亚洲粉尘对大气系统、生物地球化学循环和雪冰消融，乃至人类健康均有重要影响。粉尘作为大气重要的组成成分，对全球气候具有重要的作用，包括对太阳辐射的反射和散射、对海洋“铁肥料”的供给以及对降水的影响等^{[1, 2]}。IPCC第五次评估报告亦指出粉尘能够加速全球生物地球化学循环^[3]。中亚粉尘源区以其广阔的面积以及所提供的巨大的粉尘量(仅中国西北地区每年向大气输送的沙尘估计就有800Tg)，成为研究全球变化与区域响应的关键区域之一^[4]。其中，青藏高原研究区亦受到中亚粉尘的重要影响，高原上大气粉尘反映的环境信息通过高分辨率的冰芯记录已经有所发现^[5~8]，冰芯粉尘已经为研究青藏高原及周边地区气候环境演变的研究提供了重要的证据。亚洲粉尘具有重要的气候和环境影响，在中亚、东亚地区和整个北半球尺度上都表现明显^{[9, 10]}。气团反向轨迹和卫星资料证实，远距离传输的亚洲粉尘物质主要来自于中国西北部的大沙漠以及蒙古戈壁等^[11~15]。远距离传输粉尘在大气过程中扮演着重要角色^{[1, 9]}，而且最近的研究亦证实风尘沉降到冰川会明显降低冰川表面反照率，加速雪冰消融^{[16, 17]}。

雪冰粉尘记录了现在和过去的大气环境信息，由于其沉积位置高(位于对流层的中上部)，能够更加敏感地记录高空大气环境的变化，因此在反映风尘演化方面具有独特的优势(尤其是中亚和青藏高原地区)，雪冰中的风尘沉积相关研究也是当前“第三极”冰川与环境变化研究的热点^{[5, 6, 18~32]}。在全球许多地区，包括极地地区和青藏高原、中亚天山地区都进行过雪冰粉尘研究。其中冰芯微粒反映的古气候演化研究在较早前已有较多开展，然而总体上来看亚洲内陆地区(包括我国西部)雪冰粉尘传输和循环的属性、现代过程研究较少^{[32, 33]}。短期或长期的粉尘粒径分布的不同可以反映源的强度、源的远近、源地表植物覆盖的情况、大气环流的状况、气候条件以及水汽的循环和积累量等的情况^{[4, 33]}。通过扫描电镜(SEM-EDX)和透射电镜(TEM-EDX)分析微观形貌，可以揭示粉尘不溶颗粒的组分类型、成因和化学性质^{[9, 22]}。雪冰中粉尘来源示踪研究也是近期粉尘相关研究的热点问题，由于放射性同位素Sr-Nd的比值分布在地球表面不同区域具有地带性差异，且在随大气传输或沉积的过程中不易被改变，因此通常可作为粉尘来源的示踪物^[34]。例如，近期Wu等^[35]研究了敦德冰芯上部粉尘Sr-Nd同位素组成特征，发现近期敦德冰芯粉尘主要来源于柴达木盆地和塔克拉玛干沙漠；Xu等^[29]运用中国西部一些冰川积雪Nd-Sr同位素比值的差异性分析了不同区域积雪中粉尘的来源；Nagatsuka等^[36]基于Nd-Sr同位素研究了中亚几个区域冰尘的来源；Du等^[37]研究了天山庙儿沟冰芯粉尘的Nd-Sr同位素组成和稀土元素组成，表明了塔克拉玛干沙漠对该区粉尘传输的较大贡献；Wei等^[38]结合Nd-Sr同位素组成和稀土元素特征讨论了祁连山老虎沟冰川表面降尘来源。随着科技手段的发展，近期在粉尘Nd-Sr同位素示踪体系里面加入Lu-Hf同位素示踪体系以后，使得对源区的区分更加清晰^{[39, 40]}。

