冰冻圈关键地区雪冰化学的时空分布及环境指示意义

采用雪冰常量化学元素示踪体系, 系统分析了冰冻圈关键地区的南极冰盖、北极格陵兰和北极中心地带、以及以青藏高原为中心的高亚洲地区现代降水(表层雪冰)化学的空间分布、季节变化特点. 研究表明, 两极和高亚洲地区雪冰化学反映了全球或局地大气环境本底:南极现代雪冰化学代表了南半球或全球本底, 北极格陵兰地区代表了北半球对流层中部本底, 青藏高原海拔5 000 m以上的高海拔地区雪冰化学则代表中纬度地区对流层中上部本底. 其中, 离子浓度在两极冰盖和喜马拉雅山高海拔地区接近, 而在青藏高原北部高海拔地区则高得多. 三个地区雪冰化学的季节分布特点是: 在南极冰盖, 海盐气溶胶的"丰"季形成雪层化学峰值, 在北极, 冬春季污染物(所谓"北极霾")和漂尘形成季节峰值, 在高亚洲, 主要是春季降尘形成明显污化层. 青藏高原上大风季节与干季重叠, 静风季节与湿季重叠, 决定了干湿沉积过程具有明显季节转换. 总之, 主要阴、阳离子在南、北极和高亚洲雪层中的时空分布揭示了大气气溶胶的源区和传输, 其形成过程与大尺度大气环流、季风和局地尘暴等事件密切相关.     

天山乌鲁木齐河源1号冰川大气气溶胶的微观形貌及元素组成分析

为研究冰川区大气气溶胶单颗粒物的物理化学特征,使用带能谱的扫描电镜(SEM-EDX)对2007年在天山乌鲁木齐河源1号冰川东支积累区海拔4 130m(86°49′E,43°06′N)处采集的38个气溶胶样品中的38 861个单颗粒物进行了微观形貌和元素组成的分析.结果表明:天山乌鲁木齐河源1号冰川区大气气溶胶主要以粒径在0.6～2.5μm之间的不规则的非圆形矿物颗粒为主,其中以富含Si、Ca的粘土矿物颗粒为主,与人类活动密切相关的含S颗粒物及烟尘飞灰等含量较少.这与其它沙尘源区的气溶胶特征相似,其中含Ca颗粒多于其它沙尘源区,主要受西风带的影响.气团轨迹显示,来自于西面中亚地区的高空气流影响了1号冰川区的大气环境,表明天山乌鲁木齐河源1号冰川区的气溶胶主要代表了中亚沙尘源区对流层中上部大气的本底状况.     

玉龙山白水1号冰川区大气降水—冰雪—水文系统内δ^18O研究的新结果

应用稳定同位素指示方法研究大气降水、冰雪和地表径流变化过程,是冰川学家、气候学家和水文学家共同感兴趣的课题之一［1～6］. 90年代开始,我国学者较详细地研究了青藏高原内陆大气降水中稳定同位素的分布和水文循环特征［7, 8］,认为水汽来源是影响青藏高原降水中δ18O值的重要因素. 在大陆气团的影响下,青藏高原降水中δ18O与温度变化同步,即所谓“温度效应”. 但在源于海洋的暖湿气流影响下,特别在季风气候区,降水中δ18O与降水量和温度存在着负相关关系,即所谓“降水量效应”. 在我国西部的广大冰川分布区,占总面积的22%为南亚季风控制的温冰川(即海洋型冰川),过去由于种种原因对季风温冰川区稳定同位素的研究报道较少. 为填补这方面的科学研究空白,我们曾于1999年6月赴欧亚大陆最南的温冰川分布区玉龙山,首次开展了本区的冰芯研究［9］. 在钻取冰芯的同时,还全面采集了冰川区不同水体, 即表面积雪、夏季降水、冰川融水和冰川补给径流的样品,进行了δ18O的测定［10］. 结果表明,雪线以上积雪中的δ18O值比雪线以下积雪内的δ18O值为高,低海拔冰川补给径流比高海拔冰川融水的δ18O浓度为低,夏季降雨中δ18O值最低. 这种分布特征说明本区局部大气环流状况随时间和高度而变化,存在着季风气候区所特有的“降水量效应”. 为进一步证实该结果,我们于2000年7月又在玉龙山进行了更为详细的工作：在白水1号冰川积累区海拔5 000 m, 4 900 m和4 700 m处开挖了3个深度分别为3.1 m, 2.6 m和2.0 m的雪坑,采样77个; 沿海拔5 000～4 500 m采集了18个表面积雪样品; 雪线以下采集了数十个冰川融水样品; 分不同高度和日期采集了数十个夏季雨水样品; 此外,还沿冰川融水补给为主的白水河分段采集了水样数十个. 所采样品在中国科学院寒区旱区环境与工程研究所冰芯与寒区环境开放研究实验室用Delta Plus气体稳定同位素比质谱仪进行了δ18O的测定(表1),现将初步成果进行报道.     

