西昆仑山冰芯记录指示的塔克拉玛干沙漠南缘对流层中上部近百年大气尘埃变化趋势

钻自西昆仑山崇测冰帽海拔6530 m的18.7 m冰芯提供了近百年间的尘埃沉积记录.冰芯记录覆盖的90 a间尘埃表现出持续下降的总趋势,大体可以分为3个阶段,即1930年之前,1930-1960年和1960年之后,尘埃浓度的降低是量级上的.几个突出的尘埃阶段出现在1900年代早期、1910年代、1920年代后期和1940年代早期,它们分别以约2.5×10⁶、2.7×10⁶、2.5×10⁶和1.5×10⁶粒·mL^-1的高浓度为特征,而1970年代则表现出相对较低的浓度(5×10⁵粒·mL^-1).就年份来看,突出的高尘埃浓度出现于1906,1915,1919和1943年.根据微粒的粒径资料分析,局地输入的尘埃分量约占总值的17%,剔除后可以得到中、大尺度范围的大气尘埃沉积通量.根据后60 a资料建立的通量平均值为913μg·cm^-2·a^-1,大气尘埃随时间的每10 a下降速率为-124μg·cm^-2,它可反映塔克拉玛干沙漠南缘对流层中上部的大气尘埃通量半个多世纪以来的变化趋势.     

阿尔泰山蒙赫海尔汗冰川不同水体稳定同位素空间分布特征及水汽来源

通过对2010年6月下旬于阿尔泰山蒙赫海尔汗冰川北支采集的新降雪、再冻结冰、冰雪融水、河水及雪坑样品中δ¹⁸O和δD的测定以及过量氘的计算, 利用HYSPLIT气团轨迹模型, 对研究区降水中稳定同位素的空间分布特征及水汽来源进行了初步研究. 结果表明: 新雪、再冻结冰以及河水样品中δ¹⁸O的空间分布均呈现出显著的“反高度效应”特征, 这是降雪过程中不同海拔高度水汽来源的差异造成的; 不同水体样品中均有较高的过量氘, 说明内陆再循环水汽长期对研究区的降水产生显著影响. 进一步分析表明, 影响研究区降水的内陆再循环水汽主要来自于西西伯利亚平原湿地和沼泽的蒸散发.     

冰芯中不溶微粒的研究进展

冰芯中的微粒是反映大气粉尘的直接指标,其研究内容包括浓度、通量、粒径和矿物组成等在不同时期的变化特征以及其对全球气候的影响.简要地介绍大气粉尘对全球气候的影响,总结了近年来冰芯中的微粒研究以及用于解释末次冰盛期时高粉尘的几个气候模型的主要进展,着重讨论利用微粒的同位素特征来确定其来源以及利用微粒记录进行定年的方法与结果.     

Atmospheric trace metals and sulfate in the Greenland Ice Sheet

Chemical analyses of surface snow and dated deep ice core samples from central Greenland suggest that Zn, Pb and sulfate are presently being deposited there at two to three times the natural rates. No recent increases in Cd or V concentrations were observed. Pre-1900 ice shows no measurable effect of the activities of man and represents a good natural aerosol baseline. High enrichment factors relative to average crustal material were observed for Zn, Pb, Cd and sulfate in all samples indicating a natural source other than continental dust is responsible. A high temperature process or vapor phase origin for these enriched elements, possibly volcanism, seems likely.     

青藏高原大气降水和气溶胶化学特征研究进展

近10 a来青藏高原大气降水和气溶胶化学研究取得了显著进展,特别是结合冰川考察和冰芯研究工作,在高海拔冰川区获得了一批降水化学资料.回顾了早期青藏高原大气降水和气溶胶化学研究的背景,从高海拔冰川区降水化学的区域分布、季节变化、全球对比以及台站降水和气溶胶化学等方面综述了近年来该领域的研究成果,并对其研究前景进行了展望.     

