冰冻圈科学国家重点实验室-凯发官方

|

自主研究课题

您现在的位置是:凯发app官网登录主页 > 科研成果 > 自主研究课题 >

2011年自主研究课题

时间:  2012-06-07 16:09  点击:   次
      2011年度自主研究课题的各项工作紧紧围绕项目研究目标,按照任务书执行,工作进展顺利。现对2011年结题的自主研究课题主要成果简述如下:
    1、中国冰冻圈生物地球化学循环及其环境效应
    本项目在中国西部9条冰川共采集14个雪坑样品,同时在纳木错站、珠峰站、玉龙雪山站、老虎沟站、天山站、格尔木站开展了降水化学、大气气溶胶和微生物、大气温室气体的定点观测,获得了连续2年的各类观测数据。实验室分析测试了约2000个各类环境样品的可溶性离子、元素、氢氧稳定同位素、粉尘微粒、黑碳、微生物等,建立了hg的野外采样和实验室分析方法。主要研究成果:1)初步揭示了我国冰冻圈关键区域黑碳气溶胶的时空变化特征,发现影响雪冰黑碳浓度空间分布格局的主因是周边的排放源,模拟了雪冰黑碳产生的辐射强迫并重建了近几十年来黑碳的历史变化;2)明确了我国冰冻圈大气粉尘的物理和化学特征及其时空变化,揭示了粉尘气溶胶的源区和传输途径,弄清了中亚粉尘源区对中国西部冰川的空间影响范围及其传输路径;3)阐明了具有富集效应的有毒元素hg在冰冻圈不同地区雪冰中的时空分布特征和沉降过程,即总汞浓度时空分布特征表现为季风期低非季风期低,空间分布上基本上表现为北高南低,这种分布模式与不溶微粒高度一致,说明中国西部冰川区雪冰中的汞主要来源于大气颗粒物传输沉降;4)利用湖芯恢复过去数百年大气汞的历史变化序列,大气汞的含量表现为1950年以来迅速增加,至1980年左右达到最大值,是19世纪初湖泊沉积物中汞含量的2-4倍,其沉积通量变化也与浓度变化吻合。5)初步弄清了中国冰冻圈不同区域雪冰中微生物的时空变化规律,不同类型冰川雪坑中微生物数量、多样性、群落组成总体变化呈现“北高南低”,大陆性冰川雪坑中可培养细菌的数量高于海洋性冰川;对细菌多样性指数、阴阳离子、微粒进行了主成分分析表明,不同类型冰川雪坑细菌群落组成与阴阳离子、微粒有关,但不同类型冰川雪坑细菌群落组成各有特点;6)评估了碳通量数据的主要处理方法,对多年冻土区寒草甸生态系统的co2通量进行了连续系统的研究。在本项目的支持下发表及待刊论文20余篇,其中sci论文10篇,出版专著1部,培养硕士生4名,博士生2名。
    2、横断山地区树轮碳氧同位素气候意义研究总结
    课题主要明确横断山地区树轮碳氧同位素的控制要素及其对气候的响应机理;分析西南水汽通道上,树轮碳氧同位素在时间和空间上的变化趋势。围绕课题的预期目标,研究组建立横断山水汽通道3个样点超过200年的树轮碳氧同位素年表,比较了各样点树轮碳氧同位素之间的关联和差异;利用各年表邻近气象站记录的资料进行了树轮碳氧同位素的响应函数分析;同时利用网格资料分析了树轮代用资料的区域代表性;利用树轮碳氧同位素进行区域气候重建和分析。明确我国温暖湿润区(横断山)树轮碳和氧同位素分馏的控制因子及其指示的气候意义。
    在课题研究任务期间,研究小组系统地采集了横断山区树木年轮样品,共采集170多棵树,350根样芯,为区域树木年轮研究收集到了第一手的研究材料。同时在实验室进行宽度测量和同位素年表的研制,为区域风代用资料和寒区记录提供了大量的数据积累。
    研究小组紧紧围绕课题目标,经过二年的努力圆满完成了课题的研究任务,取得了较为满意的成果。依托课题研究组在国内外主流期刊上共发表论文8篇,其中sci论文5篇,其中if > 3.0的sci论文3篇,超额完成了课题的预期成果。培养硕士毕业生2名,为树轮同位素研究和寒旱区环境变化研究培养了新生研究力量。
    在西南亚高山地区建立贡嘎山树木生长上限的冷杉宽度年表和稳定碳同位素序列。树轮宽度和稳定碳同位素指标和气候资料的相关分析表明,树木生长受生长季前期降水(前一年12月-当年3月)和温度(前一年9月-当年1月)和生长季温度(4月-7月)和降水(8月)的综合影响,树轮碳同位素分馏受前期温度(2月-4月)影响。通过树轮宽度和碳同位素与贡嘎山高山站积雪资料相关分析表明,两代用资料与积雪深度变化密切相关。因此,利用树轮代用资料对贡嘎山积雪深度进行了初步重建。