玉龙山白水1号冰川区大气降水-冰雪-水文系统内δ18O研究的新结果

应用稳定同位素指示方法研究大气降水、冰雪和地表径流变化过程,是冰川学家、气候学家和水文学家共同感兴趣的课题之一［1～6］. 90年代开始,我国学者较详细地研究了青藏高原内陆大气降水中稳定同位素的分布和水文循环特征［7, 8］,认为水汽来源是影响青藏高原降水中δ18O值的重要因素. 在大陆气团的影响下,青藏高原降水中δ18O与温度变化同步,即所谓“温度效应”. 但在源于海洋的暖湿气流影响下,特别在季风气候区,降水中δ18O与降水量和温度存在着负相关关系,即所谓“降水量效应”. 在我国西部的广大冰川分布区,占总面积的22%为南亚季风控制的温冰川(即海洋型冰川),过去由于种种原因对季风温冰川区稳定同位素的研究报道较少. 为填补这方面的科学研究空白,我们曾于1999年6月赴欧亚大陆最南的温冰川分布区玉龙山,首次开展了本区的冰芯研究［9］. 在钻取冰芯的同时,还全面采集了冰川区不同水体, 即表面积雪、夏季降水、冰川融水和冰川补给径流的样品,进行了δ18O的测定［10］. 结果表明,雪线以上积雪中的δ18O值比雪线以下积雪内的δ18O值为高,低海拔冰川补给径流比高海拔冰川融水的δ18O浓度为低,夏季降雨中δ18O值最低. 这种分布特征说明本区局部大气环流状况随时间和高度而变化,存在着季风气候区所特有的“降水量效应”. 为进一步证实该结果,我们于2000年7月又在玉龙山进行了更为详细的工作：在白水1号冰川积累区海拔5 000 m, 4 900 m和4 700 m处开挖了3个深度分别为3.1 m, 2.6 m和2.0 m的雪坑,采样77个; 沿海拔5 000～4 500 m采集了18个表面积雪样品; 雪线以下采集了数十个冰川融水样品; 分不同高度和日期采集了数十个夏季雨水样品; 此外,还沿冰川融水补给为主的白水河分段采集了水样数十个. 所采样品在中国科学院寒区旱区环境与工程研究所冰芯与寒区环境开放研究实验室用Delta Plus气体稳定同位素比质谱仪进行了δ18O的测定(表1),现将初步成果进行报道.     

青藏高原大气气溶胶研究进展

大气气溶胶是地球大气成分中含量很少的组分之一, 但其对气候环境以及人类健康有着极其重要的影响. 由于青藏高原地理单元的独立性和特殊性, 该地区气溶胶特征和行为的研究引起越来越多的关注.回顾了青藏高原大气气溶胶研究的历史和分析监测方法, 从气溶胶的基本特性、 气候效应、 环境效应三个方面综述了20世纪90年代以来青藏高原大气气溶胶研究的成果, 并对该地区研究的前景有所展望.     

