青藏高原最近40年湖泊变化的主要表现与发展趋势

青藏高原的湖泊面积超过我国湖泊总面积的50%以上,是“亚洲水塔”的重要组成部分。20世纪70年代—2018年,湖泊数量和面积均出现明显增长,但变化速率并不均一。1990年之前,低温抑制冰川融水导致湖泊水量出现负平衡。1990—2000年,温度升高使得冰川融水和湖泊水量增加。2000年以后,降水是导致湖泊水量增加的主要因素,但2005—2013年的连续气温上升,使得蒸发加强并削弱了湖泊水量增加的速率。在青藏高原中西部和西北部地区,2000—2013年的湖泊水量增加则更多是受冰川融水的主要影响。20世纪70年代—2013年,青藏高原湖泊水量变化的空间特征与西风和印度季风区降水变化趋势一致。气温上升和增加的长波辐射使得湖泊水温明显增加,并促进了食物链的传输效率。随着湖泊水量增加,湖泊盐度普遍下降,继而增加了生物多样性,使湖泊生态系统结构相对复杂。未来20年,青藏高原内陆封闭湖泊水量将继续增长,但速率将有所下降。对“亚洲水塔”而言,青藏高原的湖泊研究应聚焦宏观尺度的水量赋存与水量平衡、湖水主要理化性质与生态系统参数,以及湖泊变化在大尺度气候变化中的水循环作用过程。

青藏高原纳木错和安多牧区室内空气污染研究

2009年夏季在青藏高原纳木错和安多牧区对牧民帐篷内细颗粒(PM2.5)浓度和一氧化碳(CO)的含量进行了观测,以认识牧区室内空气中PM2.5和CO的污染水平、日变化特征及主要影响因素,以及不同人群在污染物中的暴露水平.观测结果表明,未安装烟囱的帐篷内PM2.5浓度和CO平均含量(体积分数)分别为1.272 mg·m-3和5.035×10-6,而安装烟囱的帐篷内二者的平均含量明显降低,仅为0.097 mg·m-3和0.089×10-6;帐篷内PM2.5和CO的日变化具有一致性,呈现出多峰值现象,这些峰值与牧民在帐篷内的活动(特别是使用牛粪炉子做饭、取暖等)有很好的对应关系,这与我国中东部农村地区室内污染物的日变化不同.妇女和儿童在帐篷内的时间最长,平均每天比其他成员多3～4 h,儿童在PM2.5和CO中的暴露水平最高,分别为0.972 mg·m-3和0.132×10-6.尽管青藏高原的室外大气非常洁净,但该地区的牧民帐篷内存在严重的空气污染,这主要是由生物质燃料(主要是牛粪)燃烧造成.

青藏高原赤布张错介形类反映的近13000年气候变化

了解印度季风和西风对该区环境的影响程度及变化历史对认识青藏高原与全球变化的关系具有重要意义。本研究以青藏高原中部赤布张错湖泊5.48 m沉积岩芯中的介形虫为研究对象,利用介形虫属种和丰度变化以及介壳δ^(18)O、δ^(13)C、Mg/Ca和Sr/Ca等环境代用指标,重建晚冰期末期以来的湖泊环境与气候变化历史。研究表明,赤布张错近13 cal.ka B.P.的环境与气候变化历史分为3个阶段:阶段Ⅰ为13.0~9.2 cal.ka B.P.,白玻璃介出现较多,介壳δ^(18)O、δ^(13)C为高值,具有气候相对温暖、湖泊由降水补给为主转为融水为主的变化特征,其中,12.3~11.1 cal.ka B.P.低水位指示的寒冷干旱反映了本区对Younger Dryas事件的响应;阶段Ⅱ为9.2~4.4 cal.ka B.P.,湖泊由以降水补给为主的相对温暖的浅水状态,转向以冰川融水补给为主的温凉状态,水深逐渐加大,该阶段的4个亚阶段分别为9.2~7.7 cal.ka B.P.、7.7~6.8 cal.ka B.P.、6.8~5.4 cal.ka B.P.和5.4~4.4 cal.ka B.P.,分别具有浅水下的温暖湿润、温凉湿润、温凉干旱和深水下温凉湿润特征;阶段Ⅲ为4.4 cal.ka B.P.~现在,介壳Mg/Ca指示湖区环境出现相对剧烈的波动,总体上为高湖面状态,呈现温暖-寒冷-温暖的变化特征。与青藏高原的其他湖泊环境变化记录相比,赤布张错环境记录反映了西风季风过渡区在晚冰期末期到全新世早期受到季风加强的影响,气候转暖;全新世早期到中期受西风影响更为明显;全新世晚期湖泊水量增加与季风加强下的降水和冰川融水增加均有密切关系。

