第1章引言
雅鲁藏布江中上游
1.1 雅鲁藏布江地表粉尘考察背景
青藏高原北起昆仑山—祁连山北麓，南抵喜马拉雅山南麓，西起兴都库什山和帕米尔高原西缘，东抵横断山东缘，国内总面积约258万km2，平均海拔约4400 m（张镱锂等，2021），是世界屋脊、亚洲水塔（Immerzeel et al.，2010），被称为地球第三极（郑度和姚檀栋，2004a）。青藏高原毗邻亚洲中部干旱区，横亘在西风环流和亚洲季风的主要传输路径之上，巨大的高原面占据了对流层近一半的高度，对高原及周边地区的大气环流系统和北半球粉尘的释放、传输和沉降过程有着重大影响（李吉均和方小敏，1998；An et al.，2012b；Zhu et al.，2015；Dong et al.，2017；Chen et al.，2020b；Ling et al.，2022），进而对中亚、东亚乃至全球气候变化产生深远影响（姚檀栋等，2017），被称为全球气候变化的驱动机和放大器（潘保田和李吉均，1996）。近50年来，在全球气候变暖和人类活动加剧的背景下，青藏高原地区气候环境经历了深刻变化，如冰川冻土融化、湖泊面积扩张、冰崩和冰湖溃决等灾害频发，高寒草地退化，土地沙化严重，粉尘释放加剧等（Yao et al.，2019；Chen et al.，2020b；Veh et al.，2020），为人类生存环境安全和区域可持续发展带来了巨大挑战。
高原粉尘是青藏高原高寒环境下岩石圈、水圈、大气圈、生物圈和冰冻圈等长期相互作用的产物（Dong et al.，2017），是青藏高原系统的重要组成部分。粉尘活动一方面形成了分布广泛的黄土沉积，为人类活动提供了适宜场所，记录了区域乃至全球气候环境变化的信息（Lehmkuhl et al.，2000；Maher et al.，2010；Shao et al.，2011；Stauch，2015；Ling et al.，2020a，2020b）；另一方面给人类健康带来不利影响，引发了一系列生态环境问题。高原粉尘通过改变冰雪表面反照率对高原冰冻圈的变化产生直接影响，通过气溶胶的气候环境效应直接或间接地影响大气热力和动力结构，进而对区域乃至全球气候变化产生重要影响（Jia et al.，2015，2018；董志文等，2017；Zhang et al.，2021b）。遗憾的是，目前对青藏高原地表粉尘的分布、理化特征、历史、物源以及气候环境效应仍然没有较为系统的认识，限制了对高原地区地表粉尘时空分布格局及其气候环境效应的科学评估。鉴于此，根据第二次青藏高原综合科学考察研究项目任务六“人类活动与生存环境安全”专题二“粉尘气溶胶及其气候环境效应”对青藏高原五大综合区多个关键区的地表与雪冰粉尘、大气粉尘气溶胶进行针对性的系统考察，旨在分析青藏高原粉尘气溶胶特性及阐释其气候环境效应的科学评估结果，以期为更好地应对全球气候变化、支撑美丽青藏高原建设提供科学依据。
雅鲁藏布江中上游地区是青藏高原人口的主要聚居区，是第二次青藏科考任务六、专题二的重要考察地区之一。该区域既是大气粉尘的主要沉积区，也是高原粉尘的重要释放区，广泛分布的黄土沉积和风沙沉积为大规模的风力侵蚀和粉尘释放提供了条件（Dong et al.，2017）。强烈的沙尘活动不仅给高原南部及其周边地区人类的生产、生活带来了严重的威胁，而且由于其海拔较高，沙尘活动较亚洲其他地区都更容易进入西风急流区，成为远源传输的重要沙尘源区，进而对全球气候和生态环境产生影响（Fanget al.，2004；韩永翔等，2004；Han et al.，2008；Ling et al.，2022）。因此，深入调查和研究雅鲁藏布江中上游地区地表粉尘沉积物的理化特征、时空分布、来源、粉尘释放机制和潜力以及地表粉尘记录的古环境演化历史及其驱动机制等一系列科学问题显得尤为重要。