青藏高原典型冰川和湖泊变化遥感研究

青藏高原冰川和湖泊变化是气候变化敏感的指示器,利用地形图、航空照片、TM卫星遥感资料和其它相关研究文献资料,分析了青藏高原典型地区的冰川和湖泊变化情况.结果表明:1960-2000年期间,在气温上升、降水增加、最大可能蒸散降低的背景下,研究区内不同地区湖泊的面积变化存在比较大的空间差异.以冰川融水为主要补给的纳木错和色林错地区的主要湖泊以扩大为主,而以降水为主要补给的黄河源地区的主要湖泊则基本上全面萎缩.研究区的冰川在1960-2000年期间以退缩为主,但各地退缩的幅度有较大的差异.     

冰川区不同气温估算方法评估 ——以藏东南帕隆4号冰川为例

冰川作为地表特殊的下垫面,冰川区内气温明显低于同高度非冰川区大气温度。如何利用低海拔非冰川区观测资料精确估算高海拔冰川区气温,直接关系着青藏高原冰川消融估算及其水文效应的评估。利用架设在藏东南帕隆藏布4号冰川不同高度带的四台自动气象站资料,分析了冰川区与非冰川区气温的波动特征,评估了迄今为止通用的线性递推模型（DT模型）、分段拟合模型（SM模型）和简化热力学模型（GB模型）三种方法在藏东南冰川区气温估算方面的应用效果。对比研究发现：SM模型在帕隆4号冰川上的模拟效果最为理想且操作相对简单;传统DT模型在消融区存在严重的高估,帕隆4号冰川表面夏季（6-8月）正积温的高估比例接近39%;GB模型由于受到诸如冰川风边界层厚度等不确定性的影响,降低了大范围温度估算的可操作性。     

南亚污染物排放显著影响青藏高原二次有机气溶胶组成

<正>二次有机气溶胶(SOA)影响辐射平衡,对全球气候变化有直接和间接影响。高海拔地区是全球受气候变化最敏感的区域,也是研究全球本底区SOA形成机制的天然实验场。当前对于高海拔地区SOA来源以及生成机制缺乏深入认识,无法准确评估SOA对全球气候的影响。有机地球化学国家重点实验室王新明研究组的丁翔博士与青藏高原研究所的研究团队合作,通过在青藏高原中部的纳木错站(海拔     

长江源区冰川对气候变化的响应

长江源区是青藏高原冰川分布集中的地区之一,冰川总面积达1276.02km².研究表明,该区属于青藏高原升温幅度最大的地区之一,到2050年气温将比1961—1990年平均气温高出2.3~2.7℃,降水增加1%~33%.基于冰川编目资料,采用有关对长江源区未来50a内的气温和降水预测数据,应用冰川系统对气候响应的模型,对该区未来50a内冰川变化趋势进行预测.结果表明:到2010年、2030年、2050年该区冰川面积平均将减少3.2%、6.9%和11.6%;冰川径流平均将增加20.4%、26%和28.5%;零平衡线上升值为14m、30m和50m左右.最后,针对气候变化的不确定性,对预测结果的不确定性进行了探讨.     

我国高山冰川的雪冰化学研究

冰川化学又称雪冰化学,主要研究降落在冰川积累区的大气固态降水。广义的冰川化学研究,包括海冰、河冰、积雪、冻土地下埋藏冰等。冰或雪不是绝对纯净的物质,在其晶粒间含有各种不同的化学物质,研究冰川冰雪中化学元素和氢氧同位素含量、分布规律及特征,又可提供环境污染信息及冰川形成时的某些气候特征。我国的高山冰川化学,有些单位在60年代开展过一些研究,但仅限于喜马拉雅山脉的希夏邦马峰(章申等,1982)和珠穆朗玛峰两地区的冰川(章申,1979;章申等,1973,1975,1980),分析误差较大。1979年随着野外高山冰川考察事业迅速开展,冰川化学研究在阿尔泰山喀纳斯冰川(王平等,1982,1983;王平,1983)、天山托木尔峰西琼台兰冰     

