价气候变化对高原冰川融水径流的影响研究意义重大，而且对进一步开展青藏高原积雪反照率变化与积雪持续时间变化对亚洲季风的影响研究具有重要意义。

本项目按照研究计划，全面完成了本项目的相关研究任务。通过对祁连山七一冰川、唐古拉山冬克玛底冰川、帕隆藏布源头冰川的水文气象要素综合观测与冰雪采样，结合室内实验分析和遥感资料，系统地研究了冰雪中尘埃、黑碳含量对冰雪反照率及其消融强度的影响，并取得了取得以下重要结果：.1. 揭示出粒雪中黑碳与尘埃含量变化对其反照率具有重要影响.在野外观测资料的基础上，基于雪-冰-气溶胶辐射（SNICAR）模型，认为粒雪中黑碳含量每增加100 ng/g可导致反照率下降约0.01；粒雪中尘埃含量每增加10^5个/ mL，可导致其反照率降低约0.014。.2. 定量评估了冰面反照率变化对冰川消融强度的影响.基于七一冰川的大量观测资料，揭示出消融季节冰面反照率每减少0.1，将会导致冰面消融强度增加0.23 cm/day；在同一海拔高度的冰面，由于不同地点冰面反照率的差异，可导致冰面消融强度存在25-34%的差别。近50年来，七一冰川融水径流呈增加趋势。.3. 阐明了藏东南地区近期雪冰中黑碳含量增加趋势，是导致该地区冰川的加速消融的重要原因之一.利用SNICAR模型对藏东南作求普冰芯恢复的1956-2006年BC/OC含量增加的辐射强迫作用进行了研究。结果表明，1956-1980年期间，BC/OC导致冰面反照率平均减少约2.4%（辐射强迫为12 W/m2），而1980-2006年期间，BC/OC导致冰面反照率降低约4%左右（辐射强迫为17.5 W/m2）。这快速升高的BC/OC辐射强迫是藏东南冰川加速退缩的重要原因之一。.4. 揭示出冰面反照率变化对冰川物质平衡状况具有重要影响.基于MODIS资料，反演了2002-2012年间冬克玛底冰川表面反照率变化，揭示出其变化与该冰川的物质平衡之间存在显著的正相关关系。近十年来该冰川反照率的下降趋势，致使该冰川负的物质平衡状况显著增加。.5. 建立了冰川表面分布式能量-物质平衡模型，模拟了冰川物质平衡的时空变化特征.基于能量平衡方程，结合DEM数据，建立了冰川表面分布式能量-物质平衡模型。该模型能较好的模拟气候变化情况下七一冰川粒雪线高度的变化、物质平衡的演变以及融水径流状况。该模型的模拟结果还表明，七一冰川反照率随海拔高度的变化是控制该冰川物质平衡海拔高度结构的主要因素之一。.在本项目资助下，共发表论文51篇，其中SCI论文16篇。