中亚黄土堆积和粉尘变化的大气动力系统研究获进展

　　从非洲撒哈拉沙漠延伸至中国西北部和蒙古国南部的干旱与半干旱地带是北半球主要的粉尘源区，对该区粉尘排放变化及其动力系统的充分认识与全面了解，可以增强我们对全球粉尘循环及其驱动因素的理解，并为中亚干旱环境的形成演化提供知识支撑。中亚干旱区自里海绵延至东天山，位于北半球粉尘带的东段，该区由沙尘暴引发的粉尘排放约占全球粉尘排放量的17-20%，对社会经济、人体健康和生态系统产生了严重且深远的影响。因此，对中亚地区粉尘活动及其动力系统的研究具有重要的科学与现实意义。
　　中亚地区广泛分布的风成黄土（古粉尘）沉积为阐释该地区粉尘循环的自然驱动机理提供了良好载体。近年来，中国科学院地球环境研究所中亚黄土研究团队联合德国马克思·普朗克化学研究所/希腊雅典国家天文台/中科院新疆生态与地理研究所/吉尔吉斯斯坦科学院地质所/塔吉克斯坦科学院地质、地震工程与地震学研究所/乌兹别克斯坦地质科学大学/伊朗霍尔木兹甘大学/福建师范大学等，致力于解决中亚黄土沉积的粉尘来源与粉尘变化动力机制问题，取得了系列阶段性成果，尤其在中亚北部和南部的粉尘动力过程研究中获得了重要进展。该团队撰写了关于中亚粉尘的焦点回顾论文（GR Focus review article），发表在Gondwana Research上。
　　该论文系统回顾地环所中亚黄土研究组和国内外中亚黄土与粉尘研究的最新进展，详细比对中国黄土高原与中亚北部、南部的黄土指标变化特征（图1），结合大气粉尘现代过程，发现中亚北部的粉尘活动与黄土堆积主要发生在春季，受控于西伯利亚高压系统的影响，指出北大西洋涛动（NAO）在较短的时间尺度（如千年尺度）上对中亚北部的粉尘活动具有显著作用。而中亚南部的粉尘动力系统与北部存在较大差异。在中亚南部地区，粉尘排放主要发生在夏季，粉尘活动的强度主要受控于里海-兴都库什指数（CasHKI），CasHKI处于高模态时伴随着更强的粉尘活动。文章提出，查明不同时间尺度上CasHKI强度变化的动因将是未来主要的研究任务。研究发现，控制费尔干纳盆地粉尘搬运的风动力受到CasHKI的影响，因此，就粉尘的动力系统而言，中亚地区（天山和帕米尔以西的地区）大致可以北天山-咸海南部为界分为南北两部分（图2）：北部的粉尘活动和黄土堆积主要受西伯利亚高压和NAO相位变化的影响，而南部的粉尘输送和沉积主要由CasHKI模态影响。然而，要精准确定南北的边界，下一步将对乌兹别克斯坦东部塔什干地区的黄土作进一步调查。研究表明，中亚黄土古气候研究需要进一步加强典型西风区中纬度西风与风成黄土沉积的动力联系的研究。
　　研究工作得到第二次青藏高原综合科学考察研究、国家自然科学基金和中科院战略性先导科技专项（B类）等的支持。
　　图1.末次冰期以来中亚北部（a、b）和南部（e）粉尘风动力指标与中国黄土高原（CLP）（c、d）以及北纬65 N的夏季太阳辐射对比
　　图2.中亚北部和南部黄土沉积揭示了不同的大气粉尘动力系统