喜马拉雅山雪冰主要离子的时空变化特征及来源分析

喜马拉雅山雪冰主要离子的时空变化特征及来源分析 () 文章编号 : 100020240 20070220191210 喜马拉雅山雪冰主要离子的时空变化 特征及来源分析 1 1 1 , 2 1 , 3 耿志新,侯书贵,张东启,康世昌,1 1 刘亚平,王叶堂 ( 1 . 中国科学院 寒区旱区环境与研究所 冰冻圈与环境联合重点实验室 , 甘肃 兰州 730000 ;)2 . 中国气象科学研究院 , 北京 100081 ; 3 . 中国科学院 青藏高原研究所 , 北京 100085 摘 要 : 对喜马拉雅山不同地区的 3 个雪坑和 2 个浅雪芯及东绒布冰川 80 . 36 m 冰芯的主要阴阳离子 数据进行了分析 . 结果表明 : 主要离子浓度具有显著的季节变化特征 , 非季风期各主要离子浓度以高 - + + 值为主 , 夏季风期离子浓度以低值为主 ; 但 Cl 、Na 和 K等也表现出偶然的高浓度事件 . 东绒布冰 + + - 川雪坑和达索普浅雪芯的 Na 、K和 Cl 的浓度均远高于喜马拉雅山南坡的卓奥友雪坑和 N un Kun + + - 浅雪芯的相应值 , 前者为后者的数倍 , 表明 Na 、K和 Cl 的浓度受地理位置的影响显著 . 喜马拉雅 + + 山南坡卓奥友雪坑的 N H 浓度远高于喜马拉雅山北坡各雪坑 、浅雪芯的 N H 浓度 , 表明喜马拉雅山4 4 + 2 + 2 + ( ) 对 N H 的传播起到了显著的屏障作用 , 但喜马拉雅山对粉尘来源离子 如 Ca和 Mg等的空间贡4 献并不是一个有效的屏障 . H YSPL I T_4 模式模拟的空气轨迹图表明 , 喜马拉雅山地区冬春季的雪冰 主要离子主要是来自南亚的塔尔沙漠以及西亚的干燥少雨的高原地区 , 或更遥远的北非撒哈拉沙漠 , 而并非通常认为的中亚和我国西北干旱 、半干旱区 . 关键词 : 喜马拉雅山地区 ; 主要离子 ; 季节变化 ; 区域变化 中图分类号 : P343 . 6文献标识码 : A 我国西北干旱 、半干旱区的天然屏障 ; 它东西跨约 0 引言 15经度? , 长 2 400 k m , 从东到西大气环流形势和 喜马拉雅山地区雪冰化学研究 , 是揭示该地区 [ 5 ] 气候条件也不尽相同. 该地区雪冰了丰富的 大气环流特征和恢复该区域大气环境演化历史的一 气候和环境信息 , 是研究雪冰化学的理想环境 . 通 [ 1 - 3 ] 种有效途径. 喜马拉雅山地区分布着大面积的 过对喜马拉雅山南北坡和东西向不同地区高分辨率山地冰川 , 它们纬度低 、海拔高 , 同时 , 喜马拉雅 冰芯及雪坑化学剖面的研究 , 来认识其不同地区主 山对全球大气环流有较大影响 , 在全球变化和东南 亚地区气候和环境演变中起到重要作用. 喜马拉雅 要离子浓度的时空变化特征 , 并探讨冰芯和雪坑中 山地区夏季处于印度季风的影响下 , 来自印度洋的 主要离子的来源 , 对恢复喜马拉雅山地区大气环流 暖湿气流为该地区带来丰富的降水 , 季风季节降水 形势和离子源区的演化具有重要的意义. [ 4 ] 大约占全年总降水量的 90 %; 冬季源自大陆的冷 干气流可以越过喜马拉雅山 , 影响到印度半岛. 1 采样与分析方法 喜马拉雅山脉平均海拔 6 000 m 以上 , 南北宽1998 年 9 月 9 日 , 在珠穆朗玛峰东绒布冰川垭 200,300 k m , 是印度洋水汽到达青藏高原腹地及() 口 280?1′N , 865?8′E , 海拔 6 500 m处获取了 1 ( ) 个 2 . 0 m 雪坑 ER1, 5 cm 间隔取样 , 共采集雪坑 收稿日期 : 2006210225 ; 修订日期 : 2006212227 ( ) 基金项目 : 国家自然科学基金项目 90411003 ; 0121101; 中国科学院“百 人计 划”项目 ; 中 国科 学院知 识创 新工程 重要 方向性 项目 ( ) KZCX32SW2344资助( ) 作者简介 : 耿志新 1982 —, 男 , 山东滨州人 , 2004 年毕业于曲阜师范大学 , 现为中国科学院寒区旱区环境与工程研究所硕士研究生 , 主要从事雪冰化学与气候变化方向的研究. E2mail : zhi xi n_geng @163 . co m 冰川冻土29 卷192 样品 40 个. 2002 年 10 月 5 日在该垭口处又获取了程中的污染可以忽略不计 . 雪坑样品中稳定氧同位 18 2 + 2 + 2 - ( ) (δ( 、) 1 个 2 . 