徐柏青小組：黑碳沉降導致青藏高原雪融加速

印度洋上空的污染物對亞洲喜馬拉雅山脈的冰川融化負有直接責任——這是來自美國Scripps研究所的一個研究組的結論。這篇題為《棕色云增暖南亞》（Brown haze ‘heating up’ South Asia，《自然》2007年8月）的論文曾在學界引起軒然大波。中國科學家近年對青藏高原的冰芯研究進一步支持了這一結論。
 
與Scripps研究所主要依據無人駕駛飛機收集的數據，再加上地面和衛星的觀測數據等手段不同，在過去3年里，中國科學院青藏高原研究所的科研人員在青藏高原對不同氣候區多條冰川表面雪樣或雪坑樣進行了采集，同時，獲得了時間跨度不同的7支冰芯。
 
冰芯形成的過程會封住一部分空氣，研究人員使用一系列手段，從中“取”出甲烷，對其含量進行分析。而甲烷是一種用來檢測氣候變暖的重要參數。包括青藏高原在內的亞洲高海拔地區，是全球中低緯度冰川最為發育的區域，其冰芯記錄無疑能為研究人類活動對氣候環境的影響提供最直接的證據。

研究人員在青藏高原考察。    中國科學院青藏高原研究所供圖

這項研究由國家自然科學基金委員會支持，課題負責人、青藏高原研究所研究員徐柏青表示：“為取得大量的覆蓋青藏高原的分析數據，前期的野外及室內工作量巨大，影響了成果的及時發表，導致成果發表嚴重滯后。”
 
該項研究表明，冰芯記錄最為顯著的特征是20世紀90年代中期以來，青藏高原雪冰中黑碳含量有了顯著增長，這在全球變暖、冰川持續退縮的背景下，顯示了人類活動使黑碳加速排放，對青藏高原冰川資源危害顯著。
 
黑碳是農作物秸稈燃燒產生的灰霧、家用煤爐的煙和機動車尾氣中的一種活性成分，是僅次于二氧化碳的第二大潛在溫室氣體。一旦黑碳降落在喜馬拉雅冰川，它們就會使冰雪的顏色變暗，從而增強其吸收熱量的能力，使其溫度升高。
 
Hansen等科學家曾對全球雪冰中的黑碳含量進行匯總和分析，從世界范圍看，南極雪中黑碳含量最低，格陵蘭次之。最高的黑碳含量出現在阿爾卑斯山。最近，對格陵蘭中部冰芯分析表明，1788年至2002年期間黑碳含量發生了顯著的變化。該冰芯記錄顯示，工業活動的黑碳排放起始于1850年前后，并導致冰芯中黑碳含量增長了近7倍。證實了工業革命以來人類活動引起區域甚至全球氣候變化。
 
“喜馬拉雅山脈自東向西雪冰中黑碳的含量呈明顯降低趨勢。表明來自南亞的排放物很難翻越喜馬拉雅山脈，而是隨印度季風自東向西傳輸進入青藏高原。”徐柏青說。
 
夏季，青藏高原在加強印度季風的同時，其高昂的地勢又阻擋了印度季風深入北上，使印度洋暖濕氣流只能大部停留在南亞的東北部和青藏高原的東南一隅。但是，青藏高原上的強烈對流如一個巨大吸盤將氣流中的物質輸送到高層大氣。通常在冬季，因地勢高、冰雪面積大、輻射冷卻快、降溫迅速，青藏高原成為一個低溫高壓中心，但積雪中較高的黑碳含量可能會使情形發生變化。
 
從青藏高原冰川雪坑及表面雪樣品分析結果看，青藏高原雪冰中黑碳的平均含量已高于北極地區。現在，青藏高原的消融季節來得早，持續時間也較長。
 
“黑碳在冬季大量附在冰雪上，加快吸熱，使冰雪在三四月份就開始消融，而這并不是農牧業需水時期，造成本就緊張的冰雪水資源大量浪費。”徐柏青說。
 
由于喜馬拉雅冰川是長江、恒河、印度河等亞洲主要河流的水源，冰川融化將使中國、印度和許多南亞國家的供水受到嚴重影響。
 
另外一個跡象表明：冰芯中黑碳含量呈現冬半年高、夏半年低的季節變化特征。徐柏青分析：“這種季節變化特征與冬春季節南亞爆發的棕色云有關。溫室氣體和大氣棕色云團的綜合作用是過去50年中喜馬拉雅冰川消融的主要原因。”
 
1995～1999年間，參與大型國際合作科研計劃Indian Ocean Experiment（INDOEX）的科學家發現，厚約3公里、面積約900萬平方公里的棕色污染塵霾籠罩在印度洋、南亞、東南亞和中國南部上空，并形象地稱其為亞洲棕色云。監測發現，霾層是由高濃度的細顆粒物組成的，成分主要是碳黑、硫酸鹽、硝酸鹽、有機顆粒、飛灰和礦物顆粒，霾層中還含有濃度較高的二氧化硫、一氧化碳和各種有機氣體化合物等。
 
科學家指出，這種云團對氣候變暖具有雙重影響：一方面，云團中的粉塵可以吸收陽光，從而導致大氣變暖；另一方面，由于吸收和反射等作用，粉塵可以減少到達地表的陽光量，從而降低地表溫度。
 
此前已有研究顯示，在當前全球變暖背景下，黑碳沉降在雪冰表面進一步加速了全球冰川和海冰的融化，并使積雪消融季節提前，同時，通過降低雪冰反照率對全球變暖產生重要貢獻。
 
徐柏青研究組發現，在冬春季節，隨著青藏高原積雪面積擴大，受棕色云影響更為顯著，它加速了積雪和冰川的消融，引起區域水資源供給的季節分配變化。
 
此前國內多家媒體轉發了印度國家熱帶氣象學研究中心研究員錫利瓦桑和賈吉爾對Scripps研究所論文的駁斥。他們認為就整體研究而言，資料很有限，而且搜集過程極短，留下許多有待解釋的矛盾之處。并且針對西方環保組織有關喜馬拉雅山冰川逐年萎縮恐將引發地球浩劫的說法，印度環境和森林部在一份報告中引述印度國家地理研究所的調查結果指出，喜馬拉雅山冰川融化是周而復始的自然界循環現象。
 
另外，盡管有關碳質氣溶膠（黑碳顆粒和有機碳顆粒總稱）的研究已取得了很大進展，但對大氣中碳質氣溶膠的含量及其所引起的氣候強迫尚未取得一致性的認識。因此，歷次的政府間氣候變化專門委員會(IPCC)評估報告對人類活動引起的氣候輻射強迫的評估中，碳質氣溶膠仍然是最大的不確定因素之一。
 
徐柏青認為：“進一步了解碳質氣溶膠的排放歷史，對全面評估碳質氣溶膠的氣候輻射強迫影響十分必要。”
 
《科學時報》 (2008-10-28 A1 要聞)