玉龙雪山地区大气降水与雪冰中溶解性有机碳的时空特征研究

发布时间：2020-06-21 18:04

【摘要】：可溶性有机碳(DOC)是大气气溶胶的重要组成部分,并在全球碳循环中产生重要作用。大气中的DOC不仅可以影响云的反照率,增加云凝结核的浓度,还能对降水的PH值、能见度和光化学过程产生影响。降水对大气中DOC的冲刷是一种重要的湿沉降,研究大气降水中DOC的含量及来源是了解大气DOC的重要途径。DOC具有强烈的吸光性,雪冰中DOC等污染物的富集可以降低表层雪冰的反照率从而加速冰川的消融,研究冰川雪冰中DOC的分布特征对于研究冰川变化具有重要作用。玉龙雪山地区地处青藏高原东南部,横断山南部,地理位置特殊,为夏季西南季风与东南季风的交汇地带,气候条件复杂多变。分布于该地区的冰川及大气降水对气候环境变化有敏感响应,研究该区域的DOC沉降具有较高的科学价值和现实意义。本研究于2014年季风期(6-9月)进行,选取丽江市、甘海子盆地、索道上部站、龙蟠乡与大具乡等五个研究点,共采集降水样品129个;选取玉龙雪山白水河冰川,采集雪冰包括表层冰、冰融水、表层雪、雪融水、冰湖及雪坑等样品共77个,以此来研究丽江玉龙雪山地区降水与白水河冰川中可溶性有机碳(DOC)的分布变化特征。研究中分析了降水中DOC含量的时空变化特征,结合主成分分析及后向轨迹方法进行降水中DOC来源解析,并计算其沉降通量。同时,针对不同类型雪冰DOC含量比较分析,探究DOC在雪坑中的垂直分布及在表层冰中的海拔分布,进而来探讨DOC、降水及冰川的相互影响,以此来评估丽江玉龙雪山地区降水与雪冰中可溶性有机碳的变化特征。其研究结果如下:(1)空间尺度上,降水中DOC的含量在龙蟠乡达到最大值,其次为索道上部站和大具乡,甘海子和丽江市的含量较小。龙蟠乡降水中DOC含量最高与该地区特殊的峡谷地形、高负荷的交通运输及频繁的农业活动有关,而较大的山谷风是索道上部站的降水DOC浓度高的主要因素。相对干热的气候与频繁的农业活动导致了大具乡地区降水DOC含量偏高。(2)时间尺度上,针对龙蟠地区DOC变化的时间序列分析,DOC浓度的变化范围为0.53-1.29mg L~(-1),并随时间逐渐减小,这与DOC自身的光化学特征和雨水的冲刷作用有关。针对五个研究区降水中的DOC及化学离子(Na~+,NH_4~+,K~+,Cl~-,Ca~(2+),Mg~(2+),SO_4~(2-)和NO_3~-)研究,基于主成分分析(PCA)结果表明,DOC与SO_4~(2-),NO_3~-具有相似的来源,为人类活动(农业与旅游业)所导致的;基于时间推移的后向轨迹分析,定量的说明了玉龙雪山地区气团主要来源于四个方向,其中西南方向(46%)为玉龙雪山地区的气团远距离传输的主要来源,该类气团降水中DOC含量达到1.25±0.56 mg C/L。同时,将单次降水的沉降通量进行累加,估算了玉龙雪山地区的降水DOC沉降通量为1.99 g C m~(-2) year~(-1)。(3)针对七种类型雪冰中DOC含量的分布进行分析,新降雪中DOC的含量最大,其次为冰湖,表层雪、雪融水和表层冰的含量相对较接近,最小值出现在雪坑和冰融水中。降雪对大气中污染物的聚集作用致使新降雪的DOC含量达到最高,且冰川的快速消融及DOC的光化学性质使得雪中的含量明显高于冰中的含量。在垂直变化上,雪坑中DOC的深度变化情况基本与离子的深度变化一致,含量相对较高的深度为雪坑内的污化层。基于主成分分析的结果表明,雪冰中DOC的主要来源为人类活动所造成的污染。在海拔高度上,表层冰中DOC空间趋势在4650-4675米含量达到最高,这与坡度坡向、冰川消融状况有一定的关系。(4)降水与冰川的相互作用主要体现为:冰川所形成的冷岛效应可以形成局地小气候,促进冰川区降水的形成;而消融期的液态降水能够向冰川传递热量(1.45 W/m~2)可以加速冰川的消融。DOC的强烈吸光性能够增加冰川对太阳辐射的吸收,从而加速冰川消融。同时,本研究填补了玉龙雪山地区大气降水DOC的研究空白,进一步完善了研究区内大气沉降和对冰川消融影响的研究,为进一步研究区域性人类活动与环境变化情况提供依据。
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P343.6
【图文】：

分布图,采样点,分布图

研究区域及采样点分布图

分布图,河冰,白水,采样点

982年至2016年白水河冰川末端退缩图（据朱国才，1982年拍摄）

【参考文献】