基于冰芯记录与遥感数据的近期青藏高原粉尘变化研究

冰芯中的微粒记录是恢复过去大气粉尘变化的独特信息,选取青藏高原的西部(慕士塔格)、中部(唐古拉)、南部(珠穆朗玛峰、达索普和宁金岗桑)为研究地点,结合遥感数据(气溶胶指数)和冰芯记录(粉尘质量浓度与沉积通量)探讨过去几十年来青藏高原大气粉尘在时间上和空间上的变化.结果表明:青藏高原上气溶胶指数从北向南、从西向东减少,靠近塔克拉玛干沙漠的地区气溶胶指数数值最大,藏南地区最低,与西风环流在高原的传输路径和源区的地理分布一致.冰芯中粉尘质量浓度表现为:高原中部>高原西部>高原南部,而沉积通量表现为高原西部>高原中部>高原南部,与气溶胶指数相一致.通过冰芯中的粉尘沉积通量记录与气溶胶指数的相关分析,发现在年尺度上仅有唐古拉地区表现出较好的相关性,而在其他地区无明显相关关系.经过3点滑动平均后,高原各地的这种相关性均有所提高:慕士塔格地区相关系数为0.49(P=0.13);唐古拉地区的相关系数为0.87(P<0.001);宁金岗桑地区的相关系数为0.68(P=0.03).这种相关性为通过冰芯记录来反演更长时间尺度的青藏高原上气溶胶指数提供了基础.     

黄河源区阿尼玛卿山耶和龙冰川积雪中不溶微粒组成特征及环境意义

2005年9月下旬,在黄河源区阿尼玛卿山耶和龙冰川平衡线附近挖取了6个雪坑,固定层厚采集了89个雪冰样品,分析了样品的δ¹⁸O值及不溶微粒的浓度、粒径,研究了耶和龙冰川中不溶微粒的时空分布特征及环境意义。结果表明：雪冰样品中不溶微粒浓度平均值为1.1×10⁵个·mL^-1,PM₁₀占到总粒子的99%;以微粒数浓度为权重计算的平均粒径分布在1.1~1.8 μm之间,说明耶和龙冰川积雪中不溶微粒以细粒子为主;不溶微粒的粒度谱分布不符合正态分布规律,粒子浓度的众数出现在小粒径;微粒源区输入和大气环流强度是控制积雪中不溶微粒特征的主要因素。源区输入和风场强度均较大时,积雪中不溶微粒浓度及粒径均较大;源区输入较弱而风场强度较大时,积雪中微粒浓度有所增加,粒径增加更加显著。结合HYSPLIT-4模式研究发现,在耶和龙冰川积雪中不溶微粒的浓度及粒径随雪坑深度的变化可以反映气团强度的季节变化,夏季降水增加使微粒的季节变化更加显著。西风携带的塔克拉玛干沙漠和中亚干旱区尘埃是耶和龙冰川春、秋季节积雪中不溶微粒的重要来源。     

天山乌鲁木齐河源1号冰川雪坑中pH值和电导率的季节变化及淋溶过程

自2002年9月14日至2004年9月28日,在天山乌鲁木齐河源1号冰川积累区雪坑中连续观测取样,频率为1次/周。对表层雪样品和粒雪坑样品的pH值和电导率进行了分析。结果表明,表层雪的pH值和电导率具有明显的季节变化趋势,与本区域的主导山谷风风向NE和ENE密切相关。在春季,由于尘暴发生频率的增加,表层雪的pH值呈现较强碱性,电导率达到最大值;在冬季,由于原生气溶胶向次生气溶胶的转化,pH值呈现较弱碱性,电导率达到最小值。在后沉积过程中（2003年10月4日至2004年9月8日）,雪坑中不同时期的pH值和电导率呈现不同的季节变化特征和淋溶过程。电导率的峰值P1进入粒雪冰的时间比与它相对应的大粒径（直径>10 μm）微粒的浓度峰值提前40天左右;在有的雪坑中,pH值和电导率的峰值出现在污化层附近,与污化层的位置有较好的一致性,说明污化层对可溶性离子的淋溶作用可能有一定的影响。相关分析表明,Ca2+是影响表层雪中pH值和电导率变化的最主要离子。     

天山东部冰川雪坑离子浓度特征的对比研究——以奎屯河哈希勒根51号冰川和哈密庙尔沟平顶冰川为例

对2004年获取的天山奎屯河哈希勒根51号冰川1个雪坑和哈密庙尔沟平顶冰川4个雪坑的离子浓度特征进行了研究,结果表明:Ca2 、NO3-和SO24-是哈密庙尔沟平顶冰川雪坑雪层和积累区雪坑底部冰中的主要离子(尤其是Ca2 ),其雪层中的主要阳离子关系可在底部冰中得以较好的反映,但雪层中各离子浓度与海拔的相关性不明显,可能与海拔的跨度较小和挖取的雪坑较疏有关;雪坑底部冰中的离子浓度与海拔间明显的相关性说明淋融作用随着海拔升高、气温降低而逐渐减弱。SO24-和Ca2 是奎屯河哈希勒根51号冰川雪坑中的主要离子(尤其是SO42-),其雪坑离子化学特征与哈密庙尔沟平顶冰川差别较大,可能与哈密庙尔沟平顶冰川处于塔克拉玛干沙漠、古尔班通古特沙漠和鄯善沙漠的下风向相关,还可能与雪层内淋融作用的强弱和沉积通量的高程效应有关。哈密庙尔沟平顶冰川积累区雪坑中NH4 、NO3-和K 的Cs/Ci较Ca2 、Mg2 和Na 要大,奎屯河哈希勒根51号冰川Na 和NH4 的"雪冰比"较Cl-、SO42-、Mg2 和Ca2 要大,说明这两条冰川雪坑中的Ca2 和Mg2 信号较其它离子可能更易于在冰芯记录中保存下来,为冰芯研究和古气候记录的恢复提供了保障。     