20世纪90年代以来，中外科学家围绕雅鲁藏布江中上游地区的风成沉积开展了诸多研究工作，在典型地区地表粉尘的物质来源（Pewe et al.，1995；Sun et al.，2007；Li etal.，2009；Dong et al.，2017；Du et al.，2018；Ling et al.，2022）、形成年代（Kaiseret al.，2009a，2009b；Lai et al.，2009；Stauch，2015；凌智永等，2019；Ling et al.，2020a）、古气候变化记录（靳鹤龄等，1998；Pan et al.，2014；Klinge and Lehmkuhl，2015；Li et al.，2016b；Chen et al.，2020b；Yang et al.，2021）、风沙地貌及发育模式（杨逸畴，1984；李森等，1997；Xiao et al.，2015；董治宝等，2017）和土地沙漠化历史（Dong et al.，1999；孙明等，2010；袁磊等，2010；Shen et al.，2012；Li et al.，2016a）等方面取得了较多的研究成果。然而，目前对雅鲁藏布江中上游地区地表粉尘的总体认识仍然十分有限，部分认识也存在争议。主要有：①风成沉积的物质来源一直是学界关注的重要科学问题，先后提出了风化残积说、湖积与冲积假说以及风成沉积说等几种形成假说（Pewe et al.，1995；Li et al.，1999；Sun et al.，2007）。对沉积物地球化学元素和矿物特征对比分析后认为，雅鲁藏布江风成沉积属于近源沉积，且与黄土高原的黄土来源不同（刘连友等，1997；Sun et al.，2007；Li et al.，2009；Zhanget al.，2015a；Du et al.，2018；Ling et al.，2022）。然而由于雅鲁藏布江河谷内地表物质循环过程强烈，不同区域沉积物地球化学元素也存在明显的差异性（Du et al.，2018），加之地球化学元素和矿物特征指示物源的不确定性或多解性（陈骏和李高军，2011），目前雅鲁藏布江中上游地区风成沉积物源及其与高原周边粉尘堆积的物质联系等方面还缺乏直接有效的证据，其空间分异特征也缺少系统研究。②风成沉积形成年代的研究主要集中于雅鲁藏布江中上游日喀则宽谷段和山南宽谷段（含拉萨河谷），其余河段测年数据相对较少（靳鹤龄等，1996，1998，2000a；Li et al.，1999；Sun etal.，2007；Kaiser et al.，2009a，2009b；Lai et al.，2009；Stauch，2015）。风成沉积年代研究的深入程度在空间上的这种不均衡性限制了我们对整个流域不同河段风成沉积时空特征的理解。此外，雅鲁藏布江河谷黄土等风成沉积的*老年代及主要发育时期还存在争议，影响了黄土发育模式与区域地质循环过程及气候变化之间关系的建立。③风成沉积记录的全新世气候变化研究整体较为薄弱且存在争议。湖泊沉积、风成沉积等多种记录的集成研究表明，雅鲁藏布江地区的湿度演化总体响应印度夏季风的变化，早全新世湿度*高，中晚全新世逐渐减弱（Chen et al.，2020b）。然而，有研究发现在不同时间尺度上，湿度变化不仅响应印度夏季风的变化，还可能受到了中纬度西风的影响，全新世湿度并非呈逐渐减弱趋势（Tian et al.，2005；Houet al.，2017；Sun et al.，2020；Kumar et al.，2021）。全新世风沙活动重建结果也表现出了较大的区域差异，甚至在同一区域重建的风沙活动历史也存在差异（郑影华，2009；Zheng et al.，2009；Pan et al.，2014；Li et al.，2016b），而造成这种差异的环境因素及驱动机制并不十分清楚。相对于湿度和风动力演化研究，古温度历史的重建工作更为薄弱（Li et al.，2017a；Huang et al.，2019）。④典型风沙地貌及土地沙漠化研究工作开展较早，但大多聚焦于沙丘分布广泛且便于开展研究的中游宽谷地区（杨逸畴，1984；李森等，1997），对雅鲁藏布江地表粉尘的整体认识不足。
