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青藏高原及其周边地区是地球上除两极地区之外冰川分布最为广泛的区域,是众多大江大河的源头,具有“亚洲水塔”之称,并且该地区的大部分冰川正在退缩。反照率直接影响冰川对太阳辐射的吸收,而太阳短波辐射是冰川消融的主要能量来源。雪冰表面的反照率主要受杂质含量(粉尘、黑碳及火山灰等),雪粒径,雪重量含水率,雪密度,云量及太阳高度等因素影响。目前青藏高原雪冰中颗粒物对反照率的影响相关工作还比较缺乏,而且前人研究主要侧重于黑碳,本文则主要关注粉尘的影响。 本论文选取青藏高原中部的大陆性冰川羌塘1号和藏东南海洋性冰川帕隆藏布4号作为研究区。在羌塘1号和帕隆4号冰川进行野外实测工作,分别于2013年、2014年和2015年夏季观测反照率、测量雪特性并采集表雪样品,分析颗粒物(粉尘、黑碳)时空变化,并建立了卫星数据反演长时间雪粒径变化的方法。结合雪冰反照率模型SNICAR和SAMDS模型(SNow ICe and Aerosol Radiation model和Spectral Albedo Model for Dirty Snow)定量分析颗粒物(粉尘、黑碳)对冰川反照率的影响和评估颗粒物的辐射强迫,并进一步通过冰川物质能量平衡模型COSIMA(COupled Snowpack and Ice surface energy and MAss balance model)估算反照率对冰川物质平衡的影响。主要结论如下: (1)夏季颗粒物浓度在冰川表面不断增大,羌塘1号冰川粉尘含量大部分在150ppm以内,少数区域能够达到1000ppm以上,但黑碳含量很低,在10ppb以下,这主要与羌塘1号冰川位于青藏高原中部远离人类活动区且选用SP2测试有关;帕隆4号冰川表雪5月粉尘浓度大多小于100ppm,9月份冰川表面粉尘浓度基本都1000ppm以上,但随粉尘浓度增大反照率变化较小。通过数据分析发现,粉尘与反照率相关性较好,在1000ppm以下随着粉尘浓度的增加,反照率迅速降低,1000ppm以上反照率基本趋于平稳。 (2)反照率随雪重量含水率、雪粒径以及雪密度的增大而降低。其中,重量含水率越高反照率越低,这主要与液态水附着在雪颗粒上并填充雪空隙增大粒径有关,观测到的雪重量含水率从0到29%,但主要集中在10%以内;雪粒径的观测结果大致呈对数正态分布,半径集中在500μm左右,最大雪颗粒半径为2539μm,最小雪颗粒半径为40μm;雪密度分布拟合呈正态分布,出现频率最多的为400kg/m3,观测到的雪密度最小最大值分别是193kg/m3和555kg/m3。 (3)2015年7月羌塘1号冰川反照率都处在降低阶段,积累区MOD10A1反照率由月初的0.8左右降低到月末的0.4左右。MODIS卫星反照率与实测反照率的差异主要是由于波段不同导致的;基于NDSI的经验公式算法获取的雪覆盖度要优于MODSCAG算法的雪覆盖度结果;通过对比三种(单波段算法、双波段比值法和MODSCAG算法)不同雪粒径反演算法的结果,基于渐进辐射传输理论的单波段算法在羌塘1号冰川雪粒径反算中表现最为优异,与野外实测粒径比较中R2达到0.8941。 (4)实测结果显示,在羌塘1号冰川,粉尘对反照率的影响最为明显,雪粒径次之,黑碳更弱。消融后期雪粒径、雪厚度、雪含水率以及雪密度是导致模拟误差的主要原因。模拟分析结果显示,2015年7月羌塘1号冰川表雪中粉尘和黑碳分别降低雪冰表面反照率的6.00%和0.10%左右;其平均辐射强迫约为40W/m2和1W/m2,由于SP2测试黑碳浓度偏低,因此该结果只是相对比较而言。通过COSIMA模型初步估算2015年7月粉尘降低反照率对冰川物质平衡的影响约为51%。