西菲律宾海现代风尘物质组成特征及其物源指示意义

为识别西菲律宾海现代风尘物质的具体来源及其携带动力,本次研究于2015年冬季对西菲律宾海上空风尘进行了采集,并系统分析了碎屑态组分的矿物组成和常、微量元素组合特征.西菲律宾海现代风尘沉积物中碎屑矿物成分主要有石英、伊利石、斜长石和石膏等,矿物形态均呈次棱角状,具有明显的风成沉积特征.所研究样品的Al₂O₃-TiO₂投影主要与鄂尔多斯沙漠和巴丹吉林沙漠物质相似,而其微量元素Zr-Th-Sc组成则表现为鄂尔多斯沙漠和塔克拉玛干沙漠物质的两端元混合,说明鄂尔多斯沙漠是西菲律宾海现代风尘的主要源区,而塔克拉玛干沙漠和巴丹吉林沙漠的风尘输入对该区的影响较小.后向轨迹分析表明,西菲律宾海冬季的风尘携带动力主要是东亚冬季风.      

天山东部冰川雪坑离子浓度特征的对比研究

对2004年获取的天山奎屯河哈希勒根51号冰川1个雪坑和哈密庙尔沟平顶冰川4个雪坑的离子浓度特征进行了研究,结果表明：Ca²⁺、NO^-3和SO₄^2-是哈密庙尔沟平顶冰川雪坑雪层和积累区雪坑底部冰中的主要离子（尤其是Ca²⁺ ）,其雪层中的主要阳离子关系可在底部冰中得以较好的反映,但雪层中各离子浓度与海拔的相关性不明显,可能与海拔的跨度较小和挖取的雪坑较疏有关;雪坑底部冰中的离子浓度与海拔间明显的相关性说明淋融作用随着海拔升高、气温降低而逐渐减弱。SO₄^2-和Ca²⁺是奎屯河哈希勒根51号冰川雪坑中的主要离子（尤其是SO₄^2-）,其雪坑离子化学特征与哈密庙尔沟平顶冰川差别较大,可能与哈密庙尔沟平顶冰川处于塔克拉玛干沙漠、古尔班通古特沙漠和鄯善沙漠的下风向相关,还可能与雪层内淋融作用的强弱和沉积通量的高程效应有关。哈密庙尔沟平顶冰川积累区雪坑中NH₄⁺、NO₃^-和K⁺的Cs/Ci较Ca²⁺、Mg²⁺和Na⁺要大,奎屯河哈希勒根51号冰川Na⁺和NH4⁺的“雪冰比”较Cl-、SO₄^2-、Mg²⁺和Ca²⁺要大,说明这两条冰川雪坑中的Ca²⁺和Mg²⁺信号较其它离子可能更易于在冰芯记录中保存下来,为冰芯研究和古气候记录的恢复提供了保障。     

一种基于MODIS积雪产品的雪线高度提取方法

冰川雪线高度的遥感提取对冰川物质平衡研究具有重要意义。提出一种基于晴空环境下积雪覆盖频率的雪线高度提取方法。使用MOD10A1积雪产品中的像元积雪面积比例数据,提取了2000/2001-2014/2015年间高亚洲地区冰川消融期末雪线高度。使用实测的冰川年物质平衡资料和气象格网数据对提取的雪线高度变化的可信度进行分析。研究表明：近15 a高亚洲雪线高度变化及趋势具有明显的东西差异,雪线高度变化幅度自青藏高原内部地区向四周呈增加趋势,西部大于东部。提取的冰川雪线高度变化与观测的年物质平衡序列具有很高的相关性,对物质平衡波动的平均解释率可高达75%;与气象要素（气温、降水）的年际变化的相关性也较高,约61.58%的格网冰川雪线高度变化可以由夏季气温和季节降水解释。而高亚洲各分区冰川雪线高度的波动规律也与大气环流背景分布一致。因此提取的雪线高度变化具有冰川学意义,可以进一步应用于冰川物质平衡估算及模拟研究中。     