7 m 雪坑 ER2, 前 30 个样品 5 c m 间隔取 素 O 与 主 要 离 子 浓 度 Ca、M g、SO4 -+ + + - ) 样 , 后 20 个样品 6 c m 间隔取样 , 共采集 50 个雪坑 N O 、N H 、Na 、K和 Cl 的测试分析均在中4 3 样品. 1998 年 10 月 10 日 , 在喜马拉雅山卓奥友峰 国科学院冰冻圈 与 环境 联合 重 点实 验室 完成 . 用 西坡的 尼 泊尔 Na ngp ai Go sum 冰川 海拔 5 700 m Mat2252 气体稳定同位素 质谱 仪完 成了 ER1 雪 坑 18 δ () 处 280?3′N , 863?9′E获取了 1 个 2 . 26 m 的雪坑 O 的 测试 , 其 测量 精度 为 0 . 05 ‰, 分 别 用 P E2() 卓奥友, 前 54 个样品 4 c m 间隔取样 , 后 2 个样 2380 型原子吸收光谱仪和 Dio ne x2300 型离子色谱 品 5 c m 间隔取样 , 共采集 56 个雪坑样品. 1997 年 仪测试了其主要阳离子和阴离子的浓度 ; 用 Mat2 18 δ 9 月在希夏邦马峰达索普冰川海拔 7 000 m 处冰雪 252 气体稳定同位素质谱仪完成了 ER2 雪坑O 的测试 , 分 别 用 Dio ne x2300 型 离 子 色 谱 仪 和 Di2 ( ) 平台 283?3′N , 854?4′E钻 取 了 14 m 浅 雪 芯 1 o ne x2600 型离子色 谱仪 测 定了 其主 要阳 离 子和 主 ( 支 ; 1998 年 9 月 , 在东绒布冰川粒雪盆 275?9′N , 18 δ要阴离子的浓度 ; 卓奥友雪坑的O 用 Delt a2p l u s ) 865?5′E海拔 6450 m 处钻取了 1 支长度 80 . 36 m气体稳 定 同 位 素 质 谱 仪 测 定 , 主 要 离 子 均 用 Di2 18 的冰芯. 1980 年 , Mayew ski 等在喜马拉雅山的印 δo ne x2300 型离子色谱仪测定 ; 达索普浅雪芯的O 值是在中国科学院冰冻圈与环境联合重点实验室测 ( 度 N u n Ku n 地区 Se ntic 冰川 335?9′N , 755?8′ 试完成的 , 主要阴 、阳离子浓度在美国新罕布什尔 ( ) E , 海拔 4 908 m钻取了 1 支 16 . 6 m 浅雪芯 N un大学气候变化研究中心测定的 ; N u n Ku n 浅雪芯的 ) () Ku n图 1. 其 中 东绒 布冰 川 两个 雪坑 及冰 芯 和 - [ 7 ] + Cl 浓度是用自动分析器技术进行测试的, Na + - 达索普浅雪芯位于喜马拉雅山北坡 , 而卓奥友雪坑 浓度是用原子吸收光谱仪测试的 , Na 和 Cl 的测 [ 8 ] 和 N u n Ku n 浅雪芯位于喜马拉雅山南坡 . 试均是在美国新罕布什尔大学进行的; 在中国科 学院冰冻圈与环境联合重点实验室对东绒布冰芯样 18 δ品中O 值进行了测试 , 在美国新罕布什尔大学 气候变化研究中心对冰芯中主要离子浓度进行了测 试 . 2 结果与讨论 2 . 1 雪冰化学成分的季节变化特征 18 δ雪坑O 与主要离子浓度剖面如图 2,4 所示 图 1 喜马拉雅山雪坑与浅雪芯位置点示意图 () 图中缺失数据点进行了平滑处理. 在中低纬度和1 . 东绒布冰川雪坑 、东绒布冰芯 ; 2 . 卓奥友雪坑 ; 18 3 . 达索普浅雪芯 ; 4 . N un Kun 浅雪芯 δ 季风气候区 , 降水中O 与降水量呈现反相关关 [ 9 ] Fig. 1 Map sho wi ng t he sit es of sa mpling sno wpit s ( 系 , 称为“降水量效应”. 该区域季风季节 6 ,9 [ 4 ] a nd ice co ring in t he Himalaya s ) 月降 水 量 占 年 总 降 水 量 的 90 %, 在 季 风 季 节 18 δO表现为低值 , 与降水量呈反相关关系 , 表现为 [ 10 ] 18 ( δ在雪坑的背风侧面从上往下依次采取 采样人“降水量效应”. 根据O 的季节变化特征和雪 ) 员迎风而立雪坑样品 , 采样时所有操作人员均穿 坑剖面的物理特征 , 将雪坑分为 3 个季节来研究 , 超净服 , 带一次性聚乙烯手套 , 一次性口罩 , 用高 ( ( ) 即 : 季风 前 季 节 p re2mo n soo n 、季 风 季 节 mo n2 (Ω密度聚乙烯样品瓶 预先用 Milli2Q 18m 去离子水 [ 11 ] ) () soo n和季风后季节 po st2mo n soo n. ) 清洗干净存放样品 , 同时作为采样工具 . 