不同吸光物質(zhì)影響積雪反照率 或進(jìn)一步影響氣候變化

近日，中國(guó)科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院遙感與地理信息科學(xué)研究室研究員郝曉華團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，積雪中不同類(lèi)型、不同含量的吸光物質(zhì)對(duì)積雪的光譜特征具有重要影響，特別是對(duì)積雪的反照率影響較大，進(jìn)而影響地氣能量平衡，間接導(dǎo)致氣候變化。相關(guān)成果發(fā)表于《環(huán)境科學(xué)與技術(shù)》。

 

積雪中不同吸光物質(zhì)有何影響

 

積雪是北半球地區(qū)重要的水資源，也是全球氣候變化的關(guān)鍵指標(biāo)之一。然而，積雪中的污染物對(duì)其光譜特征的影響一直是科學(xué)界關(guān)注的焦點(diǎn)，主要包括黑碳，沙塵和灰分三種。其中，積雪中吸光物質(zhì)黑碳主要來(lái)自于工業(yè)排放、汽車(chē)尾氣和生物質(zhì)的不完全燃燒，沙塵主要來(lái)自于全球或區(qū)域尺度的粉塵運(yùn)移-沙塵暴，灰分主要源自于是工業(yè)生產(chǎn)排放或火山爆發(fā)事件。

 

“上述各種類(lèi)型的氣溶膠，在干沉降和濕沉降機(jī)制的作用下，沉降到積雪表面或是進(jìn)入到積雪內(nèi)部，這些吸光物質(zhì)會(huì)極大改變積雪的反射特性，加速積雪消融，改變區(qū)域輻射能量平衡，具有誘發(fā)環(huán)境災(zāi)害的潛在可能。”郝曉華告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》。

 

 影響積雪半球定向反射系數(shù)特征的因素較多，不同污染物類(lèi)型，不同的濃度會(huì)引起反射率的變化。研究中選取了幾個(gè)典型波段來(lái)分析吸光物質(zhì)的影響，結(jié)果顯示，無(wú)論是哪種吸光物質(zhì)，都可以降低積雪的反射特性，并且均可以抑制積雪半球定向反射系數(shù)的各向異性，使得積雪在半球空間內(nèi)均呈現(xiàn)出暗化的趨勢(shì)。使得積雪加速消融，誘發(fā)環(huán)境災(zāi)害。

 

吸光物質(zhì)中黑碳的反射率最大

 

研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)在中國(guó)典型積雪區(qū)，使用多角度光譜測(cè)量?jī)x器在人工分布和自然沉積條件研究積雪中不同類(lèi)型、不同含量吸光物質(zhì)的影響，發(fā)現(xiàn)這些物質(zhì)對(duì)積雪的光譜特征具有顯著影響，但是其中黑碳和有機(jī)碳對(duì)積雪反照率影響最大。

 

“研究表明相較于沙塵和灰分，黑碳對(duì)積雪反射率的衰減貢獻(xiàn)要強(qiáng)得多，這是由黑碳粒子本身的吸光特性決定的，并且同樣都是黑碳，不同排放源產(chǎn)生的黑碳對(duì)積雪半球定向反射系數(shù)的衰減也有極大差異。”郝曉華表示，作為積雪中極強(qiáng)的一種吸光物質(zhì)，對(duì)黑碳排放的控制是相當(dāng)有必要的，尤其是在某些重工業(yè)區(qū). 但是，這并非指可以忽視沙塵和灰分的影響，因?yàn)殡m然黑碳消光特性強(qiáng)，但積雪沙塵和灰分濃度往往更大?，F(xiàn)有的研究已經(jīng)顯示，在某些高山區(qū)，沙塵更可能主導(dǎo)了積雪變暗，所以分離出不同類(lèi)型的吸光物質(zhì)對(duì)積雪變暗的具體貢獻(xiàn)是一種更加明智的選擇。

 

郝曉華表示，黑碳和灰分等吸光物質(zhì)的存在會(huì)導(dǎo)致積雪反照率降低，進(jìn)而影響地氣能量平衡，加劇氣候變化。因此，研究積雪中吸光物質(zhì)對(duì)光譜特征的影響，對(duì)于準(zhǔn)確反演積雪污染物含量、評(píng)估氣候變化等具有重要意義，也為將來(lái)利用遙感衛(wèi)星監(jiān)測(cè)積雪中污染物提供了支撐，便于更好的監(jiān)測(cè)積雪污染物特征。今后團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)深入研究積雪中吸光物質(zhì)的影響機(jī)制，為更好地保護(hù)積雪資源和應(yīng)對(duì)氣候變化提供科學(xué)依據(jù)。

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 積雪中不同吸光物質(zhì)引起的積雪暗化效應(yīng)示意圖。西北院供圖。