王 理 高少鵬 徐柏青 王 茉 何松林

(1.中國科學(xué)院青藏高原研究所，青藏高原地球系統(tǒng)與資源環(huán)境全國重點實驗室，北京 100101；2.中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049)

青藏高原是除兩極地區(qū)以外冰儲量最豐富的地區(qū)[1]，冰川總條數(shù)超過36 000條，冰川面積超過1×105km2[2]，是淡水資源的重要儲備地。青藏高原作為亞洲十多條主要河流的發(fā)源地，又被稱之為“亞洲水塔”[3]。然而，在近幾十年快速增溫的背景下，“亞洲水塔”呈現(xiàn)出冰川加速退縮、湖泊顯著擴張、冰川徑流增加、水循環(huán)加強的整體失衡特征[3]，對周邊國家和地區(qū)人類的生存發(fā)展和社會穩(wěn)定造成重要影響。冰芯是利用冰鉆在冰川積累區(qū)自上而下連續(xù)逐段鉆取出的圓柱狀冰雪樣品[4]，青藏高原廣泛分布的山地冰川，為冰芯研究提供了穩(wěn)定的物質(zhì)來源。氣溶膠干濕沉降過程將大氣中多種物質(zhì)和化學(xué)組分沉積在冰川內(nèi)部[5]，成為冰芯研究的主要氣候環(huán)境指標(biāo)。因此，在青藏高原開展冰芯鉆取和研究，對重建該地區(qū)過去自然氣候環(huán)境變化歷史具有重要意義。

黑碳(Black Carbon，BC)是由生物質(zhì)燃料和化石燃料不完全燃燒產(chǎn)生的一種含碳顆粒物質(zhì)[6]，通過直接效應(yīng)、半直接效應(yīng)和間接效應(yīng)對氣候和地球系統(tǒng)輻射平衡產(chǎn)生影響[7]。黑碳通過干濕沉降降落到雪冰表面后，不僅因其強吸光性，可以降低雪冰反照率，加速冰川的消融退縮，還易在雪冰融化后產(chǎn)生富集[8-9]，對冰凍圈乃至氣候環(huán)境有著重要的影響。此外，納米尺寸的黑碳可經(jīng)呼吸道和胃腸道被人體攝入，也是直接威脅人類健康的環(huán)境污染物[10]。尤其是青藏高原毗鄰南亞和東亞兩大黑碳排放源地，近幾十年來，周邊大量排放的黑碳氣溶膠等吸光物質(zhì)，通過加熱高層大氣和降低雪冰表面反照率等氣候環(huán)境效應(yīng)，已導(dǎo)致青藏高原冰川和積雪加速消融。因此，分析青藏高原冰芯中的黑碳可以為研究歷史時期自然和人為黑碳排放、分布以及區(qū)域氣溶膠傳輸及其影響提供重要依據(jù)。

隨著對雪冰黑碳環(huán)境影響的日益關(guān)注，黑碳的分析方法也得到了長足的發(fā)展。目前，對雪冰中黑碳濃度的測量主要包括積分球形黑碳光度計(Integrating Sphere/Integrating Sandwich Spectrophotometer，ISSW)、熱光學(xué)(Thermo-optical)和單顆粒黑碳光度計(Single Particle Soot Photometer，SP2)三種方法。本文首先對青藏高原冰芯黑碳研究前期工作進行了系統(tǒng)性的概述。第一部分闡述了野外采樣工作和冰芯樣品的制備過程，第二部分詳細地介紹了SP2的基本原理和實驗步驟，第三部分總結(jié)了當(dāng)前利用SP2測試青藏高原冰芯黑碳的應(yīng)用研究。最后，將SP2和其他黑碳測試方法進行對比，討論了在冰芯中使用SP2方法的可靠性，以及未來可進一步利用和發(fā)展的方向。

