不同吸光物質影響積雪反照率或進一步影響氣候變化

文章來源:中國科學報葉滿山2023-06-20 08:21

近日，中國科學院西北生態環境資源研究院遙感與地理信息科學研究室研究員郝曉華團隊發現，積雪中不同類型、不同含量的吸光物質對積雪的光譜特征具有重要影響，特別是對積雪的反照率影響較大，進而影響地氣能量平衡，間接導致氣候變化。相關成果發表于《環境科學與技術》。

積雪中不同吸光物質有何影響

積雪是北半球地區重要的水資源，也是全球氣候變化的關鍵指標之一。然而，積雪中的污染物對其光譜特征的影響一直是科學界關注的焦點，主要包括黑碳，沙塵和灰分三種。其中，積雪中吸光物質黑碳主要來自于工業排放、汽車尾氣和生物質的不完全燃燒，沙塵主要來自于全球或區域尺度的粉塵運移-沙塵暴，灰分主要源自于是工業生產排放或火山爆發事件。

“上述各種類型的氣溶膠，在干沉降和濕沉降機制的作用下，沉降到積雪表面或是進入到積雪內部，這些吸光物質會極大改變積雪的反射特性，加速積雪消融，改變區域輻射能量平衡，具有誘發環境災害的潛在可能。”郝曉華告訴《中國科學報》。

影響積雪半球定向反射系數特征的因素較多，不同污染物類型，不同的濃度會引起反射率的變化。研究中選取了幾個典型波段來分析吸光物質的影響，結果顯示，無論是哪種吸光物質，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的各向異性，使得積雪在半球空間內均呈現出暗化的趨勢。使得積雪加速消融，誘發環境災害。

吸光物質中黑碳的反射率最大

研究團隊通過在中國典型積雪區，使用多角度光譜測量儀器在人工分布和自然沉積條件研究積雪中不同類型、不同含量吸光物質的影響，發現這些物質對積雪的光譜特征具有顯著影響，但是其中黑碳和有機碳對積雪反照率影響最大。

“研究表明相較于沙塵和灰分，黑碳對積雪反射率的衰減貢獻要強得多，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，不同排放源產生的黑碳對積雪半球定向反射系數的衰減也有極大差異。”郝曉華表示，作為積雪中極強的一種吸光物質，對黑碳排放的控制是相當有必要的，尤其是在某些重工業區. 但是，這并非指可以忽視沙塵和灰分的影響，因為雖然黑碳消光特性強，但積雪沙塵和灰分濃度往往更大。現有的研究已經顯示，在某些高山區，沙塵更可能主導了積雪變暗，所以分離出不同類型的吸光物質對積雪變暗的具體貢獻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的存在會導致積雪反照率降低，進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對光譜特征的影響，對于準確反演積雪污染物含量、評估氣候變化等具有重要意義，也為將來利用遙感衛星監測積雪中污染物提供了支撐，便于更好的監測積雪污染物特征。今后團隊將繼續深入研究積雪中吸光物質的影響機制，為更好地保護積雪資源和應對氣候變化提供科學依據。