高原探尘 通联全球：兰州大学领衔科考团队揭示青藏高原“全球粉尘转运站”背后的奥秘

在大多数人的印象中，青藏高原是雪山洁白、天空湛蓝的“地球净土”。然而，在科学家的视野里，这片纯净之地的上空，其实飘浮着一张肉眼难以捕捉的“微尘之网”，它们不仅改变着高原的生态环境，更深刻影响着全球的气候格局。

为了探明这些微小颗粒的来龙去脉，2019年起，一支由兰州大学领衔的大气和地表粉尘科考团队在我国第二次青藏高原综合科学考察研究工作中百余次登上青藏高原，在“世界屋脊”探寻微观奥秘。

作为第二次青藏科考第六项任务“人类活动与生存环境安全”的重要组成部分，“粉尘气溶胶及其气候环境效应”专题历时五年圆满完成了各项科考任务。该专题由兰州大学牵头、黄建平院士领衔，学校大气科学学院、资源环境学院科研人员参与，联合中国科学院地球环境研究所、青藏高原研究所等多家单位，共同组织了92支分队，累计12273人天开展青藏高原野外考察，采集了27211个珍贵的粉尘样品与样本。团队通过“天地协同”的立体观测，首次提出了“青藏高原是全球粉尘转运站”的原创性科学认识，为国家生态安全屏障建设贡献了关键的中国数据。

定义“转运站”：改写全球粉尘循环认知

青藏高原不仅是地理意义上的“世界屋脊”，也是调控全球气候的巨大“热力泵”。然而长期以来，国际科学界对高原粉尘气溶胶的理化性质仍存有争议，未能准确量化高原作为粉尘源地对大气粉尘的贡献，也难以系统揭示其在全球粉尘循环中的关键角色。

什么是“气溶胶”？专题联系人、骨干成员，兰州大学大气科学学院教授田鹏飞形象地比喻道：“就像往水里加糖形成溶液一样，大气中悬浮的微小粉尘颗粒与空气组成的体系就是气溶胶，我们关注的是其中的颗粒物。”

这些肉眼难辨的颗粒物，却是影响地球气候系统的关键因子——既能吸收阳光致大气增温，也能散射光线使地面降温。

为揭示隐藏在青藏高原粉尘气溶胶背后的秘密，研究团队选择在高原用自主研发的多波段拉曼-荧光激光雷达布设“天罗地网”，在阿里、亚东、珠峰大本营等关键区域建立起连续监测网络，开展了立体化、网格化的精密观测。

科考队员在亚东地区进行大气粉尘考察，黄建平院士指导调试激光雷达

张镭教授与科考队员在阿里地区进行大气粉尘考察

科考队员在纳木错地区进行探空实验

每当夜色降临，一束醒目的绿色激光划破高原夜空，被科考队员们称为“探索之光”。队员们就是通过这道光束与仪器收集一手实验数据。为保障数据质量与设备安全，队员们往往要在野外坚守数月。在可能有雷雨的夜晚，大家甚至不敢睡在帐篷里，而是直接睡在装有激光雷达的观测方仓内。

“这个方仓顶上开一个圆孔用于激光雷达探测。我们就打地铺睡在雷达旁边，如果深夜下雨，雨水滴在脸上，就能第一时间醒来并盖好激光雷达保护罩，用身体护住国家财产和科研数据。”田鹏飞回忆道。

历经五年积累，团队最终获取了超过150GB的观测资料，整编出37套公开共享高质量数据集，在高原粉尘气溶胶理化特性及辐射效应方面取得了一系列原创性成果，纠正了此前研究中的错误认识，并准确量化了青藏高原内部起尘对大气粉尘的贡献。

“传统数值难以准确模拟高原起尘过程。我们团队基于海量科考数据，针对性地开发出青藏高原专属的风蚀度因子数据，实现了起尘机制的关键性突破——首次精准量化出高原内部年均粉尘释放量约258.8Tg（约2.588亿吨），解决了长期以来高原起尘难以准确模拟的难题。”田鹏飞说。

新方法得到的高原内部起尘通量年均值（左上角为年平均起尘通量，右上角为年总起尘量）

除本地的自然释放外，南亚等周边人为活动剧烈的区域持续向青藏高原输送污染物，导致高原上空的气溶胶特性复杂。加之青藏高原位于印度洋北缘，高原南部输送的水汽充沛，导致高原上空的云呈现出独特的物理特性。

对此，团队研究发现：高原通过大地形产生的“烟囱效应”，将中亚、南亚、西南亚的沙尘和人为气溶胶输送至高原，并进一步输送至对流层顶。同时发现，塔克拉玛干沙漠的沙尘可被抬升至高原北部，印度的沙尘和人为气溶胶也可输送至高原南部，参与高原云的形成过程，改变云的特性，对局地降水产生重要影响。

