北京理加联合科技有限公司

LICA United Technology Limited

服务热线: 010-51292601
企业邮箱
应用支持 Application Support
News 应用支持

《自然》大幅报道青藏高原气候与环境研究的最新进展

日期: 2008-08-29
浏览次数: 52

  2008年7月24日,《自然》(NATURE)第454期以“世界第三极”的标题大幅报道了青藏高原气候与环境研究的最新进展。中国科学家的研究工作是这一报道的主体。这充分说明了我国青藏高原研究受到了世界高度关注,也说明了中国青藏高原研究在国际科学研究的地位在进一步提高。以下是全文译文(未删减)。

世界第三极

《自然》大幅报道青藏高原气候与环境研究的最新进展



   相对于南北两极而言,世界对青藏高原的关注明显小得多,但青藏高原却蕴藏着世界上除两极以外最大的冰雪储量;而青藏高原的冰雪正在快速消融。在过去的半个世纪中,青藏高原的冰川退缩面积达82%(译者注:此数据有误)。在过去的十年中,高原上的冻土消失了10%。而气候变化的加剧所带来的影响将不仅仅限于青藏高原,它还将影响数十亿人的正常生活所需的水资源,甚至改变北半球的大气环流格局。

   高原的作用主要在于它的高度。它平均海拔在四千米以上,因而成为同纬度最冷的地区,也是极地以外最冷的地区。拉萨作为西藏自治区的首府,其海拔相对于整个西藏而言还是较低的,约为3650m。孰不知,这个高度比玻利维亚这个世界上最高的首都拉帕斯的高度还要高。拉萨的年均温为8℃,而位于同纬度的休斯顿、德克萨斯的年均温都在21℃。高海拔使西藏变冷,特别是冬季更为显著;那里的雪和冰川反射太阳光,更加剧了寒冷的程度。高原隆升面积巨大,也影响了高空风的流动,同时,这样的海拔使其地表更接近平流层。

   高原正在发生变化,其最直接的原因是温度的升高。在过去五十年中,高原气温以每十年0.3℃的速率上升;这一速度相当于全球变暖速率的三倍。现在的问题在于,未来气候还将发生什么变化,而这些变化又将如何影响全球总体的气候格局。斯柯里普斯海洋研究所的大气学家Veerabhadran Ramanathan认为:“如果不考虑青藏高原正在发生的变化,我们对全球气候变化的理解将是不完整的。”

   青藏高原异常重要的意义、特别是它可能造成的影响还不为许多气候学家所知。其中一个原因在于,相对于南、北两极而言,从高原获取的数据少之又少,而到高原上探寻自然奥秘的科学考察活动也十分贫乏。在高原上开展野外考察十分艰苦,高原的地理位置相对孤立,至少对西方科学家而言,还有政治上的挑战。中科院青藏高原所所长姚檀栋指出:“青藏高原地处偏远,海拔高,且气候环境恶劣,在高原上作研究是很具挑战性的。”

   姚檀栋和他的同事们应该知道:在上世纪八十年代,他们是在那样艰苦的野外环境中坚忍不拔开展研究、努力获取数据以重建高原古气候的为数不多的科学家。他们在青藏高原上钻取冰芯,最深可至300米,最高海拔可达7200米。“我们钻取冰芯的工作都是人工完成的,随后我们还得把它们从山上背下来。当时没有直升机,也没有什么大型器械。”姚檀栋说,“冰川上的温度可达零下30摄氏度,风特别猛烈,毫不留情地吹到脸上,像刀割一样。”这样的艰苦工作最终有所回报:在与俄亥俄州立大学的冰川学家Lonnie Thompson的合作中,研究人员根据冰芯氧同位素资料恢复了青藏高原最全面的温度记录,从中发现,大范围变暖趋势开始于二十世纪,并随着海拔的上升,变暖程度逐渐增大。他们的发现得到各气象站从上世纪五十年代以来的连续观测记录的证实。

   在一个正在经历温室变暖的世界中,一些发现变化会在你的意料之中,但在青藏高原,一些区域因素加剧了这种变化。这一地区的沙漠在夏季卷起风沙,迎着高原沿南北坡向上运输。根据近期的一项卫星观测,高原上空存在从塔克拉玛干大沙漠吹来的沙尘。兰州大学的黄建平说:“在高原上发现如此巨量的沙尘,连我们自己都很惊奇。”沙尘层输送到高达一万米的地方,并在那里吸收和反射太阳光,从而改变到达高原表面的辐射。

