中国北方沙尘空间分布及对城市大气影响

起源于亚洲沙漠及干旱和半干旱地区的沙尘暴，通过长途传输，到达韩国、日本、北太平洋地区，乃至遥远的美洲大陆［1-3］。沙尘暴传输过程中的物理化学过程，是影响全球气候变化和生物地球化学循环的重要因素之一。沙尘暴所携带的矿物元素，成为北太平洋海底沉积物的重要来源［4］。沙尘暴所携带的营养元素诸如Fe、P、N等，则成为北太平洋地区初级生产力的限制性因素［5，6］。

中国北方的春季，时有沙尘暴发生。沙尘暴在起沙后数小时，迅速席卷华北大部分地区，形成面积高达几万乃至十几万平方千米的沙尘云（dust cloud）。沙尘云在传输过程中，与沿途污染城市排放的大量污染物，如各种酸性气体像SO 2、NO x等相互作用，经过海洋时又进一步与海盐气溶胶发生相互作用。海洋表层和低层大气之间的交换过程（SOLAS），已被认为是全球生物地球化学循环的重要途径之一，成为研究全球环境变化及生态危机的重要领域。沙尘气溶胶与沿途以及海盐气溶胶之间的相互混合与作用，不断改变着气溶胶的粒径分布和化学组成，进而影响着气溶胶对全球气候的间接辐射强迫作用。(www.xing528.com)

中国沙尘暴以及中国城市特有的污染特征，为研究沙尘气溶胶与污染气溶胶之间的相互耦合作用以及气溶胶存在的气候负反馈效应，提供了特有的研究平台。“亚洲气溶胶特性观测实验”（ACE-Asia）建立了包括榆林、敦煌、兰州、沙坡头等在内的多个沙尘暴监测点［7］。Zhang等［8］在此基础上研究了中国不同源区的粉尘特征。中国西部高粉尘区Ca和Fe的含量分别为12%和6%，显著高于其他源区；但不同源区Al的含量却接近一致，为7%。R.Arimoto等［9］比较了ACE-Asia期间中国镇北台（ZBT）和韩国Gosan（GOS）两地的气溶胶组成，指出ZBT和GOS沙尘气溶胶组成的差异，可能主要来自长距离传输过程中与污染物混合及反应程度的不同。中国西北沙漠（民勤）和黄海地区（青岛和千里岩）的同步监测，也显示了痕量金属较大的时空变化，同时证实了中国西北沙漠地区的矿物气溶胶对黄海地区春季和早夏季气溶胶痕量金属组成的重要影响［10］。Y.Gao等［11］估算了大气输送到黄海地区的痕量金属和矿物质约占气溶胶总量的20%～70%。前人的多数研究，要么受限于单一的采样点，要么受限于元素数据，很难同时全面地了解亚洲沙尘对中国不同地区气溶胶化学组成的影响。对于沙尘传输过程中与污染物的混合及反应的研究，也非常缺乏。本章根据笔者团队2004年春季在陕西榆林、内蒙古多伦、北京（市区北师大和郊区密云）、上海和青岛设立的6个采样点，对每天采集的TSP和PM 2.5气溶胶样品所进行研究的成果，重点阐述中国北方沙尘的空间分布及其对城市大气环境的影响。