1 野外采樣與前處理過程

1.1 野外采樣

冰芯鉆點位置的選擇，先由科研工作人員利用遙感影像根據(jù)地形和冰川流動規(guī)律選擇大致區(qū)域，在野外現(xiàn)場進行實地考察后確定鉆取點。通常選在海拔高、地勢相對平坦、冰層發(fā)育保存良好的冰川積累區(qū)[11]。由于青藏高原不同地區(qū)冰川冰的溫度狀況或熱力特征的不同[12](例如：季風(fēng)氣候區(qū)以海洋性冰川為主，西風(fēng)氣候區(qū)以大陸性冰川為主)，因此選擇的冰芯打鉆工具存在差異。通常來說，海洋性冰川內(nèi)部具有相應(yīng)壓力下的冰融點溫度，選用熱鉆進行鉆取(圖1a)，例如在崗日嘎布冰川鉆取的帕隆藏布4號冰芯[13]；大陸性冰川內(nèi)部溫度低于冰融點，選用低冰溫情況下才能使用的機械鉆(圖1b)，例如在唐古拉中段鉆取的哈日欽冰芯[14]，再如在帕米爾高原東段鉆取的慕士塔格冰芯[15]。為保證鉆取冰芯的質(zhì)量，鉆取冰芯時間一般選擇在氣溫較低的夜晚。

受鉆取工具、采樣地點和運輸條件的影響，鉆取的冰芯柱體直徑一般不超過10 cm，長度不超過1 m。每一支冰芯通常由幾十鉆或上百鉆組成，圖1c為熱鉆鉆取的一段冰芯。當(dāng)一段冰芯鉆取出來后，先進行簡單的描述記錄，描述信息包括長度、冰層性質(zhì)、有無污化層等，然后裝入聚乙烯袋中密封并寫上對應(yīng)的編號。在鉆取過程中，一般會在打鉆點附近挖取一個環(huán)境溫度低于-5 ℃的雪坑，將已鉆取的冰芯暫時放入雪坑內(nèi)由雪覆蓋儲存，以防止白天陽光照射。待整支冰芯鉆取完成后，將冰芯樣品放置于冷凍柜中運輸至常年溫度在-20 ℃的實驗室冷庫中保存。

圖1 冰芯鉆取工具：a)熱鉆；b)機械鉆；c)鉆取的一段冰芯Figure 1 Ice core drilling tools：a)Thermal drill；b)Mechanical drill；c)A section of drilled ice core.

1.2 前處理過程

冰芯樣品前處理均在低溫超凈實驗室內(nèi)進行，主要包括：冰芯樣品描述、分樣和削刮。為避免冰芯樣品在描述和分樣過程中受到污染，分樣過程中與樣品接觸的操作臺需鋪錫紙，工具、器皿等則需用超純水(Milli-Q)浸泡12 h，并充分沖洗，再置于100級超凈通風(fēng)櫥晾干。分樣時，工作人員需著潔凈服，佩戴潔凈帽、一次性口罩和一次性乳膠手套等。冰芯分樣前，需根據(jù)測試項目和測試要求、樣品規(guī)格明確分樣方式和前處理方案(圖2a所示為冰芯橫切面分樣示意圖)。根據(jù)冰芯鉆點年降雪積累速率和測試指標(biāo)所需樣品量，將冰芯自上而下按照一定間隔順序分樣。本文著重說明黑碳樣品前處理工作流程。

圖2 前處理過程部分示意圖：a)冰芯分樣方式示例；b)冰芯切割；c)按照間隔距離完成切割的冰芯；d)已完成前處理的獨立樣品Figure 2 Schematic diagrams of the pretreatment process：a)Sample separation method of ice core；b)Ice core cutting；c)Ice cores that cut according to the distance between them；d)Independent samples that have completed pretreatment.