我国青藏高原及其东北缘的祁连山脉，以及新疆天山山脉、阿尔泰山等，位于亚洲沙尘活动的源区范围内。沉积在山岳冰川积雪中的不溶微粒可以直接反映大气中的粉尘信息，是气候环境变化的指示器。通过研究接近于成云高度积雪中沉积的微粒数量和浓度、粒度分布、同位素组成来源示踪，可以对亚洲风尘在内陆上空自由对流层的输送和循环提供一个有用的认识^[28~31]。远距离传输的粉尘主要在高空进行传输，开展高海拔地区的雪冰粉尘研究可以反映风尘循环的大范围区域大气环境和粉尘本底信息^{[36, 39]}，为古气候环境研究提供理论依据。本研究主要回顾了近年来研究组开展的相关工作，简要总结了研究的进展，并且将不同区域研究区的结果进行综合对比分析，以探讨高海拔粉尘大范围沉降的空间差异性、传输过程和风尘物质大范围循环。

在我国西部不同区域开展野外冰川观测，采集冰川区积雪和冰尘样品。研究区域包括天山托木尔峰72号冰川、天山奎屯哈希勒根51号冰川、天山乌鲁木齐河源1号冰川、天山博格达峰冰川、天山庙儿沟冰川、祁连山老虎沟12号冰川、祁连山十一冰川、唐古拉冬克玛底冰川、念青唐古拉山扎当冰川、玉龙雪山白水1号冰川等(如图 1和图 2，详细信息见表 1)，具有很好的空间代表性。采集积雪样品时主要采集冰川积累区雪坑样品，获得多年的粉尘沉降状况；同时采集不同海拔带表层雪样品和冰尘样品。本研究涉及到的第一手野外雪冰样品达500多个。具体采样过程和细节详见相关文献[19~27]。此外，本研究在分析时引用了其他区域的积雪和冰芯研究数据以及文献进行综合对比分析^{[33, 35, 41~45]}(见表 1)。

图 1(Fig. 1)

图 1 本研究在高海拔冰川区亚洲粉尘沉降的冰川雪冰观测采样点分布图 Fig. 1 The location map of eolian dust deposition study sites in Western China, including remote glaciers in different regions

图 2(Fig. 2)

图 2 青藏高原冰川表面观测到大量大气粉尘沉降颗粒 (a)祁连山老虎沟(Laohugou Glacier No.12 in Qilian Mountains)；(b)玉龙雪山(Baishui Glacier No.1 at Yulong Mountains) Fig. 2 Observed large-amount of dust particles deposition in the glacier surface of Tibetan Plateau

表 1(Table 1)

表 1 本研究涉及到的第一手采样点和全球不同区域雪冰粉尘研究采样点位置信息 Table 1 The location of the sampling sites for aeolian dust deposition in snow and ice study around the world 采样点编号 采样点名称 经纬度和海拔 采样位置 资料来源 TG72 天山托木尔峰72号冰川 41°N，79°E；4600m 冰川积累区雪坑 文献[20] HG51 天山奎屯哈希勒根51号冰川 43°N，84°E；4100m 冰川积累区雪坑 文献[21] UG1 天山乌鲁木齐河源1号冰川 43°N，86°E；3700~4200m 冰川积累区雪坑；冰川不同海拔带冰尘 文献[19, 21] BG 天山博格达峰冰川 43°N，88°E；3900~4800m 冰川积累区雪坑 文献[21] MG 天山庙儿沟冰川 43°N，94°E；3800~4510m 冰川积累区雪坑，冰川不同海拔带冰尘 文献[21] LG12 祁连山老虎沟12号冰川 39°N，96°E；4260~5040m 冰川积累区雪坑；冰川不同海拔带冰尘 文献[19, 25] SG 祁连山十一冰川 38°N，99°E；3900~4510m 冰川积累区雪坑；冰川不同海拔带冰尘 文献[19, 25] DG 唐古拉冬克玛底冰川 33°N，92°E；4200~4600m 冰川不同海拔带冰尘 文献[19] ZG 念青唐古拉山扎当冰川 30°N，90°E；5500~5900m 冰川不同海拔带冰尘 文献[19] BG1 玉龙雪山白水1号冰川 27°N，100°E；3800~4500m 冰川不同海拔带冰尘 文献[19] DD 敦德冰帽 38°N，96°E；5325m 冰川积累区冰芯 文献[35] RB 喜马拉雅山东绒布冰川 27°N，86°E；6518m 冰川积累区冰芯 文献[41] DSP 青藏高原达索普冰川 28°N，85°E；6000m 冰川积累区冰芯 文献[42] GG 唐古拉山拉丹东冰川 33°N，91°E；5950m 冰川积累区冰芯 文献[43] MG 慕士塔格冰川 38°N，75°E；5910m 冰川积累区冰芯 文献[42] Ngozumpa 喜马拉雅山Ngozumpa冰川 28°N，86°E；5700m 冰川积累区冰芯 文献[44] Tateyama 日本Tateyama雪山 36°N，137°E；2450m 多年积雪 文献[33] Penny 北极加拿大Penny冰帽 67°N，66° W；1980m 冰芯和积雪 文献[45] Devon 北极加拿大Devon冰帽 77°N，82°W；1800m 冰芯和积雪 文献[45] Alaska 美国Alaska冰川 63°N，151°W；2500m 冰川积累区雪坑 文献[44, 45] Summit 北极格陵兰Summit冰川 72°N，38°W；3207m 冰芯和积雪 文献[44, 45]