青藏高原及其毗邻地区降水中稳定同位素成分的经向变化

分析了从南亚经青藏高原到毗邻的我国西北地区一个经向剖面上降水中稳定同位素成分的时空分布以及与温度、降水量、水汽来源的关系.在青藏高原南部和南亚,温度效应均不存在.在所统计的站点中,大约一半的取样站具有降水量效应,但降水中稳定同位素比率的季节变化并不与降水量强度的变化相一致.在季节变化中,δ¹⁸O的最大值往往出现在雨季到来之前的春季,最小值则出现在雨季后期或雨季结束的秋季.在青藏高原中、北部和毗邻的我国西北地区,各取样站均具有显著的温度效应,且降水中δ¹⁸O的季节变化与温度的季节变化几乎一致.说明在这些地区,温度是制约降水中稳定同位素变化的主要影响因子.由于来自源区水汽的直接凝结,南亚地区降水中平均稳定同位素成分相对较重.稳定同位素比率的季节差异较小;从青藏高原南坡的坚景到唐古拉山,由于翻越喜马拉雅山时水汽受强烈的洗涤作用,降水中稳定同位素比率急剧减小,达经向分布中δ¹⁸O的最低值段;从31°N到青藏高原北部,降水中稳定同位素比率随纬度而增大,并最终过渡到与我国西北地区降水中稳定同位素比率的变化型相类似.     

青藏高原中东部积雪深度时空变化特征及其成因分析

基于逐日积雪深度（雪深）、逐月气温和逐月降水量地面观测资料,利用数理统计方法分析了青藏高原中东部地区1961-2014年雪深时空变化特征及其成因,结果表明：青藏高原雪深空间分布不均,存在喜马拉雅山脉南坡（高原西南部）、念青唐古拉山-唐古拉山-巴颜喀拉山-阿尼玛卿山（高原中部）和祁连山脉（高原东北部）三处雪深高值区,冬季最大,其次是春秋季,夏季仅在纬度或海拔较高处才有雪深记录;从长期来看雪深以减少为主,尤其是夏秋季。在青藏高原普遍"增温增湿"背景下,雪深表现为先增后减的变化特征;雪深随海拔升高而增加,但最大雪深并非出现在最高海拔处;在不同季节雪深的气象要素成因上,冬季由降水主导,其余季节由气温主导。1961-1998年冬春季雪深增加与降水增多有关,而1998-2014年气温的上升以及降水的减少共同导致了雪深的减少,夏秋季雪深持续减少与同期气温持续升高有关。     

青藏高原近地层及北侧气压系统的季节性振荡变化

基于ERA-Interim逐日4次600 hPa位势高度再分析资料, 以及青藏高原和周边地区75个气象站日平均温度、降水和相对湿度资料, 对高原近地层及北侧气压系统的季节性振荡变化进行了分析. 结果表明: 高原近地层及北侧气压系统强度在围绕中心点顺时针运动时不断加强, 逆时针运动时不断减弱. 两气压系统呈明显的跷跷板式变化, 在600 hPa上表现为高度场空间结构沿经向上的调整; 低高压差负值的开始和结束时间与高原季风起讫时间吻合. 高原夏季降水的起讫不仅与高原及北侧气压系统结构密切相关, 而且与高原东南或南部水汽输送条件息息相关.     

TRMM降水资料在青藏高原的适用性分析

利用32个观测台站降水资料,在江河源区以均方根误差(Nrmse)、相对误差(BIAS)和相关系数等指标对TRMM降水数据精度进行了评估。结果表明,TRMM降水数据有较好的适用性,与观测数据相比误差在偏负10%以内,在月时间尺度上两者相关系数达到0.9以上。把TRMM数据应用到整个青藏高原,给出了整个高原1998～2009年降水的年均、季均、月均空间分布。降水从东南向西北逐渐递减,东南部年降水量达到1000mm/a,而西北部仅为200mm/a左右,特别是北缘低于100mm/a;降水主要集中在5～9月,冬季降水很少。     

1961-2010年青藏高原降水时空变化特征分析

利用青藏高原69个气象台站的降水量资料,采用旋转经验正交函数分析（REOF）、线性趋势分析和累积距平法,系统地研究了1961-2010年青藏高原降水的时空变化规律,揭示了青藏高原不同区域降水变化的差异性.研究表明：近50 a来青藏高原降水量总体呈现增加趋势,增长率为6.7 mm·（10a）^-1;青藏高原降水季节分配极不均匀,雨季和旱季非常明显,雨季降水占有主导作用;青藏高原降水由东南向西北递减,而且年际变化具有一定的多元化特征;青藏高原降水量变化空间分布差异显著,采用REOF法将整个高原划分为10个小区,每个小区降水变化都具有不同的特征,除了青海东北部区和青海东南部-川北区降水呈减少趋势外,其他8个小区降水均呈增加趋势.     