总体来说，由于雅鲁藏布江中上游地区地理环境较为复杂、风成沉积分布相对零散且存在显著的区域差异、中纬度西风-季风的协同作用及其气候环境效应尚不明晰、粉尘与人类活动的相互作用研究较少等，仅根据零星剖面的研究，难以勾画流域尺度地表粉尘及其变化的全貌，这导致对青藏高原南部雅鲁藏布江中上游地区地表粉尘的理化特征、空间分布、迁移循环过程、时空变化历史、气候环境效应等关键科学问题缺少系统认识。本书针对以上不足，围绕雅鲁藏布江中上游地区，尤其是河流宽谷段的风成沉积物，开展了系统的考察和研究，以期从流域尺度、地球系统科学视角深入理解青藏高原南部地表粉尘的理化特征、空间分布、发育模式、时空演化历史及其气候环境效应，为青藏高原地区应对全球气候变化和制定可持续发展策略提供科学依据。
1.2 雅鲁藏布江地表粉尘考察总体目标
通过对青藏高原南部雅鲁藏布江中上游地区地表粉尘的系统考察和研究，获取地表粉尘的分布与沉积特征、理化性质、沉积年代和物质来源等信息，揭示青藏高原南部过去粉尘时空演化历史、变化规律、控制因素及其与气候变化和人类活动的关系，评估粉尘对高原气候环境的影响，深入理解高原粉尘在区域和全球气候环境演化中的意义，为青藏高原气候变化应对策略的制定与环境保护措施的实施提供有力的科学支撑。
1.3 雅鲁藏布江地表粉尘考察主要内容
1.3.1 雅鲁藏布江地表粉尘分布、性质及来源
（1）通过资料收集、野外实地勘探和遥感分析，重点查清雅鲁藏布江中上游地区地表粉尘分布的范围及厚度变化，初步揭示其与荒漠/风沙分布的关系。
（2）通过对雅鲁藏布江中上游地区现代地表风沙、古粉尘沉积样品以及典型的古粉尘沉积剖面进行取样，系统分析地表粉尘沉积的物质组成和物理化学性质，揭示研究区地表粉尘主要物理化学性质，为确定其物质来源提供诊断依据。
（3）对青藏高原重点地区的冰水平原沉积、暴露湖相沉积、洪泛平原沉积以及风蚀地貌与沉积等进行系统取样和相关指标测试，与研究区现代地表风沙、古粉尘沉积样品的物理化学性质进行对比，确定研究区地表粉尘沉积主要的物质来源。
1.3.2 雅鲁藏布江地表粉尘沉积历史及规律
通过综合集成已有的代表性古粉尘沉积剖面与野外采集的风成沉积剖面数据，利用各种气候代用指标和测年方法，明确雅鲁藏布江中上游地区地表粉尘活动历史；确定地表粉尘分布与风沙活动、粉尘和环流驱动的关系，揭示青藏高原南部地表粉尘变化历史、演变规律与驱动机制。
1.3.3 雅鲁藏布江地表粉尘演化及影响
基于对雅鲁藏布江中上游地区地表粉尘的理化特征、时空分布、物源和历史的认识，结合研究区的古环境和古气候重建，认识雅鲁藏布江中上游地区粉尘从释放到沉积的全过程的控制因素和动力过程，理解粉尘与区域乃至全球环境气候变化的耦合过程，结合数值模拟研究明确雅鲁藏布江地表粉尘的气候环境效应。同时，结合雅鲁藏布江地区人类活动历史的研究，探讨雅鲁藏布江地表粉尘与人类活动的相互作用过程。
1.4 雅鲁藏布江地表粉尘考察的实施方案
1.4.1 雅鲁藏布江地表粉尘空间分布、理化性质和物质来源
（1）对雅鲁藏布江中上游地区地表粉尘分布开展系统野外调查，结合遥感影像分析，重点查清雅鲁藏布江中上游地表粉尘（包括黄土沉积和风沙沉积）的空间分布，据此绘制雅鲁藏布江中上游地区风成沉积分布图；通过磁性地层学、光释光（OSL）和加速器质谱碳十四测年（AMS 14C）等年代学研究，利用合适的理化参数、地层厚度等进行区域对比，明确雅鲁藏布江中上游地区地表粉尘的时空分布特征和区域差异。
（2）通过对雅鲁藏布江中上游地区现代地表粉尘和古粉尘沉积地层进行系统采样，全面分析粉尘沉积的物质组成（如粒度、矿物组成、有机质含量等）和物理化学性质（如岩石磁学性质、石英砂颗粒表面微结构特征、常量元素、微量元素和Sr-Nd同位素、碎屑
展开