表 1 本研究涉及到的第一手采样点和全球不同区域雪冰粉尘研究采样点位置信息 Table 1 The location of the sampling sites for aeolian dust deposition in snow and ice study around the world

(1) 粒度、浓度分析。本研究中微粒的粒度分析使用Accusizer 780A光学粒径检测仪(美国PSS)。仪器分析得到各个粒径范围内的微粒的精确数量^{[21, 30, 31]}，可以根据需要进行统计。据此统计出质量浓度、数量浓度和体积随粒径变化的对数分布。体积随粒径的对数分布可以很好地反映风尘的粒径分布状况。此外，文献中一些研究粒度分析使用了库尔特粒度计数仪等类似的仪器分析^[41]。

(2) Nd-Sr同位素地球化学分析。Sr-Nd同位素示踪(⁸⁷ Sr/⁸⁶ Sr和ε_Nd(0))方法是最有效的粉尘来源示踪方法并且得到了广泛的应用^[46]。仪器测试使用热电离质谱仪TIMS进行。前处理过程分为称样品、溶解样品、Sr-Nd元素的分离过柱、浓度富集、及涂片上机测试。标样测试对比实验表明，TIMS进行Nd-Sr同位素测试误差控制在1 %以内。

(3) 扫描电镜-透射电镜-能谱分析。同时，通过应用扫描电子显微镜与X射线能谱仪联用系统(SEM-EDX)获取冰川积雪中粉尘单颗粒的形貌特征信息。选取代表性的积雪样品在室温下融化，并采用直径为47mm和0.8μm孔径的聚碳酸酯滤膜过滤样品。扫描电镜使用JSM 6701F冷场发射型扫描电子显微镜(日本电子光学)与X射线能谱仪(Thermo)联用系统、进行人工单颗粒样品分析。透射电镜为JEM-2100F(JEOL)，结合EDX能谱能够获得穿透颗粒更多单颗粒内部信息^[22]。

