青藏高原地区冰雪中吸收性粒子的含量及来源解析

【摘要】：黑碳(Black Carbon,BC)、有机碳(Organic Carbon,OC)和沙尘(Mineral Dust,MD)是冰雪中主要的三种吸收性粒子,它们在大气中经过长距离传输并通过干湿沉降(如降雪和降雨)到达冰雪表面后,能够极大的降低冰雪表面的反照率,使其吸收更多的太阳辐射,从而加速冰雪的消融,导致区域甚至全球气候及水循环变化。另外有机碳又分为可溶性有机碳(Water-Soluble Organic Carbon,WSOC)和难溶性有机碳(Insoluble Organic Carbon,ISOC)两大类。青藏高原地区又被称为地球第三极,该地区孕育着除地球南北极以外最大的冰雪储量,然而,青藏高原的冰川近几十年来正经历着大范围的消融退缩,且有逐渐加剧的趋势,吸收性粒子的存在被认为是加速冰雪消融的潜在因子。基于此,本文选取了2013年~2015年青藏高原七条冰川67个站点共189个冰雪样品进行了光学及化学分析,利用黑碳积分光谱仪以及电感耦合等离子体质谱仪测量样品中黑碳、难溶性有机碳以及沙尘中主要吸收性成分铁元素的含量,另外结合对冰雪样品中可溶性离子以及痕量元素的分析,同时基于富集因子、正定矩阵因子分解法、因子分析法以及后向轨迹追踪模式方法对冰雪样品中吸光性粒子的排放源进行了评估。结果表明在所研究的七条冰川地区黑碳、难溶性有机碳以及铁元素的含量变化范围分别为10-3100 ng g~(-1)、10-17000 ng g~(-1)和10-3500 ng g~(-1),平均值为218±397 ng g~(-1)、1357±2417 ng g~(-1)和241±452 ng g~(-1);同时黑碳、难溶性有机碳和铁元素的含量都展现出从北到南减少的趋势。从三种吸收性粒子在450 nm处的相对光吸收贡献的分析中可以看出,求勉雷克塔格冰川、煤矿冰川、唐古拉冰川和羊八井冰川地区黑碳占主导地位,而在七一冰川、玉珠峰冰川和哈日钦冰川地区黑碳和难溶性有机碳的相对光吸收贡献是相当的。另外,七条冰川地区样品中的黑碳以及所测量的化学元素经过正定矩阵因子分解(Positive Matrix Factorization,PMF)方法分析得到工业污染(33.1%)、生物质燃烧(29.4%)和土壤沙尘(37.5%)是青藏高原冰川中吸收性粒子的主要来源,其中求勉雷克塔格冰川、煤矿冰川和羊八井冰川地区污染物的来源主要是土壤沙尘;哈日钦冰川地区污染物的来源主要是工业污染;玉珠峰冰川地区污染物主要来源于土壤沙尘和工业污染;唐古拉冰川地区污染物主要来源于土壤沙尘和生物质燃烧;而对七一冰川地区来说,土壤沙尘源、工业污染源和生物质燃烧源所占的比例大致相同,生物质燃烧源略高。