东天山庙儿沟冰芯不溶微粒气候记录研究

发布时间：2020-09-28 07:10

　　中亚的干旱半干旱区是进行全球传输和沉降的沙尘的主要来源。来自中亚地区的沙尘不仅可以通过吸收和散射太阳辐射、促进卷云形成改变全球辐射对流平衡,而且可通过向外海提供营养物质影响海洋生态系统。此外,沉积在中亚附近冰川上的沙尘可以改变冰川表面的反照率并进而影响冰川的物质平衡。因此了解中亚沙尘源区大气沙尘浓度的时空变化及其潜在的驱动因子十分重要。但是,由于中亚地区面积广阔,气候环境状况较为恶劣,气象台站稀少,利用传统的气象站沙尘暴事件记录较难有效低对中亚地区沙尘气溶胶的变化及其与气候变化的关系进行研究。幸运的是,中亚地区孕育了大量的现代冰川,钻取于这些冰川的冰芯是研究高分辨率、长时间尺度气候和环境变化的良好载体。天山山脉位于中亚地区北部,被大量的沙尘源区包围。其南部为塔克拉玛干沙漠(世界第二大流动沙漠),东部为蒙古戈壁和蒙古高原,西北部为古尔班通古特沙漠,西部为萨雷-伊斯科特劳沙漠。因此天山地区是通过冰芯记录研究中亚干旱半干旱区大气沙尘浓度的理想区域。尽管天山地区的冰芯研究已取得了一系列成果,但目前还缺乏高分辨率、长时间序列的记录。本文利用2005年钻取于东天山的庙儿沟透底冰芯,重建了中亚干旱半干旱区过去200年大气沙尘浓度变化的历史;分析了庙儿沟冰芯中不溶微粒的来源及其环境指示意义;探讨了大气沙尘浓度变化于区域气候因子、大气环流、全球变暖以及北大西洋涛动之间的关系。本文的主要研究结果如下:(1)庙儿沟冰芯中不溶微粒质量浓度存在显著的季节变化,冬春季表现为高值,夏季表现为低值。庙儿沟冰芯不溶微粒沉积通量的变化范围为9.12～1581.91μgcm-2a-1,平均值为267.20μgcm-2a-1,中位值为199.24μgcm-2a-1,整体上低于帕米尔高原西部(如慕士塔格冰川),而高于青藏高原中南部(如珠峰东绒布冰川)。(2)庙儿沟冰芯不溶微粒沉积通量存在两个相对高值期(1830～1862年与1941～1978年)和三个相对低值期(1810～1829年,1863～1940年与1979～2004年)。1810～1978年不溶微粒体积众数粒径变化范围为2.6～9.6μm,平均值为4.7μm。该值低于帕米尔高原的慕士塔格冰芯以及祁连山老虎沟冰芯,但略高于青藏高原中部和南部的冰芯(如藏色岗日冰芯和珠峰东绒布冰芯)。1979-2004年不溶微粒体积众数粒径的平均值升高到为7.9 μm。表明,1810-1978年沉积在庙儿沟冰芯中的微粒的传输距离较远,1979～2004年来自局地的沙尘明显增加。(3)气团后向轨迹结果显示庙儿沟冰芯中的不溶微粒主要来自塔克拉玛干沙漠。对比庙儿沟冰芯不溶微粒沉积通量与中国西北部沙尘暴频率数据,确定庙儿沟冰芯不溶微粒沉积通量可作为塔克拉玛干沙漠大气沙尘载荷的代用指标。(4)探讨了庙儿沟冰芯不溶微粒沉积通量与区域气候因子的关系。庙儿沟中不溶微粒沉积通量与中国西北部地区春季近地面风速呈正相关关系,与前一年降水量、春季土壤湿度、春季帕默尔干旱强度指数呈负相关关系,与近地面气温的关系不显著。(5)探讨了庙儿沟冰芯不溶微粒沉积通量与区域尺度大气环流之间的关系。庙儿沟冰芯不溶微粒沉积通量与春季蒙古国西部地区500hPa位势高度存在显著的负相关关系。当春季蒙古国西部地区500hPa位势高度增强时,从高纬度地区进入塔里木盆地的冷气流活动减弱,塔里木盆地内沙尘暴活动随之减弱,因而最终传输到庙儿沟冰川的沙尘量减少,反之亦然。20世纪70年代中期以来,庙儿沟冰芯不溶微粒沉积通量的下降与春季蒙古以北的西伯利亚地区异常升温有关变化有关。西伯利亚地区温度的异常升高使中国北方与西伯利亚地区近地面气温梯度减小,并进而导致中对流层气压梯度减小,中纬西风强度减弱,塔里木盆地内沙尘释放量减少。(6)分析了过去200年庙儿沟冰芯不溶微粒沉积通量与前一年冬季北大西洋涛动(NorthAtlanticOscillation,NAO)指数之间的关系。初步探讨了 NAO影响庙儿沟冰芯沙尘沉积通量的机制。
【学位单位】：南京大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：P532
【部分图文】：