冰芯樣品描述步驟：進行冰芯分樣工作前，按照從上至下的順序?qū)⒈局糜诒居^測臺進行觀測，基于野外描述信息對冰芯進行詳細的物理特征描述。主要包括：冰芯長度、重量、密度、冰包裹氣泡量、污化層位等，以對野外的描述結(jié)果進行確認和校正。最后對各段冰芯進行拍照存檔，以備后續(xù)工作開展。

冰芯分樣步驟：根據(jù)圖2a的冰芯分樣方式，使用鋸冰機將冰芯縱向?qū)Π肫书_，如圖2b所示。接下來，將各段冰芯從上至下逐一按照一定的間隔距離進行切割，如圖2c所示。根據(jù)冰川流動規(guī)律，冰芯深度增加，冰層減薄，因此分樣間隔距離縮小。在降水量充沛的地區(qū)，冰芯分樣間隔大于降水量少的地區(qū)。在分樣過程，切忌將樣品順序弄錯。

冰芯樣品削刮步驟：對按照間隔距離分塊后的冰芯樣品外側(cè)進行削刮。為去除在鉆取、搬運和儲存過程中帶來的污染，樣品外側(cè)需削刮～0.5 cm厚度的冰體，切割過程中產(chǎn)生的新切開面可以輕輕削刮以減少樣品量的損失。將得到的含黑碳指標(biāo)的樣品裝入潔凈樣品袋(Whirl-pak，圖2d)，δ18O樣品裝入聚乙烯塑料瓶內(nèi)，削刮和切割產(chǎn)生的冰渣碎屑收集用于β活化度測量。待全部樣品前處理工作完成后，在冷凍條件下運至北京中國科學(xué)院青藏高原研究所青藏高原地球系統(tǒng)與資源環(huán)境全國重點實驗室冷庫以備分析。

2 實驗部分

2.1 SP2工作原理

SP2使用摻釹釔鋁石榴石激光器(Nd：YAG)發(fā)出的波長為1 064 nm激光持續(xù)加熱氣溶膠顆粒中的黑碳組分，黑碳的強吸光性使其快速吸收激光能量，瞬間產(chǎn)生激光誘導(dǎo)燃燒，同時發(fā)出白熾光。在測量黑碳粒子的過程中，SP2不受黑碳形態(tài)以及與其他氣溶膠混合狀態(tài)的影響。SP2 包含四個檢測器，其中兩個為白熾光信號檢測器，分別用于獲取寬帶(Broad band，400～800 nm)和窄帶(Narrow band，600～800 nm)白熾光信號。窄帶信號和寬帶信號的比值用于確定所測白熾光信號是否來自黑碳，輔助定性，而寬帶信號靈敏度較高，用于定量分析。另外兩個為散射信號檢測器，其中一個檢測器用于測量出所有粒子的散射信號，獲得散射顆粒粒徑，另外一個(Split檢測器)可以用來分析復(fù)合態(tài)黑碳顆粒的包裹層厚度及其混合狀態(tài)。

2.2 SP2實驗裝置與實驗步驟

SP2冰雪樣品黑碳檢測系統(tǒng)主要包括：蠕動泵、霧化器(U-5000AT)和SP2主機(圖3)。蠕動泵以特定流速(～0.5 mL/min)將水樣傳輸?shù)届F化器，樣品在超聲換能器作用下霧化成微米大小的液滴，隨后在140 ℃的管內(nèi)被加熱蒸發(fā)，再經(jīng)過3 ℃的冷卻過程將水蒸氣冷凝排出，樣品中的懸浮顆粒被分離出并轉(zhuǎn)化為干燥的氣溶膠，在標(biāo)準(zhǔn)溫度和壓力下以120 cm3/min的流量進入SP2，對質(zhì)量等效粒徑70～500 nm的黑碳粒子(假設(shè)密度1.8 g/cm3)進行測量。

圖3 SP2實驗裝置流程圖(Nd：YAG，摻釹釔鋁石榴石激光器)Figure 3 Flow chart of SP2 experimental setup.(Nd：YAG，Nd doped YAG laser)