基于水化学特征的长江源区生态水文学研究进展

气候变暖背景下,冰雪、冻土剧烈消融引起的寒区径流成分改变对流域径流演变规律及水循环机制产生了深刻影响。对长江源区各水体水化学特征及其生态水文学研究进行归纳总结,主要进展包括：长江源区的大气降水的水汽来源主要受西风环流和季风环流的控制。冰雪融水的水化学特征受到消融强度、消融持续时间和新雪融水的影响,同时在冰雪融水、积雪以及冰川融水之间可能存在化学离子的交换。冻土层上水受到降水、冰雪融水、地下冰融水等的混合补给,造成水化学特征变化的随机波动。海拔在4 500 m的地区是冻土层上水水化学特征对研究区离子控制源较为敏感的区域。随着海拔高度的增加,降雨直接补给对河水中化学离子的稀释作用逐渐减弱,同时,海拔从4 500 m到5 000 m的降水对河水中离子浓度的稀释效果最大,而在海拔5 000 m以上河水主要受冰雪融水的补给,降水和消融期的变化对河水水化学的影响很小。研究结果为更系统地认知寒区下垫面变化所引起的水文效应提供科学依据,为流域水资源的合理开发利用提供决策依据。     

2001-2015年天山山区积雪时空变化及其与温度和降水的关系

采用2001-2015年MODIS积雪和陆表温度数据、中国高时空分辨率降水数据,基于趋势分析和相关分析方法,分析了天山山区积雪时空变化及其与温度和降水的关系。结果表明：（1）年内积雪面积变化受海拔影响,海拔≤4 000 m,呈单峰型分布,积雪面积冬季大,夏季小;海拔介于4 000~≤5 000 m,积雪面积分别在春季和秋季出现两次峰值;海拔>5 000 m,积雪面积变化与低海拔相反,在夏季达到最大,冬季最小。就年际变化而言,全区积雪面积呈略微减少趋势,其中秋季略微增加,春季变化不大,冬季和夏季明显减少。（2）积雪覆盖频率受水汽来向和地形影响,呈西高东低、北高南低分布格局,与海拔呈正相关。山区大部分区域积雪覆盖频率呈减少趋势,其中海拔介于3 600~≤4 600 m的积雪覆盖频率减少最为显著。（3）在春、夏季,温度是决定积雪面积变化的主要因素,与积雪面积呈负相关;在秋、冬季,降水对积雪面积变化的贡献大于温度,与积雪面积呈正相关。（4）积雪覆盖频率整体上与年均温度呈负相关,与降水呈低度正相关,相关程度及显著性水平在空间分布上存在差异,温度对积雪覆盖频率变化的贡献大于降水。     

Aeolian dust in the Talos Dome ice core (East Antarctica,Pacific/Ross Sea sector): Victoria Land versus remote sources over the last two climate cycles

A new ice core (TALDICE) drilled at Talos Dome (East Antarctica, Ross Sea sector) preserves a ca. 250 ka long record of palaeoclimate and atmospheric history. We investigate dust variability and provenance at the site during glacial periods and the Holocene through the Sr–Nd isotopic composition of ice core dust and potential source areas (PSA). We provide new isotopic data on dust sources from Victoria Land such as regoliths, glacial drifts, aeolian sands and beach deposits. Some of these sources are located at high altitude and are known to have been ice free throughout the Pleistocene. The major features of the TALDICE dust record are very similar to those from central East Antarctica. During glacial times, South America was the dominant dust supplier for Talos Dome as well as for the entire East Antarctic plateau. Conversely, during the Holocene the principal input of mineral dust at Talos Dome probably derives from proximal sources which are the ice‐free areas of northern Victoria Land, located at similar altitude with respect to the drilling site. Atmospheric mobilisation of dust from these neighbouring areas and transport inland to Talos Dome can be ultimately associated with advection of maritime air masses from the Pacific/Ross Sea region. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.     

An analysis on the dust aerosol climatology over the major dust sources in the northern hemisphere

The paper addresses influence of dust particles on the aerosol loading over the major deserts in the northern hemisphere. The role of dust aerosols in the total aerosol concentration and size distribution of the particles are analysed. It is observed that the aerosol loading is high in the northern hemisphere of which the deserts and adjoining areas in Asia and Africa play a leading role. Over the entire oceanic region, except some parts of the Atlantic Ocean near to the West coast of Africa and the Arabian Sea, aerosol loading is less. The Sahara Desert is the prominent source of dust aerosols throughout the year. The deserts of Asia are also prominent sources of dust aerosols on a global basis. Above 70% of the total aerosol optical depth (AOD) is contributed by the dust particles, reaching to around 90% during spring months March, April and May over the Sahara Desert, which is the major source of dust aerosols. Goddard Chemistry Aerosol Radiation and Transport model is used to estimate the dust aerosol concentration over the deserts of Asia and Africa. The model output almost agrees with the regions of dust loading obtained from the Envisat/SCIAMACHY. Hence, the model is reliable in estimating the dust aerosol loading over the major dust aerosol sources. The major portion of the total dust loading belongs to coarse mode particles.     

