科研進展
ES&T：積雪不同吸光物質(zhì)（黑碳、沙塵和灰分）對積雪HDRF特征的影響研究獲進展
6月7日，環(huán)境科學和技術(shù)領(lǐng)域Top期刊 Environmental Science & Technology（IF 2022=11.357）在線發(fā)表了中國科學院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院（以下簡稱西北研究院）遙感與地理信息科學研究室郝曉華研究員團隊研究成果 Reflection of Solar Light from Surface Snow Loaded with Light-Absorbing Impurities: A Case Study of Black Carbon, Mineral Dust, and Ash。該研究通過多年野外觀測，深度剖析了積雪不同吸光物質(zhì)對積雪光學特征的影響。
積雪中不同吸光物質(zhì)(Light-absorbing Impurities, LAIs)對積雪的光譜特征有重要影響，特別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。但積雪中不同類型、不同含量吸光物質(zhì)對積雪光譜特征的定量影響研究較少，限制了積雪污染物的定量遙感反演。
基于上述科學問題，研究團隊在中國典型積雪區(qū)，使用多角度光譜測量儀器在人工分布和自然沉積條件下獲得了不同含量黑碳/沙塵/灰分的積雪半球定向反射系數(shù)(Hemispherical Directional Reflectance Factor, HDRF)數(shù)據(jù)集。研究發(fā)現(xiàn)，LAIs引起的積雪反射率擾動是非線性減速的，即每ppm LAIs對積雪反射率的削減隨積雪污染的增加而減小。當存在足夠的黑碳時，雪反射率可能會保持較低水平而不會迅速下降，黑碳引起的積雪暗化可能在其濃度處于數(shù)千ppm時達到飽和。測量表明，極高的LAIs濃度水平可能會增加其消光范圍，黑碳可以使整個測量范圍內(nèi)(350-2500 nm)的積雪暗化，而沙塵和灰分只能影響到1200 nm之前(350-1200 nm)。含沙塵或灰分的積雪分別在600和700 nm左右出現(xiàn)光譜斜率突變點。大量沙塵或灰分顆粒的沉積可使1400 nm波段以外的積雪反射率增加，沙塵增加0.1，灰分增加0.2。該研究結(jié)果促進了黑碳、沙塵和灰分對積雪角反射模式影響的全面理解，有助于進一步了解吸光雜質(zhì)、模擬臟雪中的反照率以及估算污染物含量。
西北研究院碩士研究生紀文政為論文第一作者，郝曉華為論文通訊作者，德國地球科學研究中心、蘭州大學、中國科學院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所共同參與研究。該研究獲國家自然科學基金資助，并得到冰凍圈科學國家重點實驗室數(shù)據(jù)分析支撐。
LAIs引起的積雪暗化效應示意圖
不同LAIs的消光特性差異