青藏高原冰川区可溶性有机碳含量和来源研究

对青藏高原祁连山老虎沟12号冰川、唐古拉山小冬克玛底冰川及珠穆朗玛峰北坡东绒布冰川雪坑样品中可溶性有机碳(DOC)和主要离子的质量浓度进行了分析.结果表明3个雪坑中DOC的平均质量浓度分别为(250.30±157.10)、(216.92±142.82)和(152.50±56.11)μg·L-1,具有从北到南依次减小的空间分布特点.3个雪坑DOC和主要离子质量浓度比例分析表明,唐古拉山冰川区和珠穆朗玛峰冰川区两个雪坑中DOC质量浓度与主要离子总质量浓度相当(DOC质量浓度占DOC与主要离子总质量浓度的比例分别为51%和49%).相应地,祁连山冰川区雪坑由于地理位置和气候条件等因素,受粉尘影响较大,导致Ca2+的质量浓度最高可达5 299.18μg·L-1,DOC所占比例较低(仅占5%).青藏高原冰川区DOC与Ca2+、Mg2+、K+和SO2-4均呈显著正相关.主成分分析(PCA)表明,青藏高原冰川区雪坑DOC主要是自然来源,也有生物质、化石燃料燃烧和农业生产过程等人为排放的贡献.此外,对3个雪坑的碳沉降通量进行了估算,LHG、TGL和ZF这3个雪坑的碳沉降通量分别为189.23、132.76和128.44 mg·(m2·a)-1,这对该地区碳循环的深入认识和研究具有重要意义,同时也有利于冰川变化的研究.

基于MODIS的青藏高原湖泊透明度遥感反演

湖泊透明度是湖泊水体性质的一个重要参数,是湖泊浮游生物和进入湖泊的有机和无机颗粒溶解程度的综合反映,对湖泊生态环境研究具有重要的科学及实践意义。遥感影像是获取面积广、时间长的湖泊透明度的重要手段,但由于实测数据缺乏,目前对青藏高原地区湖泊透明度的遥感反演研究相对不足。本文基于青藏高原地区24个湖泊实测透明度SD(Secchi Depth)值和相应的MODIS遥感影像,建立了该地区湖泊水体透明度SD值MODIS遥感反演模型。结果表明:基于MODIS绿色波段B4的单波段幂函数模型在该地区反演效果最好,精度较高(R2=0.91,N=24),并具有较好的稳定性。以当惹雍错为例,选用该模型反演得到湖泊透明度的时间变化序列,发现该湖存在明显的季节波动和较为明显的年际变化。初步分析得出,降水/融水季节的湖泊透明度与湖泊所在流域的降水率具有密切的关系。本文结果表明,利用遥感手段能够有效地开展青藏高原地区湖泊透明度的反演,可为进一步深入研究该地区湖泊透明度及其影响要素奠定基础。

雅鲁藏布江表层沉积物地球化学元素研究

雅鲁藏布江流域还没有大的工业污染源,仍然属于自然河流。对雅鲁藏布江16个表层沉积样品的全样、小于20μm和小于63μm粒级的32种元素含量进行了测定,并分析了与人类活动密切相关的元素Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、As、Cd和Pb的含量分布特征,以及这些元素含量与粒径之间的关系。结果表明,多数元素(Cs除外)与西藏土壤元素背景值相差不大,B、Cr、Ni、As和Cs含量高于中国陆壳元素丰度值,但这些元素主要来源于该流域富含这些元素的页岩、片岩和千枚岩等母岩。由于相似的地球化学行为,沉积物中Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn之间显著正相关;除Pb、As外,一些元素(如Zn、Ni)与沉积物的粒径显著负相关。

水体微量有机物被动监测技术研究进展

被动采样技术是一种待测物自发地由环境向采样器传输的采样方法,相对传统采样方法其装置小、成本低、检出限低,获得的监测结果为一段时间内的环境平均水平.该技术在水环境微量有机污染物的监测中具有极大优势,随水体中新型污染物的不断出现,被动采样技术在水体中的应用范围也不断扩大.本文概述了近40年来对水体被动采样技术的研究,介绍了该技术的发展、原理以及在不同水体中对新型污染物的应用,详细总结了应用中的不确定性因素和校正方法,分析了该技术目前存在的问题,并对其未来发展趋势和应用前景进行了展望.

拉萨市餐馆厨房内空气污染特征

2010年8月对拉萨市4个餐馆厨房内细颗粒(PM2.5)和CO的浓度进行监测,以认识2种污染物的污染水平、日变化特征及主要影响因素;同时采集气溶胶样品,以分析颗粒物中有毒元素的含量特征.结果表明:厨房1～4内的ρ(PM2.5)的平均值分别为0.356,2.045,1.387和0.191 mg/m3,φ(CO)的平均值分别为20.600×10-6,142.900×10-6,9.200×10-6和7.800×10-6,藏式餐馆厨房内的φ(CO)明显高于汉式餐馆厨房;厨房内的ρ(PM2.5),φ(CO)和φ(CO2)的日变化具有一致性,且污染物浓度峰值与就餐活动有很好的对应关系;厨房内气溶胶中的ρ(Cu),ρ(Zn),ρ(Cd),ρ(As),ρ(Pb)和ρ(Bi)等很高,均高于室外空气,且藏式餐馆厨房高于汉式餐馆,其中ρ(Cu)最高,在藏、汉式餐馆的厨房内分别高达5.684和2.081μg/m3,分别是室外的236和111倍,这可能是液化气炉子铜质出气口在高温下的损耗所致.