另外 , 2 + 2 + 2 -- ( 、Ca、M g、SO4 、N O 3 雪坑的主要离子 ( 还取得了一组空白样品 预先在实验室注入一定量 + + + - 的去离子 水 , 在采 样 地 点 按 标 准 采 样 要 求 打 开 盖 ) N H 、Na 、K和 Cl 浓度剖面季节变化特征明4 ) ( 子, 样品在进入实验室分析之前 采样过程 、运输 显 , 表现为季风季节的浓度低值和季风前季节与季) 过程中均保持在冻结状态. 所有的采样技术均被 风后季节的浓度相对高值 . ER1 雪坑离子浓度剖面 [ 6 ] 证明为污染最小或排除了污染. 对雪坑样品和实 的季节划分如图 2 所示 , 雪坑 0 ,20 cm 为季风季 验室空白的分析表明 , 样品在采集 、运输和分析过 节结束 后 的 新 降 雪 , 20 , 100 cm 之 间 的 雪 层 为 1998 年夏季风降水形成的 , 100,180 c m 之间的粗 2 期耿志新等 : 喜马拉雅山雪冰主要离子的时空变化特征及来源分析193 18 δ 图 2 珠穆朗玛峰东绒布冰川 1998 年雪坑O 与主要离子浓度剖面 18 δFig. 2 Co ncent ratio n p rofile s of O and majo r io ns in t he 1998 sno wpit of t he Ea st Ro ngbuk Glacier , Mo unt Qo mola ngma 粒雪层和密粒雪夹深霜层是 1997 年秋季至 1998 年, 卓奥友季节各主要离子均出现了显著的浓度峰值 2 - - 春末形成的 , 而 180 c m 以下的渗浸冰层则是 1997 雪坑除 SO4 和 N O 3 浓度变化不明显外 , 其它离子[ 12 ] 年盛夏强烈消融期形成. 1997 年降雪形成的渗 在此季节也出现 了 浓度 的高 值 . 在 季风 季 节的 末+ - 浸冰层 , Na 和 Cl 浓度 表 现出 显著 的 浓度 峰值 , 期 , ER1 雪坑各主要离子浓度迅速上升到一个很高 - 1 2 + 它们的浓度最高值均在 1 000 ng g? 以上 , Ca、+ - + 的水平 , 其中以 K浓度最高 , 其次是 Cl 和 Na , 2 + + 2 - M g和 K表 现 出 微 弱 的 浓 度 高 值 , 而 SO和4 可能代表了一次含较多局地粉尘的强夏季风降水事- [ 13 ] 3 N O 的浓度维持在较低的水平 , 浓度变化不明显 .件.ER2 雪坑在 105 c m 和 160 c m 各主要离子 2 - - - + 季风前季节 , 除 SO4 和 N O 3 浓度变化不明显外 ,均有一次较高的浓度峰值 , 以 Cl 和 Na 浓度值最 + 2 + 2 + + + - 高 , 其次为 K; 卓奥友雪坑在季风季节也有一次 Ca、M g、Na 、K和 Cl 均有几次小的浓度变 + + 化峰值. 2002 年采集的 ER2 雪坑样品 , 在季风前离子浓度的高值 , 其中以 Na 和 K浓度值最高 , 冰川冻土29 卷194 -+ - 2 + - +2 + 2 - 的 浓 度 变 化 比 较 平、N O 、K和 Cl 季风前其次是 Ca和 Cl , 而 N H 风季节外 , M g、SO4 4 3 + 缓 . 除 ER1 雪坑外 , ER2 和卓奥友雪坑在夏末秋季节浓度平均值均远低于季风季节 , 其中 , K季风 2 + () 初 季风季节后期离子浓度普遍较低 , 达索普浅雪 季节浓度平均值是季风前季节的 5 倍以上 , M g、 [ 14 ] 2 - - 芯也有相似的特征. 导致这种结果的原因可能 4 3 SO和 N O 季风季节浓度平均值比季风前季节的) 是 : 1整个夏季的季风降水对大气中尘埃物质的清浓度平均值也高 1 倍以上 . ER2 雪坑主要离子浓度 ) 洗作用使得大气环境相对洁净 ; 2季风降水水汽传 季风前季节平均值均高于季风季节 , 季风前季节以 [ 11 ] 2 + 2 + 输途经地 区 在 这 个 季 节 很 少 有 沙 尘 天 气 发 生. Ca浓度平均值最高 , 是季风季节 Ca浓度平均 在季风后季节 , ER2 和卓奥友雪坑主要离子浓度均 值的 14 倍以上 , 季风后季节主要离子浓度平均值 2 - 上升到了一个较高的水平.低于 或 接 近 于 季 风 季 节 . 