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气溶胶减排或使亚洲高山湖泊生态退化

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新萄京娱乐场 ,  在国家自然科学基金(项目号:41130102,
41471162,41505043,41601186)等的资助下,兰州大学西部环境教育部重点实验室刘建宝(第一作者)、陈发虎(通讯作者)等于2017年2月27日在国际著名刊物Nature
Climate Change
上在线发表论文“Aerosol-weakened summer monsoons decrease
lake fertilization on the Chinese Loess
Plateau”(论文链接:
P. Smol教授(共同通讯作者)和Kathleen M.
Rühland博士、河北师范大学许清海教授共同完成了部分野外采样工作以及室内的实验分析工作。

兰州大学西部环境教育部重点实验室陈发虎院士研究团队的一项最新科研成果揭示,人为排放气溶胶正对亚洲高山湖泊生态系统产生深刻影响,未来人为气溶胶的减排将可能加速其退化。该成果2月27日在线发表于《自然—气候变化》。

“人为排放气溶胶正在对亚洲高山湖泊生态系统产生深刻影响,减缓了亚洲高山湖泊的富营养化。”伦敦当地时间2月27日,《自然·气候变化》首次刊发兰州大学陈发虎院士团队关于亚洲高山湖泊生态系统历史影响的研究成果。

  已有研究认为,亚洲地区的快速工业-城市化发展导致近几十年来该地区气溶胶含量显著增多,在亚洲大陆上空产生“阳伞效应”,导致海陆热力差异减小,进而导致亚洲夏季风减弱。而在当前变暖背景下,气溶胶导致的这种夏季风减弱,使得该区域水生生态系统是否受到影响,已经发生哪些变化或可能存在哪些潜在的变化过程?这些问题对阐明全球变暖对湖泊环境的影响均至关重要。陈发虎研究组等依托位于山西西部黄土高原上过去2000年的高山湖泊记录,发现在自然暖期下,季风降水增强导致更多的营养物质被侵蚀输入到湖泊,致使湖泊发生了显著的富营养化;而在现代暖期,由于季风减弱,导致被侵蚀到湖泊中营养物质减少,致使湖泊并未发生富营养化。因此,在现代气候变暖背景下,快速工业化产生的气溶胶造成亚洲夏季风减弱的影响是导致其对高山湖泊生态和环境产生了不同于自然暖期下的影响过程的主要因素(图1)。研究组通过研究还指出,未来人为气溶胶的减排以及全球气候的持续变暖,将可能导致亚洲夏季风气候又返回自然变暖下季风增强的状态,从而可能导致更多营养物质输入到高山湖泊中,进一步加剧高山湖泊的生态退化,使该地区已经较为紧张的淡水供应的形势更加严峻。

陈发虎团队依托亚洲高山湖泊记录,首次揭示出在自然暖期环境下,亚洲高山湖泊发生了显著的湖泊富营养化,而在最近几十年以来人类活动主导的暖期环境下,由于人类活动排放的气溶胶阻止了亚洲夏季风的增强,从而造成亚洲高山湖泊没有发生富营养化,而如果未来由人类活动排放的气溶胶减少,亚洲夏季风将返回到自然暖期环境下季风增强的状态,将又可能导致亚洲高山湖泊系统出现之前的富营养化状态,进而导致其生态系统退化。

陈发虎团队根据黄土高原近2000年来的湖泊沉积物记录,首次揭示出在自然暖期(公元540年至760年和公元900年至1300年)的环境下,亚洲高山湖泊发生了显著的湖泊富营养化,富营养化藻类种属平均占比60%以上,营养物质磷平均含量在1100ppm以上。在当前50年来自然暖期环境下,人类活动排放的气溶胶阻止了亚洲夏季风增强,贫营养化的藻类种属平均占比75%以上,沉积物磷含量保持在850ppm以下,亚洲高山湖泊没有富营养化发生。“如果未来人类活动排放的气溶胶减少,形成地表温度下降和亚洲季风增强的状态,将导致高山湖泊富营养化状态。”陈发虎认为。

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相对于自然状态,评估和预测现代暖期人类活动主导的区域气候变化及其对生态系统的影响是极具挑战性的前沿科学问题。有研究认为,亚洲地区的快速工业化、城市化发展导致近几十年来该地区气溶胶含量显著增多,导致海陆热力差异减小,进而对亚洲夏季风气候产生了显著影响。但这种由于气溶胶导致的现代暖期季风变化与由于太阳辐射等自然因子导致的自然暖期季风变化特征有何不同?其对亚洲季风区的水生生态系统又会产生什么样的不同潜在影响?在全球未来持续变暖背景下,这种潜在影响会如何变化?这些问题尚不清楚。

课题组研究发现,人为排放气溶胶形成的全球变暖,事实上已经改变了自然状态下气候对生态系统的影响方式,而且这种人为影响明显超越了过去2000年的自然变率。研究表明,亚洲地区气溶胶减排将减弱对夏季风的影响,导致亚洲高山水生生态系统返回到自然变暖环境下的状态,从而加速亚洲高山湖泊发生富营养化,加剧高山湖泊生态系统退化,可能挑战这一地区日益紧张的淡水供应形势。“在目前全球气候变暖背景下,该项研究首次揭示了气溶胶污染对生态系统的可能潜在影响,为评估亚洲水生生态环境变化提供了科学依据。”陈发虎说。

该论文的第一作者、兰州大学刘建宝博士告诉记者,通过对比自然暖期和人类活动影响下暖期的季风变化对湖泊生态系统的影响过程及其机制,可为理解上述问题提供重要窗口。他们的研究认为,人为排放气溶胶影响下的全球变暖对亚洲湖泊生态系统具有显著不同的影响,事实上改变了自然状态下气候对生态系统的影响方式,而且这种人为影响已经明显超越了过去两千年的自然变率。这项研究表明,未来人为气溶胶的减排以及全球气候的持续变暖将进一步加剧该地区的高山湖泊的生态系统退化,可能会产生严重的富营养化问题,使该地区已经较为紧张的淡水供应形势更为严峻。

标签:气溶胶

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