   与沙尘共同作用、进而推动高原气候变化的另一因素是“黑炭”,这些烟尘来自人们的生活,例如用木头、庄稼杆和牦牛粪便等生物能煮饭等。包括喜马拉雅山脉在内的亚洲东南部是世界上黑炭排放的热点地区之一。通过无人飞机的观测,Ramanathan及其同事量化了黑炭对太阳光的吸收量,发现黑炭可以吸收50%的太阳能,从而加热大气。他说:“这是该地区气温升高的第二大贡献者,仅次于二氧化碳。”他估计,黑炭和温室气体的共同作用足以使喜马拉雅山脉每十年增温0.25℃;这大致也是目前该地区的观测结果。

   一旦黑炭降落在喜马拉雅冰川,它们就会使冰雪的颜色变暗,从而增强其吸收热量的能力,使其温度升高。青藏高原研究所研究员徐柏青说:“现在,高原的消融季节来得早,持续时间也较长。”位于高原边缘的冰川比位于中部的消融更快;例如,一项研究表明,位于青藏高原东部的冰川在过去30年中退缩了17%,相当于中部高原的十倍。姚檀栋认为,如果现有趋势持续发展,2/3的高原冰川面积将在2050年(译者注:应为2100年)消失殆尽。

洪涝灾害和干旱事件

   冰川的消融会形成危险的冰川湖,这是因为冰川后退留下的冰碛物堆积而成的大坝内侧蓄积起了水体。科学家已经认定,喜马拉雅山北坡存在34座这样的冰川湖,同时,在过去50年中,记录了20次坝体崩溃湖水外泄而成的洪涝灾害。

   洪水的危险是短期的,但从长远角度看,冰川退缩形成的高原上水源供应问题则是长期的,而且更为严重。青藏高原的径流补给了东南亚的许多大型河流,包括长江、黄河、湄公河、恒河和印度河。如果冰川持续退缩,数十亿群众就会面临缺水的危机。

   冻土的处境也很危险,因为温度上升将造成“活动层”增厚,所谓“活动层”是指每年都会经历冻结和消融的土层。活动层变化最终影响地表和大气间热量与水汽的流动,进一步干扰这一系统。冻土的退缩不仅使青藏铁路陷入危境,还会危及高原的高寒生态系统,因为这些生态系统依靠固结于冻土表层的水得以生长,否则植物在这样的海拔很难生长。中科院地理与资源环境所副所长欧阳华指出:“冻土的大规模消融将造成土壤含水量的减少,从而带来生态危机。”由于冻土储存了全世界1/3的碳储量,植被的减少将向大气释放大量的碳,进一步加剧全球变暖。

《自然》大幅报道青藏高原气候与环境研究的最新进展

竞争力量

    青藏高原正在经历各种变化:气候变暖、冰川退缩、冻土退化,以及高寒生态系统退化。这对于地区和全球的环境有什么意义吗?首当其冲的受害者可能是印度季风。印度季风是陆地和海洋之间的热力性质的差别造成的。夏季,广阔的亚洲地表比印度洋加热更快,形成地表低压,海洋向陆地输送大气和水汽。青藏高原的隆升始于五千百万年前,加剧了季风的效应。由于地表比大气吸收的太阳光多,青藏高原广阔的地表比同海拔的大气更热,从而增大了海洋―陆地气压梯度,加强了印度季风。

    一些气候模型表明,全球变暖将使高原表面温度比海洋更大幅度地上升,从而增大季风强度。另一方面,有些模型提出,气溶胶吸收太阳辐射,加上对地区内的土地利用的改变,将最终减弱季风。Ramanathan认为,“季风的强度很可能取决于这两种竞争力量的对决”。

    一些研究表明,使季风减弱的力量可能占上风,或者至少在过去三百年中占主导地位,尽管原因不清楚。来自兰州寒区旱区研究所的段克勤和他的同事通过分析达索普冰川的冰芯,重建了过去300年的冰雪积累史, 并指出,那里的冰川完好地保存了季风在喜马拉雅山脉的变化情况。“我们发现,气温越高,季风强度越弱。”段克勤说。一般而言,温度每上升0.1℃,就会造成冰雪积累量减少100mm。但他同时指出,还需要在青藏高原其他地区开展类似研究,以进一步证实这些结论。