卓 奥 友 雪 坑 除 SO和4 - ER1 雪坑主要离子浓度季节平均显示如图 5 . N O 3 季风前季 节浓 度 平均 值略 低 于季 风季 节 外 ,- 2 + + 2 + 2 + + + + - 雪 坑除 Ca和 Na 季风前季节浓度平均值高于季 Ca、M g、N H 4 、Na 、K和 Cl 季风前季节 18 δ 图 3 珠穆朗玛峰东绒布冰川 2002 年雪坑O 与主要离子浓度剖面 18 δFig. 3 Co ncent ratio n Profile s of O and majo r io ns in t he 2002 sno wpit of t he Ea st Ro ngbuk Glacier , Mo unt Qo mola ngma 2 期耿志新等 : 喜马拉雅山雪冰主要离子的时空变化特征及来源分析195 18 δ 图 4 卓奥友峰 Na ngp ai Go sum 冰川 1998 年雪坑O 与主要离子浓度剖面 2 + + ()因 Ca、K浓度数据大量缺少 , 固将各数据点标出 18 δFig. 4 Fig. 4 Co ncent ratio n p rofile s of O and majo r io ns in t he 1998 sno wpit of t he Nangpai Go sum Glacier , Mo unt Qo wo w uyag 和季风 后 季 节 离 子 浓 度 平 均 值 均 高 于 季 风 季 节 ,季风降水事件的平滑作用的结果 ; 季风前季节 , 离 -++ - 2 - 、N O 、N H 和 Na 季风后季节 浓 度子浓度以高值为主.Cl 、SO4 3 4 平均值远高于其它两季节. 由以上 3 个高分辨率雪达索普浅雪芯的主要离子浓度季节变化具有与 2 + 2 + 2 - ( ) 坑记录离子浓度的季节对比看出 图 5, 研究区域 4 , Ca、M g和 SO浓上述雪坑相似的变化特征 季风季节离子浓度以低值为主 , ER1 雪坑季风季节 度的季节变化 , 最高值和最低值分别出现在春季和 2 + 2 + 离子浓度的高值可能是一次含较多局地粉尘的强夏 夏末 . 其中 , Ca、M g浓度的季节变化波动比 冰川冻土29 卷196 + - - Na / Cl 比 , 表明 Cl 的显著过量 , 与珠穆朗玛峰 [ 11 ] 周围地区采集到的新雪与雪坑的研究结果一致. - 积雪中过量的 Cl 可能反映了 H Cl 气体从大气中 [ 16 - 17 ] + - 的清除过程.卓奥友雪坑各季节的 Na / Cl 比远高于 海 水中 的 值 , 尤 其 以 季 风 前 季 节 的 值 最 [ 15 ] 高 , 这与 卓 奥 友 地 区 新 降 雪 的 研 究 结 果 不 同. 新降雪与雪坑样品的差异反映了降雪化学成分的沉 [ 18 ] + - 积后过程, 或 Na 与 Cl 的不同的来源的贡献导 + + - 致的 Na 过量. Na / Cl 比的喜马拉雅山南北坡的 + - 差异 , 反映了喜马拉雅山的屏障作用对 Na 、Cl 图 5 雪坑主要离子浓度季节平均值比较 来源的影响 .Fig. 5 The average co ncent ratio ns of majo r io n f ro m sno wpit s 2 - 2 + SO浓 度 更 加 显 著 , Ca 浓 度 的 最 高 值4 - 1 - 1 () ( ) 403 . 8 ng g? 是最低值 108 . 4 ng ?g 的 4 2 + - 1 ( ) 倍 , 而 M g的 最 高值 32 . 6 ng ?g 是最 低 值 - 1 +- () 4 3 10 . 0 ng g? 的 3 倍多 . N H 和 N O 浓度的 2 + 2 + 2 - 季节变化与 Ca、M g和 SO4 浓度的季节变化基 + + 本一致 , 即春季呈高值而夏季呈低值 . Na 、K和 - + Cl 浓度的季节变化不明显 , 其中 Na 浓度在春末 + - 图 6 雪坑和冰芯的 Na / Cl 比与海水 + - Na / Cl 的比较 夏初有一较小高值 , 夏末有一低值 , 而其它季节的 - + - Fig. 6 The Na / Cl ratio s in sno wpit s and ice co re s 波动较小 . Cl 除了夏末的微弱低值外 , 其它季节 [ 14 ] a nd t he standar d sea wat er 变化不大. N un Kun 浅雪芯在每年的夏季出现 - - Cl 浓度的高值 , 而其它季节 Cl 浓度以低值为主 , 2 + 2 ++ - 3 个雪坑与粉尘活动相关的离子 Ca、M g有的年份有微弱的高值. Na 的平均浓度高于 Cl 等的浓度处在一个相近的水平上 , 反映了喜马拉雅 的相应值 , 在春季有显著的浓度高值 , 其它季节的 2 + [ 8 ] 山脉对粉尘来源离子不是一个有效的屏障 . Ca和 浓度波动比较微弱. 