青藏高原气溶胶-云相互作用影响降水的示意图

在专题负责人黄建平院士的带领下，团队对以上科考研究成果进行了系统集成，首次提出“青藏高原是全球粉尘转运站”的创新理论：高原不仅是重要的地表起尘源区，更凭借其独特地形与热力作用，成为全球粉尘输送的关键枢纽。

可以说，气溶胶“转运”背后的动力密码是：在印度夏季风与高原“热泵效应”的接力协同下，来自中东、非洲、南亚等地的粉尘被“抽吸”至对流层顶，甚至进入平流层。这些粉尘一旦“登顶”，便随大气环流进行全球扩散。

这一发现颠覆了以往认为高原仅仅是受体的认知，从物理机制上确立了青藏高原在全球气候系统中不可替代的“调节器”地位。

揭示“生态链”：小微尘驱动海陆生态系统改变

如果这些“粉尘”从大气落到地表，又会对青藏高原的气候环境效应带来哪些影响？为了弄清楚这个问题，兰州大学资源环境学院杨胜利教授带领团队在广袤的地表展开多次重要采样工作。

“地表粉尘采样需要寻找地层清晰、信息完整的剖面，选点必须慎之又慎。有一次在青海玉树，我们找了三天才找到一个层次清晰、信号完整的有代表性的采样点。最终在当地挖掘机师傅的协助下才顺利采样。”杨胜利回忆道。

科考人员在横断山区进行黄土粉尘样品采集

经过反复论证，团队选择了雅鲁藏布江中上游、横断山高山峡谷、天山-帕米尔地区、祁连山-阿尔金山-昆仑山-帕米尔地区四个区域，组织了58次地表粉尘科考。各组间还进行了大气和地表粉尘组网科考，选择了17个站开展野外考察，得到1821个珍贵样品。

“在金沙江畔的一次采样任务中，我们工作到晚上，返程途中两辆越野车接连发生故障。先是一辆车抛锚，修复后另一辆车又在半路爆胎。”杨胜利回忆道。彼时身旁是陡峭悬崖和奔腾江水，师生们借着昏暗的车灯在峡谷路段连夜抢修，直至深夜才安全返回驻地。

地表粉尘团队原负责人、兰大资源环境学院夏敦胜教授在科考后期不幸因病离世，成为团队心中永远的痛。在杨胜利的记忆里，夏老师对科考有着近乎执拗的严谨。即便身体不适，他也总是坚持亲自去野外考察，确认地层和采样位置。

科考人员在雅鲁藏布江流域进行地表粉尘样品采集

2023年，在科考团队的共同努力下，夏敦胜、杨胜利主编的科考报告《雅鲁藏布江中上游地表粉尘空间特征与演化》成功出版。

他们发现，地处青藏高原南部的雅江流域就像一座天然的“粉尘档案馆”。这些地表粉尘既是滋养作物生长的“养料库”，却也给高原人类生存环境带来威胁，甚至牵动东亚乃至全球的气候变化。

“过去6年间，我们团队踏遍雅江流域开展野外调查，首次绘就了风成沉积物的空间分布图，发现这些地表粉尘主要来自流域内部，大多堆积于距今一万年以来。更关键的是，我们破解了地表粉尘的‘气候密码’：西风与季风携手调控了湿度变化，而冷季太阳辐射和冰量控制的高原冷季温度决定了粉尘活动的强弱。这些粉尘不仅深刻影响雅江流域的生态环境，还能搭乘‘西风快车’，一路飘向下风向地区，对沿途海陆生态系统产生连锁影响。”团队骨干杨军怀博士后说。

雅江流域地表粉尘及其气候环境效应。A图展示了地表粉尘的分布、形成时间和物质来源，B图揭示了这些高海拔粉尘物质的全球响应及影响

2024年5月，科考团队骨干、中国科学院青藏高原研究所昝金波研究员等在国际顶级期刊《PNAS》上发表重要成果，揭示了亚洲粉尘对全球环境的重要影响：80万年以来，受全球变冷和青藏高原冰川侵蚀增强的驱动，亚洲内陆粉尘活动显著增强，其中富含的二价铁（Fe2+）等营养物质通过大气沉降进入海洋。这些来自高原的“营养包”使北太平洋的铁通量增加了120%，极大地促进了浮游植物尤其是硅藻的生长，进而改变了海洋生态系统的碳汇能力。这一发现将高原粉尘、海洋生态与全球碳循环紧密联系了起来，获评中国地理学会“2023年度中国地理科学十大研究进展”。