分布图,沙尘源,全球大气,分布图

图１．１全球大气沙尘源区的分布图逦１逡逑图１．２气溶胶影响云和降水的机制逦３逡逑图Ｌ３利用ＨＹＳＰＬＩＴ模型计算的２００８年２月１４、１５邋（ａ）日和２

模型计算,沙尘

发育的主要营养元素（Ｖｉｔｏｕｓｅｋ，邋１９８４；邋Ｍｅｒｃａｄｏ邋ｅｔａｌ．，２０１１）。然而，该区９０％的逡逑土壤缺乏磷元素（Ｓａｎｃｈｅｚｅｔａｌ．，邋１９８２）。已有研究表明亚马逊平原的长期生产力逡逑高度依赖外部沙尘的输入（0ｋｉｎｅｔａｌ．，２００４；Ｂｒｉｓｔｏｗｅｔａｌ．，２０１０）（图１．３）。近期逡逑的研究显示撒哈拉沙漠的沙尘每年为亚马逊热带雨林提供了约２２０００吨磷（８６！！－逡逑Ａｍｉｅｔａｌ．，２０１０；Ｙｕｅｔａｌ．，２０１５）。可以说，是撒哈拉沙漠的沙尘撑起了“地球之肺”。逡逑此外，Ｓｏｄｅｒｂｅｒｇ邋ａｎｄ邋Ｃｏｍｐｔｏｎ邋（２００７）认为大气沙尘沉积也是南非好望角地区高逡逑山硬叶灌木生态系统中Ａｌ、Ｓｉ、Ｃａ和Ｐ元素的重要来源。逡逑副极地北太平洋、赤道太平洋和南大洋是世界三大“高营养盐－低叶绿素”海逡逑区（Ｈｉｇｈ－ｎｕｔｒｉｅｎｔ，邋ｌｏｗ－ｃｈｌｏｒｏｐｈｙｌｌ邋ｒｅｇｉｏｎｓ，ＨＮＬＣ）。这些海区对沙尘携带的铁元逡逑素特别敏感（Ｄｕｃｅ邋ｅｔ邋ａｌ．，邋１９８０；邋Ｍａｒｔｉｎ邋ｅｔ邋ａｌ．，邋１９９０；邋Ｒｉｄｇｗｅｌｌ，邋２００２）。己有研究显示逡逑沙尘输入可能引起这些海区生物生产力的增加，从而影响全球碳循环，并进而对逡逑全球气候产生影响（Ｓｅｍｏｅｔａｌ．，２０１４；邋Ｔａｇｌｉａｂｕｅｅｔａｌ．，２０１７；邋Ｕｎｏｅｔａｌ．，２００９）。Ｈａｎ逡逑ｅｔａｌ．邋（２０１１）利用模型研宄了亚洲沙尘暴、生物活性Ｆｅ与海洋生物生产力之间逡逑的关系，结果表明亚洲沙尘暴为北太平洋提供了大量的生物活性元素Ｆｅ，且大逡逑气沙尘－可溶性Ｆｅ－生物生产力之间存在正反馈连锁效应。最近

中亚,位置图

中亚千旱半干旱区包括蒙古国，中国西藏自治区、新疆维吾尔自治区、内蒙古自逡逑治区西部、青海省、甘肃省西部，伊朗东北部的古利斯坦省、北霍拉桑省，阿富逡逑汗、巴基斯坦的开伯尔－普赫图赫瓦省和旁遮普省、巴控克什米尔，印度的旁遮普逡逑邦、拉达克地区、印控克什米尔，俄罗斯中东部南方有加泰林分布的区域，以及逡逑哈萨克斯坦、吉尔吉斯斯坦、塔吉克斯坦、土库曼斯坦、乌兹别克斯坦（图１．５）。逡逑中亚有许多世界级的高大山脉，如喜马拉雅山、昆仑山、喀喇昆仑山、天山、逡逑祁连山、阿尔泰山、兴都库什山，有许多世界级的大沙漠，如世界第二大流动沙逡逑漠——塔克拉玛干沙漠、戈壁沙漠、卡拉库姆沙漠、克孜勒库姆沙漠、古尔班通逡逑古特沙漠、印度西北部的塔尔沙漠，有被称为“世界屋脊”、“第三极”的青藏高原逡逑和帕米尔高原。中亚地区是仅次于两极地区的冰川聚集地，这些冰川储存了大量逡逑的水资源，是黄河、长江、澜沧江－湄公河、萨尔温江、印度河、雅鲁藏布江－布逡逑拉马普特拉河、恒河、塔里木河、额尔齐斯河、伊犁河、锡尔河、阿姆河等河流逡逑的重要水源补给，养育着世界６０％的人口。逡逑

【参考文献】