2 + M g的浓度变化主要反映在离子浓度的季节差异 2 . 2 喜马拉雅山脉屏障作用对南北坡雪冰化学的 上 , 其中 , 季风季节的离子浓度最低 , 而季风前季 影响 节离子浓度表现为高值 . 东绒布冰川雪坑 、冰芯和 对喜马拉雅山脉南北坡新降雪中主要离子浓度 + + - 达索普浅雪芯的 Na 、K和 Cl 的浓度均远高于 的研究发现 , 喜马拉雅山脉并不是主要离子浓度空 [ 11 , 15 ] 喜马拉雅山南坡的卓奥友雪坑和 N un Kun 浅雪芯 间贡献的一个有效屏障. 本研究中 ER1 、ER2 + + 的相应值 , 前者为后者的数倍 , 表明 Na 、K和 雪坑及达索普浅雪芯和东绒布冰芯位于喜马拉雅山 - + Cl 的浓度受地理位置的显著影响 . K浓度在季风 的北坡 , 而卓奥友雪坑和 N un Kun 浅雪芯位于喜 马拉雅山南坡. 把喜马拉雅山南北坡雪坑和浅雪芯 前季节的显著高值反映了局地或区域性的生物质燃 + - + - 的 Na / Cl 比与标准海水的 Na / Cl 比做了对比 (烧 该 地 区 农 业 和 日 常 生 活 中 生 物 质 燃 烧 十 分 普 () 研究 图 6, 结果显示 : 喜马拉雅山南坡的卓奥友 2 - - + - ) 遍. SO4 和 N O 3 浓度季节变化不显著 , 卓奥友雪雪坑 Na / Cl 比远高于标准海水的 0 . 86 ; 而喜马 2 - - 坑 SO4 和 N O 3 浓 度 略低 于 东 绒 布 冰 川 两 雪 坑 的拉雅山北坡的 ER1 、ER2 雪坑和达索普浅冰芯 、东 + - 2 - - 绒布 冰 芯 Na / Cl 比 均 低 于 标 准 海 水 的 0 . 86 ; 值 , 喜马拉雅山脉对 SO和 N O 离子的屏障作用4 3 + - +N u n Ku n 浅雪芯的 Na / Cl 略低于标准海水的值 , 浓度平均值卓奥友雪坑 > 达索普浅不显著. N H 4 但高于 ER1 、ER2 雪坑和达索普浅冰芯 、东绒布冰 雪芯 > 东绒布冰芯 > ER2 雪坑 > N un Kun 浅雪芯 ,芯 . 东绒布冰川的两个雪坑 ER1 、ER2 各季 节 的 ++ - ER1 雪坑未样品的 N H 4 浓度 . 其中 , 卓奥友Na / Cl 比 , 特 别 是 季 风 季 节 , 远 低 于 海 水 中 的 + 浓度远高于喜马拉雅山北坡各雪坑 、雪坑的 N H 4 + 冰芯和浅雪芯的 N H 4 浓度 . 喜马拉雅山地区雪冰 2 期耿志新等 : 喜马拉雅山雪冰主要离子的时空变化特征及来源分析197 +++ 与富含农业和生物源 N H 的季风浓中记录的 N H 且远离人类活动区 , 是 N u n Kun 浅雪芯的 N H 4 4 4 水汽有着密切的联系 . 季风携带的气团首先经过覆. 图 7 显示 , 达索普浅雪度平均值较低的可能原因 盖有耕地 、森林或植被的地表 , 它们释放出的 N H芯各主要离子浓度的平均值均远高于东绒布冰芯 .3 为研究喜马拉雅山地区各冰芯中主要离子浓度 被季风携带到下风向 , 季风经过的南亚农业区的牲 ( ) 畜畜养 、农业施肥和木柴燃烧 家庭主要燃料, 对 东西差异的原因 , 我们用 H YSPL I T_4 模型模拟了 + 浓 度 也 有 一 定 贡研究区域内 400 h Pa 大气层冬 、春 、夏季各月 5 d 内 N H 季 风 下 风 向 降 水 中 的 4 [ 19 - 20 ] +() 的空气传输路径 2003 年 12 月,2004 年 8 月. 该 献.喜马拉雅山南北坡 N H 4 浓度对比表明 , +模式通常用来跟踪气流所携带的粒子或气体移动方 的 传播 起 到了 显著 的 屏 障 作喜马拉 雅山 对 N H 4 + 向 , 可以实时预报出风场形势 , 分析降水 , 研究路 浓度低值是该地区远用 . N u n Ku n 浅雪芯的 N H 4 [ 21 ] 径.H YSPL I T4 资料采用全球再分析格点每日 离人类活动区 , 受人类活动的影响较小的结果. ( 资料 ht tp :/ / w w w . cdc . noaa . go v/ cli mat e dia gno s2 2 . 