1980-2012年青藏高原土壤湿度时空演变特征

基于美国气候预测中心（CPC）土壤湿度资料和80个青藏高原气象观测站的降水、气温资料,对青藏高原土壤湿度时空演变、突变,及土壤湿度与降水、气温的关系进行了分析.结果表明：青藏高原土壤湿度呈自东南向西北递减的分布特征,土壤湿度与降水量在空间上有很好的对应关系,在时间上存在2~4个月的时滞相关.1980-2012年高原土壤湿度呈显著增多趋势,土壤湿度变化发生突变的年份为2003年.在土壤湿度变化过程中,降水和气温的作用明显,5-10月降水量和1-6月气温是影响高原土壤湿度变化的主要因素.5-10月降水量决定了多水期的土壤湿度,而多水期土壤湿度和1-6月气温共同决定了少水期的土壤湿度.     

2000-2005年青藏高原积雪时空变化分析

利用MODIS卫星反演的积雪资料以及同期气象资料,分析了2000-2005年青藏高原积雪分布特征、年际变化及其与同期气温和降水的关系,结果表明:青藏高原积雪分布极不均匀,四周山区多雪,腹地少雪;高原积雪期主要集中在10月到翌年5月;2000-2005年高原积雪年际变化差异较大,积雪面积总体上呈现冬春季减少、夏秋季增加的趋势;气温和降水是影响高原积雪变化的基本因子.冬季,高原积雪面积变化对降水更为敏感;春季,气温是影响高原积雪面积变化更主要的因素.     

青藏高原海拔要素对温度、降水和气候型分布格局的影响

青藏高原平均海拔4 000~5 000 m,由于特殊的地理条件,生态环境较为脆弱,对气候变化非常敏感,并对周围乃至全球的气候产生重要影响。使用1961-2010年青藏高原温度、降水0.5°×0.5°格点数据,以及由GTOPO30数据（分辨率为0.05°×0.05°）经过重采样生成的陆地0.5°×0.5°的数字高程模型DEM,分析了青藏高原温度、降水受海拔要素的影响,并通过青藏高原区域79个气象站的数据进行验证,进而使用柯本气候分类和中国自然地理区划两种方法对青藏高原气候进行划分,探讨青藏高原各分区海拔要素对温度、降水的影响差异以及出现差异的原因。研究表明：青藏高原及其各分区的气温垂直递减率不同,是由于地形起伏不同造成的青藏高原热源效用不同;降水与海拔的关系不同,是由于各区域受控于不同的气候系统,造成干湿度的不同,因而最大降水高度带不同。     

近40a来江河源区生态环境变化的气候特征分析

利用月气象资料,对过去40a江河源气候变化特征进行分析,并与全球、全国、青藏高原进行了比较.结果表明:江河源区气温具有增暖趋势,近40a两地年平均气温分别增加约0.8℃和0.7℃,为高原异常变暖区.黄河源区变暖的主要特征是最低气温变暖,日照时数增加;最低、最高气温的显著变暖,以及较黄河源区增加更长的日照时数是长江源区变暖的主要特征.长江源区冬季变暖的作用不是主要的,春季、夏季和秋季的变暖作用比冬季还要大;黄河源区的变暖也并不主要是冬季变暖造成的,秋季变暖的作用与其相当,其它季节的变暖作用也不能忽视.近40a来江河源区降水量略有增加,主要体现在20世纪80年代中后期以来春季与冬季降水量的明显增加,夏季降水量虽然总体上没有明显变化,且局地夏季降水量呈持续减少趋势.与全球、全国以及高原区对比显示,江河源区对全球气候变暖的响应最敏感,变暖首先从长江源和整个高原发端,之后15a.黄河源和全国才进入显著温暖期.黄河源与长江源北部降水量的增加表明,气候变暖有利于高原增加降水量.