北师大和密云：大气气溶胶和雾霾新论

所测的化学组分可分为以下6类：①污染元素As、Zn、Pb和Cu；②矿物元素Ca、Al、Fe、Na、Mg和Ti；③其余元素Mn、V、Ni、Sr和Cr；④矿物离子Na+、Ca2+和Mg2+；⑤二次气溶胶离子NH 4+、NO 3-和SO 24-；⑥其余离子K+、F-和Cl-。图9-3给出了区域Ⅳ北师大和密云两地的沙尘暴和非沙尘暴化学组分比较。可以看出，沙尘对气溶胶中矿物元素的影响最大。DS2期间，北师大和密云矿物元素和矿物离子的浓度，较非沙尘暴期间的浓度增加了2～5倍，而污染元素和二次离子的浓度则相对下降。沙尘暴的一个最显著特点就是，从源区携带来大量的沙尘，这些沙尘与城市大气相互混合，与污染气溶胶组分发生相互作用。沙尘暴不仅带来大量矿物元素，其中可能还含有相当数量的污染元素。沙尘期间的污染元素是来自沙尘源区，还是来自沙尘与沿途污染物的混合，抑或来自城市本地源？Guo等［12］揭示了沙尘暴的传输过程可能存在4个阶段，并指出沙尘可能是污染元素的一个重要来源。沙尘与污染物在污染物被沙尘清除过程中的叠加，也是造成高浓度污染物的原因之一。同时，沙尘暴常常伴随着大风和干冷气团，相对湿度较低。这些气象条件有利于污染物的扩散。尽管沙尘暴有时从沿途带来了相当数量的污染物，但同时也清除了本地的一部分污染物，加之由沙尘暴携带而来的大量矿物组分，也有利于本地污染组分的稀释。因此，当这种清除过程占主导地位时，沙尘暴期间污染组分的浓度，会较非沙尘暴低。反之，如果这种清除作用相对较弱，则沙尘暴期间污染组分的浓度，会高于非沙尘暴期间的浓度。所以，DS2期间的低污染元素浓度，可能来自沙尘对污染物的稀释与清除。一个有趣的现象是，DS2期间，沙尘对细颗粒物中矿物元素的影响，要大于总悬浮颗粒物。这可能是因为，粗颗粒物在长距离的传输过程中，由于重力作用而沉降；细颗粒物则可以在空气中滞留较长的时间，从而进行更远距离的传输。这同时也说明，沙尘是细颗粒物的一个重要来源。

图9-3　北师大和密云两地TSP和PM2.5中化学组分在沙尘暴和非沙尘暴期间的浓度比（彩图见下载文件包，网址见14页脚注）(www.xing528.com)

图中1＿TSP、2＿TSP、1＿PM 2.5、2＿PM2.5中的1和2分别指DS1和DS2，以下均相同。DS：沙尘暴；NDS：非沙尘暴。

然而，DS1对气溶胶化学组成的影响，显著不同于DS2。TSP中几乎所有的化学组分，在DS2时的浓度是非沙尘期间的2～5倍，在PM 2.5中的浓度是非沙尘期间的2～3倍。DS1与DS2最大的不同，就是DS1携带了相当数量的污染元素和二次离子。密云位于北京市郊区东北风口，周边鲜有人为污染源，因此密云颗粒物中的污染组分，主要来自长距离传输，尤其是北京周边的一些重污染城市。沙尘暴经过沿途一些重污染城市后，可能与其排放的大量污染物发生混合，进而携带到密云，再加上密云3月9日的湿度相对较大（30%～50%），属于烟雾天气，不利于污染物的扩散，因此导致DS1中化学组分的浓度，均高于非沙尘暴期间的浓度。