与其他介质相比，冰芯具有保真性强(雪冰低温环境)、信息连续性好，而且分辨率高、时间尺度长的特点^{[6~8, 28]}，使其成为亚洲风尘高空循环历史研究的绝佳选择。冰芯粉尘记录研究显示，当微粒含量高时对应的气候条件为冷干，含量低时气候多为暖湿^[6]。冰芯微粒研究对于冰芯定年、古气候环境事件的记录恢复方面起了重要作用^{[41~45, 47~51]}。已经有研究报道了青藏高原冰芯粉尘的浓度和粒度、化学组成记录及其气候环境指示^{[7, 32, 41, 48~50]}。例如Thompson等^[6]基于冰芯粉尘研究了末次冰期以来的环境演化；Kang等^{[7, 48, 49]}研究了北半球不同区域冰芯中粉尘记录反映的北半球春季大气环流变化和大气粉尘活动以及青藏高原大气粉尘荷载量变化历史；Wu等^[35]研究了敦德冰芯记录的Nd-Sr同位素及其近期该区粉尘沉降的来源，以及青藏高原冰芯中体积粒度分布及其环境变化信息^[50]；王宁练等^[51]基于青藏高原达索普冰芯揭示了近500年来粉尘活动强弱整体趋势为增强；Xu等^{[41, 47]}基于绒布冰芯揭示了近期青藏高原南部沙尘活动频率的变化及其粒度分布变化；Zhang等^[43]研究了青藏高原格拉丹东冰芯500年的粉尘沉降记录及其反映的区域粉尘活动强弱等气候变化；Grigholm等^[8]根据冰芯记录发现青藏高原面上20世纪以来粉尘活动由于风力减小而呈现出减弱的趋势。上述研究为青藏高原气候环境演化研究做出了重要贡献。总体上目前还很少有冰芯研究针对粉尘的Hf-Nd-Sr等元素同位素的来源示踪研究^{[35, 37]}。冰芯研究中对亚洲风尘物源在历史不同时期的演变过程及其在不同典型气候区演化的时空差异不明确，亦缺乏对长时间序列的历史时期粉尘物源演化的示踪研究。

目前关于雪冰粉尘沉降的浓度和通量的研究已经有较多开展，主要分布在北半球不同区域的冰川和极地冰盖相关记录研究。其中，研究中表征粉尘传输中属性的主要指标为颗粒的粒度分布、浓度、沉降通量等。本研究(图 3)同时估算了研究点的粉尘沉积通量和浓度，将青藏高原、中亚内陆的祁连山和天山及周边区域冰川粉尘沉积的平均浓度、通量与北半球其他区域类似的研究进行比较。尽管这些研究区域采样时期不同，但是总体集中在近期现代沉降时段。结果发现，祁连山冰川区和位于中亚内陆的天山冰川区、慕士塔格、达索普冰川以及日本Tateyama山等雪冰中微粒浓度有着相似性^{[33, 42, 44, 45]}，都有比较高的浓度值和通量。尤其与毗邻的天山山区相比，祁连山冰川区的粉尘浓度和沉降通量显得很高，二者均处于亚洲内陆的粉尘源区，这也反映了周边粉尘源区的大量微粒输入冰川区；此外祁连山和天山浓度通量远远高于极地冰雪中的微粒浓度和通量。整体上，托木尔峰地区、哈密庙儿沟和老虎沟冰川区粉尘的沉降浓度和通量都很高^{[21, 25]}，与周边大沙漠和干旱区分布较近显著相关。其他区域相对距离较远，因而风尘沉降的浓度较少，证实了整体上亚洲内陆高空粉尘传输与源区的距离有着最为密切的因素。尽管风尘传输远距离主要受粒度的影响，但是高海拔循环的粉尘量主要受到源区远近和源区强弱的影响。在高空传输过程中粉尘含量逐渐减小，粒度分布逐渐分选颗粒变细，从亚洲粉尘源区周边的天山-祁连山-青藏高原，再到喜马拉雅山高海拔冰川、到极地雪冰中沉降的粉尘表现出粒度众数减小的变化趋势(图 4)。图 4中敦德冰芯粒度众数明显小于老虎沟冰川和十一冰川，可能主要原因在于样品不同期和位于祁连山南坡高海拔区域，降水较多周围植被发达导致粉尘传输总量和粒度相对较小。而喜马拉雅山东绒布冰芯由于位于高原南缘以及海拔高，其粒度分布由于层层分选显得很小。

图 3(Fig. 3)