以青藏高原冰芯黑碳樣品為例，一般遵循的實驗步驟(據(jù)文獻[16]完善)。

1)冰芯樣品融化與超聲。測樣前提前12 h將冰芯樣品置于常溫環(huán)境下融化。有研究[17]表明，在儲存過程中，黑碳顆粒物容易聚集并沉淀/粘附在樣品袋底部/內(nèi)壁，尤其是經(jīng)歷過凍融的樣品。因此，待完全融化后需對樣品超聲20 min，超聲完成即刻上機測樣，以保證測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

2)測量進樣流速。蠕動泵能夠提供相對穩(wěn)定的流速，然而長時間工作下泵管仍會產(chǎn)生疲勞，導(dǎo)致進樣速度略微降低。因此，樣品測試前后需測試泵速，并假設(shè)其連續(xù)變化，以推算出每個樣品的進樣速度。

3)測量霧化效率。樣品測試前后，需測量已知數(shù)量濃度的聚苯乙烯標(biāo)準(zhǔn)球形顆粒(Polystyrene latex，PSL，200 nm)，采集散射信號數(shù)據(jù)，測試所得顆粒數(shù)量濃度與已知PSL數(shù)量濃度之比即為霧化效率。

4)數(shù)據(jù)采集方式。冰芯樣品中的散射顆粒數(shù)量遠大于黑碳顆粒，若同時記錄將會導(dǎo)致測量數(shù)據(jù)很快飽和，影響黑碳數(shù)據(jù)質(zhì)量。因此，PSL測試完成后，儀器轉(zhuǎn)換為僅記錄黑碳數(shù)據(jù)的方式(散射顆粒采集但不記錄)來繼續(xù)測試樣品。

5)數(shù)據(jù)質(zhì)量控制。在雪冰樣品測量中，通常將10 ng/mL膠體石墨(Aquadag)標(biāo)準(zhǔn)樣品[18-19]作為質(zhì)控樣，測量前后均需測量質(zhì)控樣品，質(zhì)控樣品的偏差用于反映測量精度和長期穩(wěn)定性。

6)冰芯樣品測試。進樣管懸空置于冰芯樣品中，按照實驗裝置流程進入SP2進行測量，根據(jù)樣品濃度情況確定黑碳顆粒的采集數(shù)量。待一個樣品數(shù)據(jù)采集結(jié)束，將進樣管置于超純水內(nèi)對進樣系統(tǒng)進行沖洗。由于青藏高原冰芯樣品黑碳濃度值很低，在測樣間隔可常測超純水樣，免受本底值太高影響。

7)重復(fù)實驗步驟。待樣品測試完成，依次測試Aquadag質(zhì)控樣品、切換記錄方式測試PSL、泵速。

8)樣品保存。長時間置于常溫環(huán)境或頻繁凍融都會影響冰芯樣品黑碳濃度，因此，將已完成測試的樣品置于4 ℃環(huán)境下冷藏保存，減少對樣品準(zhǔn)確性的影響，直至該批次樣品全部測試結(jié)束并確認數(shù)據(jù)質(zhì)量。

2.3 數(shù)據(jù)處理過程

數(shù)據(jù)處理使用由Paul Scherer Institute(PSI)大氣化學(xué)實驗室基于IGOR Pro開發(fā)的SP2 Toolkit 4.100a插件。將進樣流速、PSL霧化效率以及樣品號、文件ID等數(shù)據(jù)輸入PSI軟件中的冰芯(Ice Core)模塊，可計算出樣品中的黑碳濃度。

假設(shè)黑碳顆粒是球體，使用公式(1)可以將黑碳質(zhì)量轉(zhuǎn)化為粒徑：

(1)

其中，DBC是BC質(zhì)量等效直徑，M是BC顆粒質(zhì)量，ρ是假設(shè)為1.8 g/cm3的無孔密度[20]。在PSI軟件中，對用于數(shù)據(jù)分析和粒子類型分類的峰高閾值參數(shù)進行設(shè)定，獲得的粒徑數(shù)據(jù)來自寬頻道高增益和低增益的組合，包括數(shù)濃度粒徑分布和質(zhì)量粒徑分布等。