    重建的积雪序列体现出在1990s左右在贡嘎山地区积雪深度较高。贡嘎山区域在1910s、1930s、1950-1980、1990s后半期的时间段内积雪深度较低,而在1920s、1940s的积雪深度较高,1990年附近属于过去100年中积雪深度的最高值,其他时段处于正常变化范围之内。
    与国内外同行相比较,利用树木年轮进行积雪深度的重建在国内外属于较为创新的研究,相关研究结果收到同行的认可,并在网站()上进行了相关的报道。
    树轮氧同位素记录了区域的大气环流信息。利用温带海洋性冰川区丽江地区玉龙雪山的冷杉树轮建立了玉龙雪山早材δ18o (1902-2005)和晚材δ18o (1902-2004)序列。结合丽江气象站1951-2005年的气象数据分析发现,树轮中的氧同位素记载了部分降水氧同位素的信息。重建了早晚材生长期间的降水氧同位素。分析了降水δ18o和印度季风、东亚夏季风的关系,结果发现,晚材δ18o和印度季风、东亚夏季风指数存在显著相关,这表明晚材生长期间(8-10月),研究区的降水受到了印度季风和东亚夏季风的共同影响;而在十年尺度上,东亚季风的影响则大于印度季风; 而早材氧的水汽来源则主要是印度季风。
    巴塘-理塘高原树轮氧同位素序列(1640-2009)。树轮氧与空间网格资料的相关分析表明,树轮氧与样点西面区域降水密切相关,说明研究区的水汽来源部分来自西风环流(图20a)。
    建立了巴塘-理塘高原树轮宽度年表(1620-2009),并重建了研究区夏季温度变化历史,发现重建温度序列在1645-1655, 1670-1680, 1695-1730, 1775-1790, 1931-1970, 1990-至今为暖期,而在1620-1640, 1762-1773, 1795-1930, 1970s 期间为冷期。
    利用树木年轮进行寒旱区过去气候记录具有一定的潜力,然而在冰冻圈区域和冰冻圈要素的研究上还存在一定的困难,诸如已有冰冻圈要素记录序列较短,冰川区比较难获得树木年轮材料等问题。但是,我们的研究表明,利用树轮记录进行冰冻圈要素的研究具有一定的优势,因此,建议以后能在该方面研究中得到更大的支持和发展。
    3、老虎沟12号冰川能量-物质平衡观测试验研究
    大气和冰川表面的能量交换在一定程度上决定着冰川的动态变化,通过冰川表面的能量平衡研究,对揭示冰川发育的水热条件以及冰川对气候变化的响应具有重要意义。冰川表面能量平衡模型揭示了冰川消融的物理过程,为研究西北干旱高海拔地区冰川表面的能量收支状况,本项目依托祁连山站,在老虎沟12号冰川开展了能量-物质平衡观测试验。在本项目的支持下,完善了老虎沟流域的冰川和气象观测体系,获取高山站海拔4200m、12号冰川积累区海拔5040m和消融区4550m完整年的气象观测数据,结合能量平衡模型,得出了12号冰川积累区和消融区夏季冰川表面能量收支状况,结果表明:冬季(10月-次年4月),三个站点绝大多数时间近地层处于逆温层结状态,大气层结稳定;夏季(5月-9月),高山站大气超绝热层结状态明显增多,但是在冰川上大气仍以逆温层结存在,只有在正午时分大气出现短暂的超绝热状态;高山站2m气温和地表温度年平均值分别为-5.5和-6.8℃,12号冰川海拔4550m两温度的年平均值分别是-8.8和-11.8℃;高山站到12号冰川海拔4550m处的气温递减率在冬季较小,夏季较大,由于温跃值的影响,年平均值为0.88℃/100m;三站点降水主要集中在每年的5月-9月,高山站海拔4200m占了全年的69%,消融区海拔4550m占了全年降水的71%,随着海拔的升高并没有出现明显的递增趋势,积累区海拔5000m处的降水是最多的,高山站和消融区年降水量相差不大,年降水量分别是424mm,387mm和389mm;在冰川积累区,净辐射(72%)是冰川表面的主要热量来源,其次是感热通量(28%);在能量平衡支出项中,用于冰川的消融和升华耗热(48%)占主要部分,接近潜热通量(32%)和雪层中热通量(20%)的总和;在消融区,净辐射(87%)是冰川表面的主要热量来源,其次是感热通量(13%);在能量平衡支出项中,用于冰川消融耗热(95%)占主要部分,其次是潜热(5%);2010年7月17日-8月8日,在消融区利用空气动力学法和涡动相关法计算湍流通量后估算的冰川消融量和实测的消融量都比较接近,分别为1064mm w.e.,994mm w.e.和1004mm w.e.,运动空气动力学法估算的冰川消融量与实测消融的误差明显高于涡动相关法估算的消融量。