3 喜马拉雅山地区离子来源的东西差异 ( ) ) tic s ce nt er . 冬春季各月 12 月至竖年 5 月的模 大气环流形势及周围地理环境状况的差异是导 () 式分析结果 图 8 a ,f 显示 , 喜马拉雅山地区 400 致不同地区降水中离子来源差异的主要原因 . 本研 h Pa 大气层在冬春季均主要以西风为主 , 受西风急 ( 究中 4 个 采 样 点 沿 喜 马 拉 雅 山 脉 呈 东 西 分 布 图 流的南支控制. 气流从北非的 撒哈 拉 沙漠 , 在 5d ) 1, 最东与最西的采样点相隔接近 10经?度 , 东西 的时间内 , 经过伊朗 、阿富汗 、巴基斯坦和印度西 跨度大 , 各采样点的大气环流形势及其各自周围的 北部等国家和地区 , 最后到达喜马拉雅山地区 . 其 地理环境状况存在显著的差异 . 中印度西北部和巴基斯坦东南部为南亚地区最大的 对东绒布冰芯 、达索普浅雪芯和 N un Kun 浅 - + +沙漠 ———塔尔沙漠 , 阿富汗和伊朗则主要为干燥少 ( 雪芯各主要离子 N u n Ku n 只有 Cl 、Na 和 N H 4 ) 雨的高原 . 当气流经过这些地区时 , 就会把近地面 浓度数据长时间序列变化的浓度平均值进行对比 - + 的沙尘物质携带到下风向地区 , 以干沉降或者随降 () 显示 图 7, N u n Ku n 浅雪芯 Cl 和 Na 浓度平均 水以湿沉降的方式从空气中清除 . 研究区域雪冰中 值与达索普浅雪芯的浓度平均值相近 , 均远高于东 2 + 2 + ( ) 与粉尘物质来源有关的离子 Ca和 M g等在冬 绒布冰芯的 值 , N un Kun 浅 雪 芯与 达索 普浅 雪 芯 - + - +春季的浓度高值 , 与西风急流的南支输送有关 . 喜 Cl 和 Na 浓度平均值约为东绒布冰芯 Cl 和 Na +马拉雅山地区雪冰记录的冬春季粉尘物质的浓度高 浓度平均值的 6 倍 ; N un Kun 浅雪芯的 N H 浓度4 值并非主要来自中亚和我国西北干旱 、半干旱区 , 平均值 远 低 于 达 索 普 浅 雪 芯 和 东 绒 布 冰 芯 的 值 . +而主要是来自南亚的塔尔沙漠 , 以及西亚的干燥少 N H 4 的来源及其复杂 , 喜马拉雅山地区雪冰中记 ++雨的高原地区 , 或更遥远的北非撒哈拉沙漠. 雪冰 与富含农业和生物源 N H 的季风水汽录的 N H 4 4 化学成分还会受到局地裸岩矿物的影响 , 同时 , 青 有着密切的联系 , 同时农业区的牲畜畜养 、农业施[ 22 ] 藏高原本身也是一个重要的沙尘源区. 喜马拉 肥和木柴燃烧对其来源也有一定贡献 , 而 N un Kun 雅山脉东西部的粉尘传输路径不尽相同 , 喜马拉雅 处于季风影响的边缘区域 , 受季风的影响不明显 , 山中西部地区 , 靠近粉尘源区 , 而东部地区离粉尘 源区较远 , 雪冰中记录的粉尘物质的物理特征可能 ( ) ( 存在显著的差异. 夏季 6,8 月空气轨迹图 图 8 ) g,i显示 , 喜马拉雅山西部的 N un Kun 地区 , 400 h Pa 大气层 仍 以 西 风 为 主 , 而 喜 马 拉 雅 山 东 部 地 区 , 则受印度季风的控制 , 气流途径阿拉伯海或孟 加拉湾 , 到达研究区域 . 在夏季 , 喜马拉雅山脉东 西部的气流来源完全不同 , 因此 , 雪冰中各主要离 子的来源存在显著的差异 . 图 7 东绒布冰芯 、达索普浅雪芯和 N un Kun 浅雪芯 主要离子浓度平均值对比 3 结论Fig. 7 The average co ncent ratio ns of majo r io ns f ro m t he Ea st Ro ngbuk ice co re , Da suop u ice co re () 1喜马拉雅山不同地区各雪坑和浅雪芯化学 18 a nd N un Kun ice co re δ成 分表现出显著的季节变化特征 . 根据O 的 季 冰川冻土29 卷198 图 8 喜马拉雅山地区 400 h Pa 高空 2003 年冬季 - 2004 年夏季各月 10,14 日空气轨迹图a . 12 月 ; b . 1 月 ; c . 2 月 ; d . 3 月 ; e . 4 月 ; f . 5 月 ; g. 6 月 ; h . 7 月 ; i . 