    佐治亚技术所的Rong Fu指出,“印度季风的变化不是亚洲对全球气候造成的唯一威胁”。她的研究表明,青藏高原上部的对流运输水汽和污染物到平流层,平流层直接位于对流层上部,包含了地球的大部分臭氧。“平流层空气的强烈水平运动将随后拓展全球的水汽和污染物的分布范围。”Fu说。

    水汽可能比二氧化碳产生更大的温室效应,但它通常位于平流层以下,高度不会超过一两千米。这在高原上则是另外一种情形,对流层在高原上被进一步提升近六公里,结果它的上部边界高度约为18公里,位于平流层下部。此外,青藏高原上空的对流层较薄,表层释放的热量将到达更高的高度,使得平流层底的大气变暖。Fu说:“如此一来,越来越多的水汽得以到达平流层,而不会形成冰冻或降水。”高原上温度较高,造成冰川消融加剧,水汽输送增强,最终造成强烈对流,进而向上携带更多的水汽。“一想到有很多水汽到达平流层,就令人非常担忧。”她说。

    “令人担忧”最好地体现了如今正在进行青藏高原研究的科学家的心情。他们希望开展大范围的综合研究,从中获取尽可能多的研究数据。“关于青藏高原,我们知道的很少,理解的就更少了。”姚檀栋说。现在正在进行的一项研究是对中国所有冰川编目,记录它们的方位、面积、长度、厚度和雪线的位置。中国科学家们曾在1978年至2002年开展了类似的研究,他们认为这可以提供研究的参考基点,进而揭示冰川的主要变化。此外,冰川学家不断查明、并密切观测具潜在危险性的冰川湖,以期应对任何溃堤造成的洪涝灾害。

快速解决方案

    同时,还有人关注更大的情景,即如何解决整个亚洲地区的污染问题。徐柏青指出:“减少温室气体和黑炭的排放将是当务之急。”Ramanathan认为,减少黑炭的排放量将是“一条快速理出头绪的方案”,因为黑炭在大气中的半衰期为15―20天,而二氧化碳的半衰期则为一个世纪。根据他的模拟,只要不用燃烧木炭、牦牛粪便和庄稼秸秆这样的传统方法做饭,就可以减少40―60%的黑炭排放量。相对于减少二氧化碳排放量而言,这将是“既便宜又快捷的一项短期解决方案,且方便易行。”他补充道:“关键在于让村民使用更清洁的能源。”

    最后,青藏高原可能作为关键的实验场地,检验在全球变暖的背景下,人与环境如何相互作用。如何保护世界的第三极?“但愿青藏高原现在的变化只是一个短暂过程,”姚檀栋说,“现在所做的将可能决定青藏高原环境的未来走向。”