3 SP2在研究青藏高原冰芯中黑碳記錄的應(yīng)用

SP2在冰芯黑碳研究中的首次應(yīng)用是MCCONNEL等[21]于2007年利用SP2重建了1788—2002年間格陵蘭地區(qū)冰芯中黑碳濃度的變化。利用SP2開展青藏高原冰芯黑碳的研究則始于KASPARI等[22]發(fā)表的珠峰東絨布冰芯記錄。表1是已發(fā)表的青藏高原基于SP2測試方法的冰芯基本信息。4根冰芯分別是位于高原南部的東絨布冰芯[22]、高原西北部的慕士塔格冰芯[15]和高原中部地區(qū)的哈日欽、格拉丹東冰芯[14，23]。與兩極地區(qū)相比，青藏高原鉆取的冰芯時間序列相對較短，所恢復(fù)的黑碳排放記錄集中在1840年以后。

表1 基于SP2分析方法的青藏高原冰芯基本信息

四根冰芯雖然位于高原的不同區(qū)域，但研究結(jié)果均表明，近幾十年黑碳濃度受人類活動的影響明顯增加。東絨布冰芯中黑碳記錄[22]顯示，黑碳濃度均值從1860—1975年的(0.2±0.3)ng/mL增加到了1975—2000年的(0.7±1.0)ng/mL，背景濃度值在1960年以后(～0.10 ng/mL)是1960年前(～0.05 ng/mL)的兩倍，近幾十年來更高的黑碳濃度表明人為來源濃度黑碳被輸送到喜馬拉雅山的高海拔地區(qū)。慕士塔格冰芯中黑碳記錄[15]顯示，在1875—2000年，黑碳濃度均值為0.62 ng/g。其中，1975年后黑碳濃度均值為1.53 ng/g，約1975年前的4倍。左旋葡聚糖/黑碳比率的時間變化表明，從1980—2000年，與人類活動相關(guān)的生物質(zhì)和化石燃料是冰川中黑碳的主要來源。哈日欽冰芯[14]研究表明，1950—2014年的平均黑碳濃度比1850—1949年增加了3倍，其中，1850—1950年黑碳濃度均值為(0.71±0.52) ng/mL，1950—2014年濃度均值為(2.11±1.60) ng/mL。將黑碳濃度的變化和上風(fēng)向地區(qū)排放清單進行比較，發(fā)現(xiàn)黑碳濃度的增減變化與上風(fēng)向地區(qū)人類排放密切相關(guān)。同樣，位于青藏高原中部的格拉丹東冰芯提供的黑碳歷史記錄[23]顯示，1975—1982年間黑碳濃度均值比1843—1940年增加了2倍，在1940年以后明顯高于1940年以前。黑碳排放的增加是造成冰芯黑碳濃度記錄增長重要原因之一。

