来自亚洲中部沙漠向东部长途传输的沙尘,每年春天都形成高峰。这种强大而可见的沙尘高峰,人们称之为沙尘暴,20世纪前五十年,中国有记载的有17次。新中 国 成 立 以 来,50年 代 发 生 了4次,60年 代7次,70年 代13次,80年 代14次,90年代23次。沙尘暴发生的次数,呈明显上升趋势[1]。由于大风发生和地表裸露时间的耦合,亚洲中部沙漠及干旱/半干旱地区的荒漠,以及黄土高原疏松的沙土,成为亚洲沙尘暴之主要源地。即便在非沙尘暴期间,北京大气气溶胶的平均浓度,长年都在数百微克每平方米(μg·m-3)左右[2]。根据对气溶胶元素的分析[3]、对单个气溶胶的AMS分析[4],以及对能见度与气溶胶关系的研究[5,6],人为污染物是北京大气气溶胶的重要组成部分,中关村地区的气溶胶甚至有强酸度[7]。刘东生[8]、周明煜等从20世纪80年代起,就开始研究中国的沙尘暴和气溶胶。他们发现,从1971年到1995年,北京的矿物气溶胶(地壳源)虽有下降,但在90年代,下降明显减 慢[9,10]。
沙尘暴不仅横扫华北和部分华东地区的城市与乡村,甚至沉降于北太平洋[11]。来自亚洲沙漠的沙尘,最后约有一半被输送到中国海区乃至遥远的北太平洋[12]。北太平洋中某些海区的初级生产力,为Fe元素所限制[13]。庄国顺研究了大气中Fe在海洋中的溶解度,论证了大气气溶胶中Fe的远距离输送,是大洋中某些海区生产力的限制因素[14]。沙尘暴在远距离传输过程中,将其携带的大量Fe(Ⅲ)转化为Fe(Ⅱ),为大洋表层带去可溶解于表层海水,从而可供生物吸收的营养元素Fe,引起了某些海区生产力的大幅度上升[15]。海洋浮游生物的增加,导致其排放的二甲基硫(DMS)及其以后被氧化的产物SO2增加。低价含S化合物在大气中又会进一步被Fe(Ⅲ)所氧化,而生成硫酸盐气溶胶,同时Fe(Ⅲ)被还原成Fe(Ⅱ)而被海洋生物所吸收,从而又导致DMS排放的增加。如此循环反复产生正反馈[16]。因此,包括沙尘暴在内的亚洲大气中气溶胶的远距离输送,以及其中Fe和S的相互耦合,及其正反馈过程,是可能影响全球气候变化的值得进一步探讨的重要机制之一。本章以2000年发生于北京的沙尘暴为例,论述亚洲沙尘暴的组成、来源,及其对全球环境的影响。(www.xing528.com)
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