附:英文原文



News / 相关新闻 More
2020 - 09 - 11
【摘要】森林的长期生产力和固碳能力受气候变化影响,已成为全球关注的问题。本研究中,我们提供了一种简单且无损的方法来研究多时间尺度上树木CO2同化率。这种新的方法结合了树干液流和稳定碳同位素分辨率以估算碳同化率。我们通过分析变异性并进行配对样本t检验,比较了气体交换测量和新方法测得的CO2同化率,以验证其准确性和适用性。气体交换和同位素测量都表明早晨CO2同化率高于下午,峰值在10-11 am左右出现,可能是由于夜间的水储存和早晨的高气孔导度。侧柏日,月,年尺度上CO2同化率的变异性与供水条件有关。与以往的研究相比,我们利用稳定碳同位素分辨率(Δ13C)和树干液流测量估算的年CO2同化率的结果与传统方法结果相一致。侧柏对供水可以有效的响应,这就解释了为什么它可以很好地适应半干旱区环境。估算CO2同化率的新方法是准确的,且适用于北京周边的半干旱地区。【研究区域】位于燕山鹫峰国家森林生态系统研究...
2020 - 09 - 01
【摘要】最近研究发现,在混合落叶阔叶林中,相比于叶片氮含量,叶绿素含量可以更好地指示叶片的光合能力。叶片光合能力与叶绿素含量之间关系的一个关键概念就是光合成分(即光收集,光化学和生化成分)的协调调节。为了检验该假设,作者在生长季测量了水稻地叶片氮含量(NLeaf),叶片光合色素(即叶绿素(ChlLeaf),类胡萝卜素(CarLeaf)和叶黄素(XanLeaf))以及叶片光合能力(即1,5-二磷酸核酮糖(RuBP)在25℃被羧化(Vcmax25)和再生(Jmax25)的最大速率)的季节性变化。同时还调查了NLeaf,叶片光合色素,晴天中午的叶片光化学植被指数(PRILeaf,noon)的有效性及其可能的组合,以估算水稻地的叶片光合能力(即Vcmax25和Jmax25)。ChlLeaf与Vcmax25和Jmax25高度相关(R2分别为0.89和0.87),优于NLeaf(R2分别为0.80和0...
2020 - 08 - 20
【摘要】正确理解地下水循环模式及其可更新能力对地下水资源的评估、合理开发和利用至关重要。在干旱或半干旱地区地下水补给量少且变异性高,因此难以估算。同位素研究和混合模型相结合可以直接估计含水层的可更新性。本文利用环境同位素方法研究了中国西北半干旱地区—银川盆地的潜水循环模式以及更新能力,主要研究了不同水体的同位素特征,潜水同位素年龄,水循环模式以及更新速率。结果表明,银川盆地主要有两个补给源,即局部大气降水(占13%)和黄河(占87%)。银川盆地潜水的平均滞留时间是48年,平均更新速率是3.38%/a。潜水具有较强的更新能力,更新速率与同位素年龄一致。【研究区域】位于中国西北地区的银川平原。图1 银川盆地位置图【样品收集和测量】收集了来自全球大气降水监测数据和国际原子能机构的30组降水数据,并收集了11个黄河水样品,47个潜水样品。利用LGR的液态水同位素分析仪测量所有水体的δ18...
2020 - 08 - 13
冷害是造成作物严重损失和不可逆转伤害的灾害之一。为避免产量损失,可利用高通量表型选择耐寒胁迫的作物品种。如今,无损光谱图像分析已成为一种有效方法,并已广泛应用于高通量表型分析中,反映出植物结构组成,生长发育过程中的生理,生化特性和特征。本研究利用卷积神经网络(CNN)模型提取可见-近红外范围的特征光谱估计玉米幼苗的冷害。文中以五个品种的冷处理玉米幼苗的高光谱图像为研究对象。光谱范围为450-885 nm。高斯低通滤波和Savitzky-Golay平滑方法结合一阶导数进行光谱数据的预处理。从每种玉米幼苗选定的感兴趣区域获取3600个像素样本用于CNN建模。CNN模型建立后,从高光谱图像中提取400个像素样本作为每个品种的测试集。最后,通过分析分类准确度和计算效率确定一个CNN模型。CNN检测到的不同类型的玉米幼苗的冷害水平分别为W22 (41.8 %),BxM (35%),...
关闭窗口】【打印
Copyright ©2018-2023 北京理加联合科技有限公司
犀牛云提供企业云服务

北京理加联合科技有限公司

地址:北京市海淀区安宁庄东路18号光华创业园5号楼(研发、售后)
          光华创业园科研楼二层东侧(销售、市场)
电话:010-51292601
传真:010-82899770-8014
邮箱:info@li-ca.com
邮编:100085

深圳办事处:

地址:深圳市宝安区创业二路玖悦雅轩商业裙楼3层瑞思BEEPLUS 3029室 手机:13910499772

武汉办事处:

地址:武汉市洪山区民族大道124号龙安港汇城A座1108 手机:13910499761


  • 您的姓名:
  • *
  • 公司名称:
  • *
  • 地址:
  • *
  • 电话:
  • *
  • 传真:
  • *
  • 电子邮箱:
  • *
  • 邮政编码:
  • *
  • 留言主题:
  • *
  • 详细说明:
  • *
在线留言
关注我们
  • 官方微信
  • 官方手机端
友情链接:
X
1

QQ设置

3

SKYPE 设置

4

阿里旺旺设置

等待加载动态数据...

等待加载动态数据...

5

电话号码管理

  • 010-51292601
6

二维码管理

等待加载动态数据...

等待加载动态数据...

展开