青藏高原冰芯鉆取點均位于人口稀少的偏遠地區(qū)，本地排放量可能極少，沉積的黑碳顆粒物主要來自遠距離運輸。研究表明，青藏高原冰芯中黑碳排放源存在區(qū)域差異。東絨布冰芯鉆取于喜馬拉雅山中段，所在地區(qū)屬于典型季風(fēng)氣候區(qū)，在季風(fēng)期受印度季風(fēng)控制，降水量大，冬春季節(jié)受西風(fēng)南支影響則降水稀少[22]。根據(jù)氣團后向軌跡模型分析，南亞是青藏高原南部黑碳主要來源地。慕士塔格冰芯鉆取于青藏高原西北部，全年受西風(fēng)帶控制，其上風(fēng)向地區(qū)為中亞、歐洲等地[15]。根據(jù)CAM5模擬結(jié)果，發(fā)現(xiàn)中亞是冰芯中黑碳的主要來源地，其黑碳排放量占冰芯采樣點年平均黑碳沉積的81.9%，歐洲排放量占5.2%，南亞占4.7%等。哈日欽冰芯鉆取于唐古拉山中部，屬于典型季風(fēng)氣候區(qū)和西風(fēng)氣候區(qū)間的過渡區(qū)，同時受西風(fēng)和季風(fēng)的影響。結(jié)合上風(fēng)向地區(qū)排放清單，青藏高原中部地區(qū)黑碳主要來源于南亞、中亞、中東和歐洲[14]。此外，有研究[14]對北極地區(qū)、歐洲和青藏高原三地定年在1850年以后，且用SP2分析黑碳歷史記錄的冰芯進行了黑碳濃度比較，結(jié)果表明，青藏高原冰芯黑碳平均濃度<北極地區(qū)<歐洲，這可能與青藏高原冰芯鉆取地海拔高且位置偏遠有關(guān)。

4 SP2與其他黑碳測試方法對比

GRENFEL等[24]詳細描述了積分球形黑碳光度計測量方法。積分球形黑碳光度計是一種純粹基于光學(xué)原理的儀器，通過光譜解析了收集在濾光片上的420～730 nm波長的雪污染物對光的吸收。它證明了集成夾心結(jié)構(gòu)能夠隔離沉積在聚碳酸酯(Nuclepore)過濾器上的材料吸收特性，從而通過吸收和不吸收過濾器中/上的顆粒材料，基本上消除了由于體積散射而造成的損耗影響[24-25]。WANG等[26]利用積分球形黑碳光度計和SP2對黑碳和黑碳/粉塵混合物水樣進行分析，結(jié)果表明，當(dāng)黑碳與粉塵或其他顆粒物混合時，積分球形黑碳光度計對黑碳濃度的估算可能有高達3倍的偏差。

熱光學(xué)方法是將融化后的雪冰樣品通過石英濾膜過濾收集不溶顆粒物，將濾膜置于340 ℃(無氧)和650 ℃(有氧)溫度環(huán)境中灼燒，灼燒過程中有機碳和黑碳分別被轉(zhuǎn)化成二氧化碳，并在鎳催化劑系統(tǒng)(Nickel Catalyst System，NCS)中還原為甲烷，經(jīng)內(nèi)置火焰離子化檢測器(Flame Ionization Detector，F(xiàn)ID)進行檢測，通過監(jiān)測濾膜的透光度，以區(qū)分黑碳和有機碳[27-28]。我國開展青藏高原雪冰黑碳研究的工作始于2006年XU等[29]利用自主研制的熱學(xué)分析方法獲得了青藏高原雪冰黑碳和有機碳濃度的空間分布。

目前已有的青藏高原冰芯黑碳記錄多采用熱光學(xué)和SP2方法。在青藏高原冰芯黑碳已有研究成果中，在珠峰地區(qū)和帕米爾地區(qū)各有兩組冰芯分別用SP2和熱光學(xué)兩種方法測量了黑碳濃度(圖4)[15，22，30-31]。從黑碳濃度結(jié)果看，熱光學(xué)所測得黑碳濃度均比SP2測得濃度值高1個數(shù)量級，熱光學(xué)測量的慕士塔格冰芯1955—2000年元素碳濃度均值為32.9 ng/g，而SP2測量的慕士塔格冰芯從1975—2002年黑碳濃度均值為1.53 ng/g；同樣，熱光學(xué)測量的東絨布冰芯元素碳濃度均值約16.5 ng/g(1976—1994年)，遠高于SP2測量的黑碳濃度均值0.7 ng/g(1975—2000年)。從變化趨勢看，二者也存在差異，例如，熱光學(xué)所測慕士塔格冰芯元素碳濃度最高值出現(xiàn)在1950—1960年之間，而SP2所測黑碳濃度峰值出現(xiàn)在20世紀(jì)90年代；熱光學(xué)所測東絨布冰芯黑碳濃度于1995—2002年間達到峰值，SP2所得黑碳濃度在1995年以后卻有所下降。造成這些差異的原因可能：1)青藏高原冰芯中含有大量礦物質(zhì)和粉塵，包含的無機碳在熱光學(xué)測量過程中隨著溫度的升高會釋放二氧化碳，可能導(dǎo)致測量的總量被高估(39%～70%)[32-33]。通常將樣品置于鹽酸中酸化來消除這種偏差。2)由于酸化過濾器對碳酸鹽的去除效率不高，高粉塵負荷可能導(dǎo)致黑碳和有機碳的正向偏差，但也可能由于阻礙碳排放而導(dǎo)致負向偏差[34]。3)熱光學(xué)能檢測到更大范圍的顆粒，SP2只能檢測到有限粒徑范圍內(nèi)的顆粒，導(dǎo)致SP2對黑碳濃度低估。4)在儲存和霧化中黑碳樣品有損失造成SP2對濃度的低估。