图 3 雪坑和冰芯中粉尘浓度和通量不同区域冰川的对比 反映出距离干旱区大的粉尘源区较近的高海拔地区(如哈密、老虎沟及托木尔峰)雪冰粉尘沉降浓度明显较高，其余区域次之，反映了高空粉尘量传输主要与距离源区远近有关图中数据引自文献[21, 24, 25, 42, 44, 45] Fig. 3 Comparison of concentration and flux of dust deposition in various locations of Western China and other arctic sites, showing spatial difference and transport routes of Asian dust

图 4(Fig. 4)

图 4 中国西部和北极地区冰川冰尘、雪坑和冰芯中粉尘体积-粒度(对数)分布反映的大气远距离传输和局地传输 冰尘由于海拔较低，冰川消融区可以捕捉到一种周围局地粉尘输入信息(图中粗颗粒段落，粒度20~100μm)；常规段落(粒度为0.6~20μm)反映了远距离高空大气风尘传输的信息；图中敦德冰芯两条曲线分别代表冰芯中粉尘含量高和含量低的时期的粒度分布，含量高的时期粒度分布较大[50]；图中粒度数据引自文献[19, 20, 21, 25, 35, 41, 45] Fig. 4 Comparison of volume-size distribution for dust deposition in snow and ice of Western China and Arctic region, showing the large difference of mode-size in different remote regions

有研究证实，粉尘在随大气传输过程中，距离越远，粒度分选就会越好，则雪冰中微粒浓度和沉积通量值越小^{[44, 45]}。例如粉尘从源区到达遥远的北极需要很长时间，远距离的传输使得大气气溶胶微粒浓度降到了很低。中亚地区雪冰粉尘沉降的地理位置决定了大气气溶胶微粒的沉积不会经历很长途径。从沙尘发生到粒度分选，再到沉积，大气中微粒浓度的下降程度要远远低于到极地的值。因而在亚洲内陆高海拔雪冰中微粒表现出高浓度和较大的粒度分布众数(图 4)，而极地的雪冰粉尘粒度众数平均在1.7~2.3μm之间^{[42, 44]}。同时反映了雪冰微粒与中亚粉尘源区，如我国塔克拉玛干沙漠、柴达木盆地沙漠、北方的巴丹吉林沙漠、腾格里沙漠、大戈壁等源区密切的关系，即中亚粉尘源区对周边山地冰川雪冰中微粒沉积具有决定性的贡献。研究还发现，冰川表层雪沉降的粉尘存在明显的沙尘与非沙尘季节的变化，反映在浓度变化和粒度分布方面(沙尘季节的典型粒度双峰模态)，说明了对区域粉尘活动信息的保存较为敏感^[27]；在不同海拔带的大气降水和降雪中存在明显的差异性，反映出与郊区降水中的粉尘颗粒物相比、冰川区粉尘沉降更少受区域污染物来源颗粒的混合影响^[26]。

