大气中Fe（Ⅱ）元素的气溶胶含量

在这次特大沙尘暴期间，所收集的气溶胶中再次检测到较高浓度的Fe（Ⅱ）。在特大沙尘暴当日的2个气溶胶样品中，Fe（Ⅱ）的绝对量分别高达2.45和0.65μg·m-3，占总Fe量的5.3%和1.3%。在2000年沙尘暴的气溶胶中，曾检测到Fe（Ⅱ）绝对量1.8～4.3μg·m-3，占总Fe量的1.4%～2.6%［23］。值得注意的是，此次沙尘暴期间及前后，北京气溶胶中的Fe（Ⅱ）和SO 24-浓度呈现了较好的正相关（图8-4）。Fe（Ⅱ）很可能是沙尘中的Fe（Ⅲ）被大气中包括低价S在内的各种还原剂所还原的产物，而低价S则被氧化为硫酸盐［34］。在特大沙尘暴的气溶胶中，Fe（Ⅱ）的发现及其与SO 24-浓度的正相关，再次提供了第5章所阐述的大气海洋物质交换中Fe-S耦合反馈机制的现场监测证据。气溶胶从亚洲大陆途经北京，最后到达北太平洋，其中的Fe（Ⅱ）在不断增加。气溶胶中的Fe（Ⅲ），还原生成可为海洋表层生物吸收的Fe（Ⅱ）。亚洲沙尘暴提供了对中国沿海以至北太平洋浮游生物所必需的Fe（Ⅱ）。海洋表层的浮游生物随Fe（Ⅱ）的增加而增加，导致其排放物二甲基硫（DMS）的增加。随着DMS的增加，其在大气中氧化所生成的S（Ⅳ）及硫酸盐气溶胶也增加，同时这一氧化还原过程又会致使Fe（Ⅱ）增加。如此反复循环不已。硫酸盐气溶胶的大量增加，因其对太阳辐射的负强迫，会对全球产生降温效应。大气和海洋中的这一Fe-S循环耦合反馈机制，可能直接影响全球的气候变化。

图8-4　沙尘暴期间及常日北京气溶胶中的Fe（Ⅱ）和SO24-浓度（彩图见下载文件包，网址见14页脚注）

参考文献

［1］　庄国顺.沧海桑田——中国的沙尘暴、气溶胶与全球生物地球化学循环.科学中国人，2003（6）：38-42.

［2］　Prospero J M，Lamb P J.African droughts and dust transport to the Caribbean：Climate change implications.Science，2003，302（5647）：1024-1027.

［3］　Riley J.Chemical oceanography，SEAREX：the Sea／Air Exchange Program.New York：Academic Press，1989.

［4］　Arimoto R，Duce R A，Savoie D L，et al.Trace elements in aerosol particles from Bermuda and Barbados：Concentrations，sources and relationships to aerosol sulfate.Journal of Atmospheric Chemistry，1992，14（1-4）：439-457.

［5］　Uematsu M，Duce R A，Prospero J M，et al.Transport of mineral aerosol from Asia over the North Pacific Ocean.Journal of Geophysical Research-Oceans，1983，88（C9）：5343-5352.

［6］　Blank M，Leinen M，Prospero J M.Major Asian aeolian inputs indicated by the mineralogy of aerosols and sediments in the western North Pacific.Nature，1985，314（6006）：84-86.

［7］　Reggie R.China's dust storms raise fears of impending catastrophe.National Geographic News，USA，2001.

［8］　Zhang X Y，Arimoto R，An Z S.Dust emission from Chinese desert sources linked to variations in atmospheric circulation.Journal of Geophysical Research-Atmospheres，1997，102（D23）：28041-28047.

［9］　Andreae M O.Climatic effects of changing atmospheric aerosol levels.World Survey of Climatology，1995，16：347-398.

［10］　Duce R A.Sources，distributions，and fluxes of mineral aerosols and their relationship to climate.Aerosol Forcing of Climate，1995，6：43-72.

［11］　Martin J H，Coale K H，Johnson K S，et al.Testing the iron hypothesis in ecosystems of the equatorial Pacific Ocean.Nature，1994，371（6493）：123-129.

［12］　Zhuang G S，Duce R A，Kester D R.The dissolution of atmospheric iron in surface seawater of the open ocean.Journal of Geophysical Research-Oceans，1990，95（C9）：16207-16216.

［13］　Zhuang G S，Yi Z，Duce R A，et al.Link between iron and sulphur cycles suggested by detection of Fe（Ⅱ）in remote marine aerosols.Nature，1992，355（6360）：537-539.

