念青唐古拉峰地区冰川反照率变化及影响因素分析

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冰川表面反照率的变化对冰川的消融影响巨大。而大气气溶胶中的吸光性成分(主要是黑碳和粉尘)是影响冰川反照率的重要因子。黑碳(Black Carbon,BC)、粉尘(或不溶微粒)等通过干、湿沉降进入地表雪冰后,会降低其表面反照率,增加其对太阳辐射的吸收,从而加速雪冰的消融。青藏高原毗邻中亚干旱半干旱区和南亚污染物大量排放区,因而受到周边地区大气传输的BC和粉尘的影响。念青唐古拉峰地区位于青藏高原中南部,是青藏高原重要的冰川发育区。本研究利用遥感数据对念青唐古拉峰冰川区近10年来反照率的变化进行了分析,同时对该地区的扎当冰川夏季表面反照率以及雪冰中BC、粉尘浓度开展了实地观测,探讨了BC、粉尘对冰川反照率的影响,结合SNICAR模型,定量分析了BC和粉尘对冰川反照率变化的贡献率。  本研究利用MODIS/MOD10A1积雪反照率产品对念青唐古拉峰冰川区2001-2010年间反照率的变化情况进行分析,发现冰川区平均反照率虽有波动但整体呈现下降的趋势,2003年平均反照率达到0.638,为10年最高,2010年反照率达到0.557,为10年最低。同时,在季节上,念青唐古拉峰冰川区平均反照率由大到小依次为春季>秋季>冬季>夏季,四个季节的均呈下降趋势,但夏季反照率下降速率最大,是该地区年平均反照率降低的主要贡献者。念青唐古拉峰冰川区反照率分布与海拔具有一定的相关性,即以海拔最高的念青唐古拉峰(或山脊线)为中心,向海拔较低的周边冰川区伸展,其反照率逐步降低。  扎当冰川的反照率在2001-2010年10年间整体也呈现下降趋势,平均每年降低大约0.0010,其中夏季反照率下降速率最大,并远大于秋季和冬季。2006-2010年扎当冰川年平均反照率与冰川年物质平衡密切相关:反照率越低,对应的冰川物质负平衡越大,表明冰川反照率是指示冰川物质平衡变化的一个很好的指标。  为探讨冰川在不同情况下其表面反照率与BC、粉尘的关系,于2012年07月和08月在扎当冰川开展了两次实地观测和样品采集,获取了该冰川三种不同形态下表面反照率和雪冰中BC、粉尘含量数据,实地观测结果表明:7月扎当冰川采样期间,该冰川融化剧烈,上游下游分别处于两种不同融化状态:整个冰川下游附加冰带基本无积雪覆盖,上游至垭口部分被老雪覆盖,其表层雪/冰中的BC和粉尘的平均浓度含量为257.7 ppbm和624.0 ppmm,而8月采样期间,扎当冰川基本为新雪覆盖,表层雪中BC和粉尘的平均浓度为52.0 ppbm和6.4 ppmm。由于7月采样期间冰川处于强烈消融的状态,导致表层雪冰中BC和粉尘浓度远高于8月的值。扎当冰川BC和粉尘浓度随海拔升高逐渐减小,而反照率则逐渐增大,表明在扎当冰川处于强烈消融状态时,BC和粉尘对反照率影响较大;通过SNICAR模型对影响扎当冰川反照率降低因素的敏感性分析表明,当扎当冰川表面分别为附加冰(污化层)和老雪覆盖时,粉尘为冰川附加冰带区和冰川上游的积雪区反照率降低的贡献率分别可以达到70.7%和50%,而BC的贡献率为9.5%和35%,表明在冰川剧烈消融的状态下,粉尘是降低扎当冰川反照率最重要的因素,在加速冰川融化的过程中起到了主导作用。而当扎当冰川表面基本为新雪覆盖时,模拟结果表明,BC为扎当冰川表面积雪反照率降低的贡献率为47.7%,粉尘为其反照率降低的贡献率为13.6%,其他因素(积雪粒径、含水量的变化)的贡献率为38.7%,表明在冰川被新雪覆盖的情况下,BC是导致其反照率降低的主要原因。
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