亚洲风尘物源研究对揭示风尘物质的产生与搬运机制、解读风尘沉积的古环境记录、评估目前亚洲粉尘的环境效应都有重要意义^[46]。青藏高原冰芯中的粉尘Nd-Sr同位素指标与风尘源区迁移、粉尘搬运路线变化以及源区自身演化等因素密切相关^{[32, 35]}。中亚粉尘的高空传输粒度分布在雪冰中呈现出常规段落的相似性，粒度分布众数都在10~15μm之间，随着距离源区远近、周边粉尘活动强弱粒度大小表现出较细微的差异(图 4)。除此之外，非常规段落随着局地的扬尘而明显出现，冰尘和积雪中其粒度分布众数通常在40μm左右(见图 4和相关文献[19, 27])。作为大气圈沉降到冰面的吸光性物质的混合组成物，冰尘对改变冰川区辐射强迫、冰川加速消融乃至水资源变化具有重要的影响。通过扫描电镜(SEM-EDX)观测发现，冰尘中的矿物粉尘颗粒占到了冰尘组分的绝大部分^[19]，因而该研究聚焦于对青藏高原冰尘中矿物粉尘来源的确定，进行了青藏高原和天山不同区域包括祁连山老虎沟12号冰川和十一冰川、唐古拉冬克玛底冰川、念青唐古拉山扎当冰川、天山乌鲁木齐河源1号冰川以及玉龙雪山白水1号冰川共6个冰川区冰尘中矿物粉尘的Nd-Sr同位素来源示踪(⁸⁷Sr/⁸⁶Sr和ε_Nd(0))和粒度分布研究^[19]。证据表明，青藏高原目前的冰尘Nd-Sr同位素组成特征不同于周边的中亚大沙漠(如位于高原西部上风向的塔克拉玛干沙漠、以及柴达木盆地沙漠等)，也非主要来源于冰川周边的山谷土壤粉尘；而是主要来自于青藏高原表面的粉尘源(也属于远距离传输)，如地表风化物、高原上近期逐渐扩大的沙漠化区域等(图 5和文献[19])。这与天山地区不同，研究发现天山地区冰尘主要受塔克拉玛干沙漠等粉尘的影响。除了祁连山冰川区，其粉尘来源一定程度受柴达木和戈壁等影响明显(同位素证据)^{[19, 25]}。如图 5所示，在祁连山两个研究区采集的冰尘和积雪所反映的Nd-Sr同位素具有较大差异，如积雪反映了粉尘主要来自于巴丹吉林沙漠和柴达木的影响^[25]，而冰尘反映了受南部戈壁和塔克拉玛干沙漠的部分影响^[19]。这一方面反映了不同时期采集样品的粉尘来源差异，因为祁连山积雪样品较早采集，而冰尘采集相对较晚几年；另一方面也反映了冰尘是较为综合的覆盖整个冰川的粉尘沉降混合信息(在冰川不同海拔带采样综合分析)，而且冰尘存在消融过程中粉尘的冰川表面再分配；而积雪仅反映高海拔一个单点(雪坑)的粉尘来源。积雪采样点位于粒雪盆海拔很高，只有亚洲风尘中的小部分远距离传输颗粒保存在雪坑中；而冰尘则是一个冰冻圈区域较大的海拔范围风尘沉降，其包括了远距离传输和局地传输的混合状态。因而可以推测，不同时期不同海拔风尘传输有差异，但是通过冰尘可以获得更为全面的近期亚洲风尘沉降混合信息。此外，如不同时期采集的敦德冰芯与祁连山十一冰川粉尘Nd-Sr同位素也反映出粉尘来源存在差异^[35]，说明风尘传输在不同时期随气候的变化较为敏感。本研究冰尘的结果反映了近期一个较为全面的现代粉尘沉降信息，与历史时期存在一定差异，也说明亚洲风尘大范围传输和循环过程十分复杂。

图 5(Fig. 5)

图 5 青藏高原和中亚内陆不同区域冰川区的冰尘Nd-Sr同位素(87Sr/86Sr和εNd(0))反映的亚洲风尘高海拔传输和沉降循环 图中同位素数据来自于文献[19, 25, 29, 35, 36] Fig. 5 Nd-Sr isotope (87Sr/86Sr and εNd(0)) distribution in the glacier cryoconite and snow in the remote locations of Western China and surrounding regions, showing the transport and deposition of Asian dust in high regions

冰尘的体积-粒度分布表现为典型的两个正态分布峰的模态(0.57~20μm和20~100μm两个段落)(图 4)，反映出粉尘局地源和远距离传输的信息。研究中估算获得冰尘中局地来源的粉尘颗粒所占的数量浓度比例，在各个区域局地来源的粉尘占数量比均 < 20 % ^[19]。根据NOAA/NCAR的风场资料发现，西风带在高原西侧的南北绕行(尤其700mb以下)可能阻碍了中亚大沙漠的风尘向高原内部传输，尤其是对于远距离传输粉尘，使得目前气候条件下高原周边的大沙漠粉尘(如塔克拉玛干沙漠等)不能轻易传输到青藏高原内部^[19]。尽管如此，发现北部的冰川区(如老虎沟等)受到青藏高原东北部源区的影响。因而这项研究有助于认识青藏高原面上大范围的冰尘形成、远距离粉尘的传输循环和气候背景。