［14］　Zhuang G S，Guo J H，Yuan H，et al.Coupling and feedback between iron and sulphur in air-sea exchange.Chinese Science Bulletin，2003，48（11）：1080-1086.

［15］　Goudie A S，Middleton N J.Saharan dust storms：Nature and consequences.Earth-Science Reviews，2001，56（1-4）：179-204.

［16］　刘毅，周明煜.北京及近中国海春季沙尘气溶胶浓度变化规律的研究.环境科学学报，1999，19（6）：642-647.

［17］　Zhang X Y，Gong S L，Shen Z X，et al.Characterization of soil dust aerosol in China and its transport and distribution during 2001 ACE-Asia：1.Network observations.Journal of Geophysical Research-Atmospheres，2003，108（D9）.(www.xing528.com)

［18］　Zhang X Y，Gong S L，Arimoto R，et al.Characterization and temporal variation of Asian dust aerosol from a site in the northern Chinese deserts.Journal of Atmospheric Chemistry，2003，44（3）：241-257.

［19］　Fang M，Zheng M，Wang F，et al.The long-range transport of aerosols from northern China to Hong Kong—a multi-technique study.Atmospheric Environment，1999，33（11）：1803-1817.

［20］　Liu C L，Zhang J，Shen Z B.Spatial and temporal variability of trace metals in aerosol from the desert region of China and the Yellow Sea.Journal of Geophysical Research-Atmospheres，2002，107（D14）.

［21］　Tsuang B J，Lee C T，Cheng M T，et al.Quantification on the source／receptor relationship of primary pollutants and secondary aerosols by a Gaussian plume trajectory model：PartⅢ-Asian dust-storm periods.Atmospheric Environment，2003，37（28）：4007-4017.

［22］　Uematsu M，Yoshikawa A，Muraki H，et al.Transport of mineral and anthropogenic aerosols during a Kosa event over East Asia.Journal of Geophysical Research-Atmospheres，2002，107（D7）.

［23］　周秀骥，徐祥德，颜鹏，等.2000年春季沙尘暴动力学特征.中国科学（D辑：地球科学），2002（4）：327-334.

［24］　Zhuang G S，Guo J H，Yuan H，et al.The compositions，sources，and size distribution of the dust storm from China in spring of 2000 and its impact on the global environment.Chinese Science Bulletin，2001，46（11）：895-901.

［25］　张仁健，王明星，浦一芬，等.2000年春季北京特大沙尘暴物理化学特性的分析.气候与环境研究，2000（3）：259-266.

［26］　王玮，岳欣，刘红杰，等.北京市春季沙尘暴天气大气气溶胶污染特征研究.环境科学学报，2002（4）：494-498.

［27］　袁蕙，王瑛，庄国顺.气溶胶、降水中的有机酸、甲磺酸及无机阴离子的离子色谱同时快速测定法.分析测试学报，2003（6）：11-14.

［28］　Yi Z，Zhuang G S，Brown P R，et al.High-performance liquid chromatographic method for the determination of ultratrace amounts of iron（Ⅱ）in aerosols，rainwater，and seawater.Analytical Chemistry，1992，64（22）：2826-2830.

［29］　Taylor S R，Mclennan S M.The continental crust：Its composition and evolution.Oxford：Blackwell Scientific Publications，1985.

［30］　Arimoto R，Duce R A，Savoie D L，et al.Relationships among aerosol constituents from Asia and the North Pacific during PEM-West A.Journal of Geophysical Research-Atmospheres，1996，101（D1）：2011-2023.

［31］　Gao Y，Arimoto R，Duce R A，et al.Input of atmospheric trace elements and mineral matter to the Yellow Sea during the spring of a low-dust year.Journal of Geophysical Research-Atmospheres，1992，97（D4）：3767-3777.

［32］　Hseung Y，Jackson M L.Mineral composition of the clay fraction：Ⅲof some main soil groups of China.Soil Science Society of America Proceedings，1952，16（3）：294-297.

［33］　Guo J，Rahn K A，Zhuang G S.A mechanism for the increase of pollution elements in dust storms in Beijing.Atmospheric Environment，2004，38（6）：855-862.

［34］　Zhuang G S，Yi Z，Duce R A，et al.Erratum：“Chemistry of iron in marine aerosols”.Global Biogeochemical Cycles，1993，7（3）：711-711.

【注释】

[1]这里元素的粒径是指某一元素所在颗粒物的粒径，粒径分布是指在特定粒径范围的颗粒物中该元素的质量浓度分布。