    4、国际合作格陵兰neem冰芯研究
     本项目先后派出5人次参加14国联合钻取格陵兰neem冰芯,并于2010年7月27日完成2537.36m 透底冰芯钻取工作。经初步研究断定,冰芯底部抵达距今12万年前的eemian时期; 除此之外,项目组成员还参加了700m中等深度冰芯钻取工作;通过争取和协商,获得了一支70m浅冰芯;野外考察期间,获取了上百个雪坑样品,用于冰芯测试的先期试验样品。
    参加野外和室内研究的项目组成员包括研究员、钻机工程师和博士研究生,在深钻原理和钻孔填充液方面得到学习和锻炼,项目组成员还系统学习了深冰芯钻取现场的设计与布设,包括钻机坑道,科学坑道,电路设计,运输布设以及样品储存与运转程序等。全程参与了冰芯切割和现场分析工作,达到了学习和锻炼队伍的目的。
    中国将分享每5m冰芯切取20cm样品的份额,从表层一直到达底部。针对末次冰期期间多次d-o事件,中国将要求得到2-3个完整h-o事件的高分辨率样品。此外,中国将与瑞士分享连续流动分析系统(cfa)测得的高分辨率ca2 数据。
    为了测试冰芯fe,al,fe/al,nd, sm 和sc 等粉尘来源的示踪元素全元素(包括可溶与不可溶)及其稳定同位素比率,以便检验不同时期亚洲粉尘的贡献,在冰冻圈科学国家重点实验室初步建立了不可溶微粒的实验室测试方法。
    本项目下一步将进入样品测试阶段,首先要确保仪器正常运转和数据可靠。为此,将以东天山一支浅冰芯和格陵兰70m浅芯先行先试。 
    5、疏勒河上游地区草地植被与土壤环境关系研究
    通过对疏勒河上游地区主要类型植被及冻土土壤环境进行观测研究得出:(1)物种多样性与群落盖度、生物量存在显著的“单驼峰型”关系,同海拔梯度关系满足“中度膨胀”理论。土壤盐碱化程度较为严重,但相对而言高寒沼泽草甸植被中的土壤ph值最低,而黑土滩中最高;就土壤养分全量来看,全钾含量在温性草原植被中最高,而在高寒沼泽草甸植被中最低;各类型植被样地中土壤全氮和有机质含量变化基本一致,在高寒沼泽草甸中最高,高寒草原和高寒冰缘植被中次之,荒漠中最低;速效钾含量在荒漠植被中最高,而在高寒沼泽草甸植被中最低,速效磷含量却相反,速效氮含量在荒漠化草原植被中最高,而在高寒沼泽草甸植被中次之,沙化草地中最低。土壤发生层(1m)有机碳和全氮储量分别约为96.08 tg和11.61 tg。(2)空间尺度转化为时间序列后得出:伴随多年冻土退化,活动层厚度增加,导致植物组成由湿生型逐渐向中旱生乃至旱生型转变,植被类型由高寒沼泽草甸演替为高寒草甸、黑土滩及高寒草原,最终成为沙化草地,群落盖度不断降低、生物量不断减少;功能群类型中高饲用价值的莎草科类植物不断减少,而禾本科、豆科及杂草类植物先增加后减少,物种多样性表现出同样的变化趋势。就不同类型多年冻土区高寒草甸生态系统而言,随着土壤温度升高,多年冻土由亚稳定型(ssp)、过渡型(tp)至不稳定型(up)发生退化,活动层厚度显著增加,土壤含水量先增加后减少;土壤水热条件的改变导致土壤显著粗砺化,土壤碳氮含量先增加后降低,而土壤微生物呈相反的数量变化趋势;进而,导致高寒草甸面积显著减少,盖度和生物量均表现出先增加后降低的趋势,而植物物种多样性呈现出先降低后增加的相反趋势。可见土壤含水量是该地区植被生长的关键性因素;此外,由ssp至tp,土壤表层(0-40cm)碳/氮储量分别增加约0.221 tg和0.016 tg,表现出碳/氮汇效应;由tp至up,碳/氮储量分别减少约0.038 tg和0.004 tg,表现出碳/氮源效应。(3)高寒草甸土壤地表温室气体(co2、ch4和n2o)通量及地下(0-50cm)浓度的初步观测结果表明:地表co2通量与5cm土壤温度和盐分呈显著正相关;地表ch4通量与气温正相关关系最为明显,而与空气湿度呈显著负相关。地下co2产生浓度与有机碳、土壤粉粒含量呈显著负相关,但与土壤砂粒含量呈显著正相关;ch4浓度与土壤盐分呈显著正相关;n2o浓度与土壤粉粒组分含量呈显著负相关,而与砂粒组分呈显著正相关。
 
 
 

© 凯发官方的版权为冰冻圈科学国家重点实验室所有 2005 备案序号:陇icp备05000491号-9

办公地址:甘肃省兰州市东岗西路320号 电话:(86)0931-4967351

凯发app官网登录 copyright 2009-2010 sklcs, all rights reserved