不同吸光物质影响积雪反照率 或影响气候变化

 

近日，中国科学院西北生态环境资源研究院遥感与地理信息科学研究室研究员郝晓华团队发现，积雪中不同类型、不同含量的吸光物质对积雪的光谱特征具有重要影响，特别是对积雪的反照率影响较大，进而影响地气能量平衡，间接导致气候变化。相关成果发表于《环境科学与技术》。

积雪中不同吸光物质有何影响

积雪是北半球地区重要的水资源，也是全球气候变化的关键指标之一。然而，积雪中的污染物对其光谱特征的影响一直是科学界关注的焦点，主要包括黑碳，沙尘和灰分三种。其中，积雪中吸光物质黑碳主要来自于工业排放、汽车尾气和生物质的不完全燃烧，沙尘主要来自于全球或区域尺度的粉尘运移-沙尘暴，灰分主要源自于是工业生产排放或火山爆发事件。

“上述各种类型的气溶胶，在干沉降和湿沉降机制的作用下，沉降到积雪表面或是进入到积雪内部，这些吸光物质会极大改变积雪的反射特性，加速积雪消融，改变区域辐射能量平衡，具有诱发环境灾害的潜在可能。”郝晓华告诉《中国科学报》。

 影响积雪半球定向反射系数特征的因素较多，不同污染物类型，不同的浓度会引起反射率的变化。研究中选取了几个典型波段来分析吸光物质的影响，结果显示，无论是哪种吸光物质，都可以降低积雪的反射特性，并且均可以抑制积雪半球定向反射系数的各向异性，使得积雪在半球空间内均呈现出暗化的趋势。使得积雪加速消融，诱发环境灾害。

吸光物质中黑碳的反射率最大

研究团队通过在中国典型积雪区，使用多角度光谱测量仪器在人工分布和自然沉积条件研究积雪中不同类型、不同含量吸光物质的影响，发现这些物质对积雪的光谱特征具有显著影响，但是其中黑碳和有机碳对积雪反照率影响最大。

“研究表明相较于沙尘和灰分，黑碳对积雪反射率的衰减贡献要强得多，这是由黑碳粒子本身的吸光特性决定的，并且同样都是黑碳，不同排放源产生的黑碳对积雪半球定向反射系数的衰减也有极大差异。”郝晓华表示，作为积雪中极强的一种吸光物质，对黑碳排放的控制是相当有必要的，尤其是在某些重工业区. 但是，这并非指可以忽视沙尘和灰分的影响，因为虽然黑碳消光特性强，但积雪沙尘和灰分浓度往往更大。现有的研究已经显示，在某些高山区，沙尘更可能主导了积雪变暗，所以分离出不同类型的吸光物质对积雪变暗的具体贡献是一种更加明智的选择。

郝晓华表示，黑碳和灰分等吸光物质的存在会导致积雪反照率降低，进而影响地气能量平衡，加剧气候变化。因此，研究积雪中吸光物质对光谱特征的影响，对于准确反演积雪污染物含量、评估气候变化等具有重要意义，也为将来利用遥感卫星监测积雪中污染物提供了支撑，便于更好的监测积雪污染物特征。今后团队将继续深入研究积雪中吸光物质的影响机制，为更好地保护积雪资源和应对气候变化提供科学依据。

  积雪中不同吸光物质引起的积雪暗化效应示意图。西北院供图。