乌鲁木齐沙尘源区城市大气气溶胶特征分析

伴随着中国城市化的进程和机动车量的迅速增加，城市空气质量近年来显著恶化。目前中国有一半以上城市的颗粒物浓度，超过国家规定的空气质量标准［1 3］。由于机动车尾气排放、燃煤发电与采暖等因素，一种新型的天气模式——霾，在中国城市群上空如京津地区、长三角地区以及华中、四川地区频繁游弋［4］。霾的形成主要与气象因素和大气颗粒物有关［5，6］。霾大多源于空气中过多的人为源排放，以及气-固转化的颗粒物［7］。霾影响大气能见度、云的形成、居民健康、农业生产，甚至全球气候变化［8 13］。霾研究已引起广泛关注。Y.Sun［14］等人研究了2004年北京的一次重度霾，发现主要是二次人为气溶胶导致了霾。C.M.Kang［13］等研究了韩国首尔霾期间酸性污染气体以及PM 2.5中各种组分的化学特性，发现NO 3-、SO24-、NH 4+等无机离子和有机物是PM 2.5中的主要组成。Chen等［11］研究了大西洋中部夏季霾的形成，发现颗粒物中SO 24-约占到60%，意味着SO24-能促进霾形成。B.A.Schichtel等［10］报道了美国1980—1995年期间霾的特点及发展趋势，表明霾的减少与PM 2.5含量和S排放的减少相一致。W.L.Chameides等［8］估计，由于人为气溶胶和霾的影响，中国小麦和水稻每年减产5%～30%。

值得注意的是，重霾不仅在中国经济发达的东部地区频繁发生，即使在亚洲中部、中国西北内陆城市的乌鲁木齐，每年有超过1／3的天数出现霾。乌鲁木齐三面环山，东南部有高5 445 m的博格达峰，北面开阔，与准噶尔盆地相连。1998年，乌鲁木齐被世界卫生组织列为十大污染城市之一［15］。2002年，乌鲁木齐的TSP和PM 10年均浓度分别为467和284μg·m-3［16］。乌鲁木齐在2003年12月16日—2004年1月11日期间，发生严重的空气污染事件，PM 10浓度高达303～642μg·m-3，高于国家规定的标准3～6倍之多［17-19］。

亚洲沙尘可远征数千上万千米传输到太平洋［20，21］，甚至到达美国的西海岸［22，23］。沙尘在长途传输过程中，可与途经地区尤其是中国东部经济发达地区的人为气溶胶相互混合，通过吸收气体、表面反应、与其他粒子聚合等作用，发生化学组成及形貌特征上的变化。这一过程对气溶胶中的元素和某些化合物组分及其相关的大气痕量气体如SO 2、NO x和HCl的全球生物化学循环有重大影响［24 27］。有关乌鲁木齐的霾及外来入侵沙尘的研究都很少。由于乌鲁木齐位于沙尘源区，其化学组成和霾形成机制不同于其他城市，因此研究乌鲁木齐由沙尘侵入与人为气溶胶相混合所致的霾天气，不仅对改善局地空气质量，而且对于认识区域环境乃至全球气候变化具有重要意义。本章基于2001—2007年期间对乌鲁木齐市气溶胶、降尘以及城市周边和新疆南北两大沙漠表层土的研究结果，揭示乌鲁木齐这座位于沙尘源头的城市之大气气溶胶的理化特征、来源及重霾的形成机制。(www.xing528.com)

2001—2007年在乌鲁木齐市区连续采集大气气溶胶。采用美国Rupprecht&Patashnick公司生产的PM 10颗粒物分析仪（TEOM series 1400a PM 10 monitor，Albany）在线测定PM 10的质量浓度，流量为16.7 L·min-1，采用特氟隆（teflon）覆硼硅酸盐玻璃滤膜。采样方法和化学分析方法详见第7、8、10章。为研究气溶胶的来源，同时收集了乌鲁木齐市区街道（U1—U5）降尘、郊区盐湖附近地区（S1、S2）、准噶尔盆地典型地区（JB1、JB2、JB3、KT）以及乌鲁木齐以南的塔克拉玛干沙漠中部（塔中）和北部（肖塘）的表层土。温度、相对湿度（RH）、能见度、风速和风向等气象数据来自网站www.wunderground.com。