山地冰川消融过程中汞的行为及环境效应综述

汞是一种全球性污染物,雪冰是冰冻圈汞的生物地球化学循环中最主要的介质之一,汞在雪冰消融过程中的行为受到众多学者关注。除两极地区外,高海拔地区分布着大量山地冰川,其对气候响应更加敏感,距离人类居住区更近,可直接影响水资源和水质安全等。因此,研究山地冰川消融过程中汞的行为及环境效应对全面理解汞的生物地球化学具有显著的科学价值,同时对指导人类适应气候环境变化也具有很强的实际意义。概述了山地冰川区汞的沉降与贮存,总结了雪冰消融过程中汞的迁移转化以及冰川径流汞传输的特征,认为山地冰川消融是潜在的汞释放源,汞在冰川径流补给生态系统中的归宿和生态环境效应值得关注。最后,对山地冰川消融释汞过程和冰川径流汞传输研究的热点问题进行了展望。

不同处理方法对降水中污染元素来源评估的不确定性讨论--以西藏拉萨和纳木错为例

在降水元素测试中对降水样品的前处理通常有两种方法:样品直接酸化和过滤后酸化.不同的处理方法会得到不同的结果,并最终影响到对元素来源的解释.为明确这两种处理方法对降水中重金属元素来源评估的影响,本文选取青藏高原的典型城市拉萨市和典型的背景区纳木错,对采集的24个降水样品用上述两种方法进行处理,并对两组样品中的15种金属元素的含量和富集因子进行了对比.结果表明,两个研究点过滤后样品元素含量都显著低于未过滤样品的元素含量,其中拉萨未过滤降水样品中的常量元素Al和Fe的含量分别比过滤后样品中的含量高约50和20倍,表明降水中的Al和Fe主要以颗粒态存在.相应地,典型污染元素如Cu、Zn和Cd等在两种样品中的含量变化相对较小,表明这些元素在降水中主要以溶解态存在.同样地,纳木错降水样品中元素也存在类似的变化特征.由于上述原因,拉萨和纳木错过滤后的降水样品中大部分元素(如Ni、Zn和Cd)的富集因子值高于未过滤样品中的值.因此,对降水样品过滤会导致一些典型污染元素的富集因子值增高,进而高估人类活动对这些元素的贡献.所以,用未过滤的降水样品进行元素富集因子研究得到的结果会更接近实际情形.

念青唐古拉山扎当冰川雪冰中不溶性有机碳含量及其辐射强迫研究

为了研究雪冰中不溶性有机碳(Water-insoluble Organic Carbon,WISOC)的含量及其辐射强迫作用,于2012年7月和8月对青藏高原南部纳木错流域扎当冰川90个表层雪冰样品中WISOC的含量进行了分析,采样期间利用地物光谱仪实地测量了反照率.结果表明,在消融季节(7—8月),扎当冰川表面被裸冰、老雪和新雪覆盖,以上3种消融情形下WISOC的平均含量分别为(1618.4±1236.0)、(432.3±329.7)和(183.7±158.0)ng·g-1,雪冰的融化导致WISOC等吸光性物质在冰川表面的富集,降低了冰川表面反照率.通过SNICAR模型(Snow,Ice,and Aerosol Radiative Modle)敏感性分析表明,3种情形下WISOC降低雪冰表面反照率(贡献率)分别为0.0020(6.8%)、0.0018(7.4%)和0.0010(2.1%),对应的WISOC的辐射强迫分别为1.14、1.34和0.81 W·m-2.平均地,WISOC对辐射强迫的影响超过了黑碳(BC)影响的20%,而在新雪覆盖条件下,WISOC对辐射强迫的影响甚至达到了粉尘影响的72.3%.因此,虽然雪冰中的WISOC的吸光能力相对于BC较弱,但所引起的雪冰表面反照率降低及冰川消融等效应不容忽视.

藏北可可西里地区土壤元素背景值研究

对藏北可可西里的25个表层土壤样品的全样和<20μm粒级样品中的32种元素含量进行了研究,并与藏南雅鲁藏布江沉积物元素含量、西藏土壤元素背景值和中国地壳丰度进行了对比.结果表明,同种元素在<20μm粒级的元素含量普遍高于全样的含量;研究区多种元素含量与西藏土壤背景值接近,而Ca、As的含量远大于全国均值,这主要与当地的高寒干旱气候和广泛分布富含As的母岩有关.对全样元素含量的EOF分析揭示了不同元素的来源及其化学性质的差异:大部分元素如Al、Fe、Ga等保存了该地区母岩的特性,同时易溶于水的化学性质较为活泼的元素(Mg和Sr)和主要存在于重矿物中的元素Zr对总元素的含量和变化也有一定贡献,而且B和Cs等元素显示了热泉对该地区土壤元素含量的影响.