从一粒不起眼的细小微尘，到揭示其对海陆生态系统的影响，“蝴蝶效应”般奇妙的高原科考成果就这样不断呈现在世界学者眼前。

追踪“越界者”：有效支撑国家重大战略和区域发展

作为我国重要的生态安全屏障，青藏高原地区环境安全问题备受关注。而高原上的气溶胶犹如一个“越界者”，在“转运”过程中还会发生光散射和吸收，对地气系统产生重要的辐射效应。

为了追踪这些“越界者”，科考队员们克服了高海拔缺氧条件、边境地区复杂的地理环境与敏感的作业条件等难题，在高原上布设了多个科考站点。这些区域往往人迹罕至，每一次科考工作的完成都是对体能与意志的极限考验。

“科考期间，即将入学的2021级博士生于泽仁，为获取完整的季风期数据，在亚东站坚守了整整三个月；为了更好地部署科考工作，黄建平院士带队登上高原，与队员们同吃同住一星期，搬运沉重的观测设备，系统谋划下一步工作；科考专题第二负责人、现已退休的兰州大学大气科学学院张镭教授，当时也带队奔赴珠峰脚下，在海拔5300米的极端环境下与年轻队员们一起开展粉尘探测。”田鹏飞回忆道。

大气和地表粉尘在青藏高原阿里地区进行联合考察

功夫不负有心人。团队基于在亚东和珠峰大本营等站点的观测资料研究发现，青藏高原与南亚大陆之间的山地-谷风环流与高原南坡的局地山谷风环流共同调控高原南坡粉尘气溶胶的日变化。这种机制与西风环流以及南亚季风一起决定了南亚污染物向青藏高原的传输。

“气溶胶的单次散射反照率是指散射与散射和吸收之和的比值。我们研究发现，喜马拉雅区域气溶胶的粒径谱分布，并非国外学者提出的光吸收性，而是通过调节单次散射反照率影响该区域气溶胶的辐射效应。”田鹏飞说。

这一发现纠正了国外学者在喜马拉雅区域气溶胶光学特性方面的错误认识，为我国在相关国际环境议题中争取了话语权。

基于系统的科学发现和一手数据资料，团队五年间共发表学术论文115篇，其中SCI论文70篇，重要成果在《自然》子刊、《科学通报》（Science Bulletin）、《美国科学院院刊》（PNAS）和《美国气象学会会刊》（BAMS）等高水平期刊发表，并已出版两部科考报告。特别是在辐射安全领域，团队敏锐地意识到科研成果对国家生态安全的重要性，迅速形成了《青藏高原南部大气粉尘放射性研究取得重要进展》等咨询报告，得到相关部门的高度重视。

从“看不见”的微尘到国家层面的战略决策，科考团队用实际行动“把论文写在祖国大地上”，构筑起了一道守护高原生态安全的无形屏障。

团队已出版的两部科考报告

为了让这些来自“世界屋脊”的珍贵成果发挥最大价值，团队还建立了一套数据共享机制，将此次科考产生的所有高质量观测数据经过严格整编后通过国家青藏高原科学数据中心（https://data.tpdc.ac.cn）面向全社会公开共享。

“回望二次青藏科考进程，我们与高原当地人民群众和政府部门建立了紧密的联系，得到了国家和地方的大力支持，并与‘一带一路’共建国家的相关科研机构建立了合作关系。”田鹏飞说。

专题负责人黄建平院士与外方人员签订合作框架

科考团队所在单位与塔吉克斯坦科学院地质、抗震工程和地震学研究所签署了备忘录，共同推动解决区域性气候环境问题；与西藏、青海等地的气象、环保部门以及多个野外台站建立了深度合作机制，带动了当地20余名青年科技人才的成长，为高原地区留下了一支“带不走”的科研生力军。

“除了科研成果，我们也将青藏高原变成了最生动的‘行走课堂’，共培养了80名研究生。这些青年学子深入无人区，在抗缺氧、战严寒的实战中磨砺科研本领，一批批青年科研人员正迅速成长为国家气候变化研究领域的栋梁之材。”杨胜利说。

二次青藏科考已圆满结束，但科学探索没有终点。

依托此次科考建立的技术体系，黄建平院士领衔的兰大科研团队仍在积极推动“一带一路”气候与环境观测网建设，继续深化青藏高原及周边地区地表粉尘演化历史和环境效应方面的研究，致力于解决泛第三极地区的沙尘与气候变化共性难题，为应对全球气候变化贡献着更多的中国智慧。

编辑：王文乐

责编：彭倩