高海拔冰川区的冰尘具有丰富的环境信息，同时因其改变冰面反照率和能量平衡，维系冰面微生物生态系统等方面而具有重要的研究意义。基于2014年野外冰尘采样和实验室TEM-EDX方法分析，本研究主要针对我国西部地区不同区域冰川区，开展冰川表面冰尘中各种组成要素单颗粒特征和化学成分的研究，以探索其不同组分的组成比例和形成特征，进而分析冰尘反映的区域大气风尘高空传输及其各组分混合信息^{[22, 24]}。结果表明，冰尘中沉降了大量的各种除了矿物粉尘之外的杂质，主要组分分别为各种矿物粉尘、盐类、黑炭、飞灰和烟尘、生物质颗粒(图 6)。分析认为，冰尘单颗粒特征的区域差异性反映了受区域大气环境和人类活动传输携带作用的共同影响；尤其是在青藏高原南部冰川区黑炭-飞灰等化石燃料燃烧产物含量高；而高原中部的唐古拉山，北部的祁连山以及天山冰川区冰尘以粉尘含量为主导，因其距离中亚粉尘源区的大沙漠较近，周边分布有塔克拉玛干、柴达木以及戈壁、巴丹吉林沙漠等大的输送源。微生物和盐类、黑炭等的发现也表明，冰尘是各种区域环境信息复杂的组成综合体，在青藏高原大气风尘传输中和矿物粉尘混合在一起。青藏高原南部跨越喜马拉雅山的大气气溶胶中的单颗粒组成也验证了大气粉尘与各种污染物混合传输的信息^[24]。

图 6(Fig. 6)

图 6 青藏高原冰尘和积雪风尘沉降中混合的各种单颗粒及聚合物 (a)玉龙雪山冰尘烟尘-矿物颗粒聚合；(b)老虎沟冰尘硫酸盐-粉尘聚合颗粒；(c)扎当冰川积雪中黑碳(焦炭)-粉尘聚合物(d)冬克玛底冰尘NaCl-硫酸盐-铝酸盐聚合物 Fig. 6 Individual particles of various components in the cryoconite and snow pit found in the Tibetan Plateau glaciers. (a)Dust-soot(BC)aggregated particles in Yulong Mountains; (b)Dust and sulfate salt aggregated particles in Laohugou Glacier No.12; (c)BC and dust aggregated particles in Zhadang glacier; (d)Aluminate-NaCl-dust particles in Dongkemadi Glacier