8 月 Fig. 8 Air ma ss t rajecto ries o ver t he Himalaya s at t he height of 400 h Pa during winter of 2003 a nd sp ring a nd summer of 2004 节变化特征和雪坑剖面的物理特征 , 将雪坑分为 3N unKun 浅雪芯喜马拉雅山南坡的卓奥友雪坑和 + + 的相应值 , 前者为后者的数倍 , 表明 Na 、K和个季节来研究 , 即 : 季风前季节 、季风季节和季风 - Cl 的浓度受地理位置的显著影响. 卓奥友雪坑的后季节. 季风前季节各主要离子浓度以高值为主 , +- + N H 浓度远高于喜马拉雅山北坡各雪坑 、浅雪芯4 季风季节主要离子浓度以低值为主 , Cl 、Na 和+ + +K等也表现出微弱的浓度高值事件 , 反映了含较 4 浓度 , 喜马拉雅山南北坡 N H4 浓度对比的 N H 多局地粉尘的夏季风降水事件 . 季风后季节主要离 + 的传播起到了显著的屏表明 , 喜马拉雅山对 N H 4 子浓度比季风季节有微弱升高 . 障作用.2 + () 2喜马拉雅山脉对与粉尘活动相关的 Ca() 3H YSPL I T4 模 式 模拟 的空 气轨 迹 图结 果 2 + 和 M g等离子浓度的空间贡献并不是一个有效的 + - 表明 , 喜马拉雅山地区雪冰记录的冬春季主要离子 屏障. 喜马拉雅山南坡的卓奥友雪坑 Na / Cl 比 浓度的高值并非主要来自中亚和我国西北干旱 、半 远高 于 标 准 海 水 的 0 . 86 , 而 喜 马 拉 雅 山 北 坡 的 ER1 和 ER2 雪坑 、东绒布冰芯和达索普浅冰芯的 干旱区 , 而主要是来自南亚的塔尔沙漠 , 以及西亚+ - + - Na / Cl 比均低 于海 水 的 0 . 86 , Na / Cl 比 的 喜 的干燥少雨的高原地区 , 或更遥远的北非撒哈拉沙 马拉雅山南北坡的差异 , 反映了喜马拉雅山的屏障 漠 . + - 作用对 Na 、Cl 来源的影响 . 东绒布冰川雪坑和 致谢 : 野外 采 样 工 作 得 到 所 有 科 考 队 员 的 支 + + - 达索普浅雪芯的 Na 、K和 Cl 的浓度均远高于 持 ; 孙维贞 、王晓香 、Sallie Whit lo w 等参加样品分 析 ; 马京津 、刘远良等对 H YSPL I T_4 模型的使用 2 期耿志新等 : 喜马拉雅山雪冰主要离子的时空变化特征及来源分析199 ( ) 2002 , 38 4: 119 - 124 . 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I nst i t ute o f T i bet an Pl atea u Resea rc h , Chi nese A ca de m y o f S ciences , B ei j i n g 100085 , Chi na Abstract : In t hi s p ap e r , t he majo r io n reco r ds f ro m f ro m t he Mo u nt Qo wo w uya g Sno wpit a nd t he N un ( t hree sno wpit s t wo f ro m t he Ea st Ro ngbu k Glac2 Ku n ice co re , a ro und several ti me s muc h hi gher , + - + w hic h sugge st s t hat t he Na , a nd Cl co nce n2 ie r , sit uat ed at 28?01′N , 865?8′E a nd 6 500 m a . s. K t ratio n s a re si gnifica nt l y aff ect e d by t he local geo g2 l . , a nd o ne f ro m Mo u nt Qo wo w uya g Sno wpit , ) sit uat e d at 28?03′N ,863?9′E a nd 5 700 m a . s. l . ,rap hy. A mmo ni um co nce nt ratio n of t he Mo unt ( t wo lo w ice co re s o ne f ro m N un Ku n , sit uat ed 33?Qo wo w uya g Sno wpit i s muc h hi gher t ha n t