乌鲁木齐河源1号冰川气象要素与冰芯记录形成过程及其分辨率的关系研究

基于乌鲁木齐河源1号冰川4 130 m处的雪冰化学资料,探究了气温和降水与冰芯记录形成过程及其分辨率的关系,并通过建立温度参数的淋溶模型,探讨了夏季消融期雪坑离子浓度与正积温的关系。结果表明：乌鲁木齐河源1号冰川Mg²⁺离子以1年为分辨率形成冰芯记录,其浓度仅保存了初始值的30%。春季,化学离子浓度峰值受到离子来源和降水的影响而增大,这种增大趋势随着深度的增加明显弱化。淋溶模式显示,雪坑离子浓度是关于消融量与离子损失率的指数函数,随正积温的增大表现出指数衰减的规律。该模式基本能反映不同离子的淋溶过程。     

Geochemical, mineralogical and sedimentological studies on the Taklimakan Desert sands

Major-element composition, mineral composition and grain-size distribution have been studied for Quaternary aeolian sediments from the Taklimakan Desert, north-western China, together with the variation of chemical and mineralogical compositions of different grain-size fractions. Aeolian sediments from the Taklimakan Desert have higher ratios of feldspar/quartz and calcite/quartz, finer grain size, poorer roundness of quartz and feldspar grains and lower abundances of frosted quartz, than found in aeolian sediments from other deserts such as the Saudi Arabian Desert. In spite of these immature mineralogical and sedimentological features, the aeolian sediments from the Taklimakan Desert show low regional variations in major-element and mineral compositions and are homogenized. These observations confirm that two processes, glacial activity within surrounding mountains and aeolian activity at the Tarim Basin, are important in the homogenization of the Taklimakan Desert sands. Taklimakan Desert sediments are constantly and effectively supplied from basement rocks in the surrounding mountains by glacial erosion. The supplied sediments are further homogenized by aeolian activity in the desert and are partly blown away, serving as the source of Chinese aeolian loess. Compositional differences are observed between loess (mainly 10–40 μm particles) and the <45 μm fraction of the Taklimakan Desert sediments, as well as between loess and whole rock of the Taklimakan Desert sediments. These observations provide constraints for precise modelling of loess formation, and for assessment of the chemical composition of the upper continental crust based on the chemical composition of aeolian loess.     

末次间冰期以来源自中亚的粉尘记录的对比

中亚干旱区是全球重要的粉尘源区, 粉尘经过不同的大气环流系统的搬运和具体的沉积条件, 在其传输路径上沉积于不同的介质中, 如冰芯、黄土、湖泊和深海. 在前人所做工作的基础上, 以古里雅冰芯、宝鸡黄土剖面、琵琶湖风尘沉积、北太平洋风尘沉积和格陵兰冰芯等记录进行对比, 初步讨论近130 ka BP以来上述记录所反映的中亚粉尘的产生、搬运和沉积. 这些记录既表现出一致性, 也存在某些差异, 显示了搬运过程、沉积过程以及区域性因素对粉尘记录的影响.     

Dust fallout characteristics within global dust storm major trajectories

Satellite images from 2000 to 2010 were used to identify major dust trajectories within seven major deserts in the world. The fallen dust from these trajectories were collected and analyzed. The fallen dust rates tend to be lower downwind. The average samples of the world's fallen dust are negatively skewed trimodal with dominancy of silt size fractions (61 %). Most of the fallen dust within major dust trajectories is fining downwind. The fallen dust from the eastern zones (Taklimakan, Gobi, and Australian deserts) are characterized by higher percentages of feldspars and clay minerals, low carbonate content, and grain surface area in comparison to the Western zones (Sahara and Arabian deserts). The Western Sahara Desert dust is differentiated by the highest depositional rates and average quartz percentage (66 %). The dust samples in this zone contain low carbonates and grain surface area compared to dust from the Eastern Sahara Desert. The dust samples within Northern Arabia and Ethiopian-south Arabia zones show the highest average of carbonate amounts and grain surface area.