目前在青藏高原冬克玛底冰川和藏东南冰川区开展的研究已经证实雪冰中沉降的粉尘会极大的降低反照率，引起冰川加速消融^{[16, 17]}。模型估算获得沉降在冬克玛底冰川的粉尘会降低冰川反照率大概在25 % ± 14 %的幅度，辐射强迫大概在21.23±22.08 W/m^2[17]，而在藏东南雪冰粉尘造成的辐射强迫为1.5~120W/m²，必将造成冰川消融强烈^[16]。此外，中亚大气粉尘的传输和沉降对冰川融水径流存在一定的影响。基于2012~2013年在祁连山老虎沟冰川区(海拔高度4260m)两个完整的消融期年度观测，结合实验室粉尘粒度分析测试、融水化学属性分析以及扫描分析等技术手段^[23]，结果发现粉尘特征在消融期的变化很好地反映了冰川消融过程，融水中粉尘浓度和粒径众数在冰川强烈消融期的7月份表现为最高。粉尘体积粒径分布主要包括大气气溶胶超细颗粒(0~3.0μm)，大气粉尘颗粒(3~20μm)，以及局地源的粗颗粒(20~80μm)^[23]。融水径流中大量的颗粒物来自于雪冰中大气粉尘沉降(比例高)，随着雪冰在消融期加速消融，这些粉尘颗粒物释放到冰川径流中造成融水理化性质变化。融水中化学离子相对组成及其浓度消融期变化都与粉尘有较好的一致性、以及pH值和电导率消融期的变化均也反映了粉尘对融水物理化学指标的影响^[23]。老虎沟冰川流域河水SEM-EDX分析说明了融水中的粉尘颗粒物包括了大量富含Al、Ca、K、Fe的矿物成分，例如石英、长石、铝酸盐，以及飞灰单颗粒等^[19]，这与流域上部冰川雪坑中沉降的颗粒物相一致^[23]。因此，中亚大气粉尘的传输和沉降对高海拔冰川区融水径流的理化特征有着重要甚至被低估了的影响作用^[23]。粉尘来源地球化学特征、物源组成演化与区域气候环境变化密切关系^{[52, 53]}。而最新也有研究表明，现代高原北部干旱区河流水化学研究表明春季沙尘暴是影响河流溶解组成分季节变化的关键因素^[54]，因而在研究内陆干旱区化学风化过程中需要特别注意粉尘组分的贡献。并且认为现代高原东北部干旱区水化学受粉尘输入控制的格局可以至少追溯到约8Ma，而该时期高原东北部的显著隆升及内陆干旱化加强过程是其最终控制因素^{[54, 55]}。

亚洲粉尘具有在高海拔传输的气候效应，如高空的粉尘大气辐射强迫、散射等作用。本研究简要回顾了近期研究组开展的雪冰粉尘反映的高海拔风尘传输研究进展。对我国西部不同区域的高海拔雪冰粉尘研究结果进行综合对比分析，获得亚洲风尘在高海拔冰冻圈区域大范围沉降和循环的初步认识。前期的冰芯粉尘研究已经揭示了研究区气候环境的干湿变化和沙漠化过程等的演化，并且获得了大量区域气候环境演化信息。研究发现冰川积雪中粉尘的时空差异证实了高空粉尘传输量(浓度和通量等)与源区大小以及距离源区远近有着最为密切的关系，风力和粒度等因素的影响较为次之。冰尘示踪同位素和粒度反映的青藏高原粉尘传输和沉降主要来自于高原面上的地表风化物和沙漠化，而非周边塔克拉玛干等大沙漠的输入。冰尘研究发现风尘传输和沉降过程中混合了大气各种组分单颗粒；此外，冰冻圈消融释放的粉尘会引起雪冰加速消融以及冰川流域融水理化性质改变。

目前雪冰粉尘研究中缺乏历史时期冰芯粉尘物源的同位素示踪(⁸⁷Sr/⁸⁶Sr和ε_Nd(0))精准化研究，对现代积雪粉尘源区研究和传输循环过程方面开展的工作也不多；对亚洲风尘物源在历史不同时期的演变过程、及其在不同典型气候区演化的时空差异不明，亦缺乏对长时间序列的历史时期粉尘物源演化的示踪研究。此外，对历史时期青藏高原地区季风和西风相互作用的过程不明，这种相互作用很明显会导致区域风尘沉积传输路径的差异，进而反映到“第三极”冰川沉积的风尘物源的历史变化上。未来雪冰风尘沉积研究的重点在于结合Hf-Nd-Sr示踪同位素、稀土元素(REE)、探针和透射电镜等技术，进一步细化研究粉尘传输路径和循环演化过程，弄清楚中亚地区及青藏高原面上风尘物源、季风演化过程(尤其是备受关注的近千年)。在此背景下开展的粉尘物质来源、输送循环与气候环境演化研究，将为青藏高原历史时期粉尘活动、季风系统的演化提供新的证据、并且为亚洲粉尘和“第三极”地区气候环境演化的研究作出新贡献。

致谢: 感谢同行评审专家和编辑部老师提出的宝贵修改意见!本文得到国家自然科学基金项目(批准号：41671062和41630754) 和中国科学院青年创新促进会专项项目(批准号：2015347) 的共同资助。