hat of 59′N , 755?8′E a nd 4 908 m a . s. l . , a nd a no t he ro t her so nwpit s a nd ice co re s o n t he no r t her n f ro m Da suop u Glacier , sit uat ed at 28?33′N ,854?4 ′slop e s. The co ncl u sio n ca n be draw n t hat t he Hi2 ) mala ya s no t a bly set s a s a ba r rier a gai n st t he sp rea d E a nd 7 000 m a . s. l . , a nd a n 80 . 36 m ice co re ( of t he a mmo ni um . B ut t he Hi malaya s app ea r o t h2 f ro m Ea st Ro ngbuk Glacie r sit uat ed at 275?9′N , ( ) e rwi se fo r t he sp rea d of t he du st so urce io n s li ke 865?5′E a nd 6 450 m a . s. l a re a nal yzed. It i s 2 + 2 + ) fo und t hat t he majo r io n co nce nt ratio n s a re c ha rac2 a nd M g. The ai r t rack si mulat ed f ro m t he Ca t erized by sea so nal cha nge , mai nl y wit h hi gh co n2 H YSPL I T_4 Mo del rep re se nt s a f act t hat t he ma2 jo r io n s of t he ice co re s a nd sno wpit s i n t he wi nt e r ce nt ratio n i n t he no n2mo n soo n sea so n s a nd lo w co nce nt ratio n i n t he summe r mo n soo n sea so n s , oc2 a nd sp ri ng sea so n i n t he Hi malaya s co me s mai nl y - + + f ro m t he Tha r De se rt i n so ut h A sia , a s well a s t he , Na , a nd co nce n2 ca sio nall y wit h a hi gh Cl K dr y a nd rai nle ss p lat ea u regio n s i n we st A sia , o r t ratio n s. The unu sual re sult i s p re su ma bl y due to mo re di st a nt , f ro m t he Sa ha ra De se r t i n we st Af ri2 t he i mpo rt of t he regio nal du st i n t he su mmer sea2 ca n , rat he r t ha n f ro m Ce nt ral A sia a nd t he a ri d a nd so n , li ke t he drie d se di me nt atio n i nf l ue nce f ro m + - + se mi2a ri d No r t hwe st of Chi na a s a ge neral k no wl2 t he re gio nal du st . The Na , a nd Cl co nce n2 K t ratio n s f ro m t he Ea st Ro ngb uk Glacier sno wpit s e dge . a nd t he Da suop u ice co re much hi gher t ha n t hat Key words : Hi malaya s ; majo r io n s ; sea so nal cha nge ; re gio nal cha nge