圖4 SP2和熱光學(xué)兩種測樣方法在青藏高原冰芯中的應(yīng)用對比。a)慕士塔格冰芯。1：SP2測量的黑碳濃度[15]；2：熱光學(xué)測量的元素碳濃度[30]。b)東絨布冰芯。1：SP2測量的黑碳濃度[22]；2：熱光學(xué)測量的元素碳濃度[31]。(注：圖中所示曲線均為5倍滑動平均結(jié)果)Figure 4 Comparison of the application on SP2 and thermal-optical methods in the ice core of the Tibetan Plateau.a)Muztag ice core.1：Black carbon concentration measured by SP2[15]；2：Clemental carbon concentration measured by thermal-optical method[30].b)East Rongbuk ice core.1：Black carbon concentration measured by SP2[22]；2：Clemental carbon concentration measured by thermal-optical method [31].((Note：the curves shown in the figure are all 5 times of the sliding average results)

對比前處理過程，發(fā)現(xiàn)熱光學(xué)的樣品制備時間長，容易產(chǎn)生污染，經(jīng)常需要脫碳，且對冰芯樣品量要求高(>200 mL)。而SP2無復(fù)雜前處理，可以直接進樣測定，且所需樣品量少(通常<5 mL)，有利于獲得更高分辨率的結(jié)果。此外，對SP2分析方法進行了針對性的改進，包括校正霧化效率，優(yōu)化冰芯樣品的保存與處理方式等。表2對積分球形黑碳光度計、熱光學(xué)和SP2三種黑碳測試方法的優(yōu)缺點進行了歸納總結(jié)，顯然，SP2是更適合測量濃度極低且樣品珍貴的青藏高原冰芯黑碳樣品的可靠方法。

表2 ISSW、熱光學(xué)和SP2三種黑碳測試方法的優(yōu)缺點對比

5 問題與展望

當(dāng)前利用SP2對青藏高原冰芯黑碳的研究局限于黑碳濃度測量，并未充分挖掘和研究黑碳的其他方面，如黑碳的粒徑大小，包裹層厚度和混合狀態(tài)等。雪冰中黑碳粒徑通常大于大氣中黑碳粒徑，但計算雪中黑碳輻射強迫的模型仍使用大氣黑碳粒徑作為參數(shù)，因此量化雪中黑碳粒徑可以優(yōu)化模型模擬黑碳對冰凍圈的影響,黑碳在老化過程中與其他物質(zhì)的逐步融合也會改變其物理和光學(xué)特性，從而對冰凍圈和氣候環(huán)境產(chǎn)生影響。此外，青藏高原雪冰黑碳的測量仍受SP2檢測器對粒徑范圍的限制，已有研究中將設(shè)備探測器擴展到2 000 nm，后續(xù)工作中可以對分析方法作出進一步改進，以期獲得更好的數(shù)據(jù)結(jié)果。