2001年3月北京沙尘暴与气溶胶混合过程，揭示大气污染问题

同样地以Al作为地壳源气溶胶的参比元素，污染元素X与Al的比值（X／Al）越高，污染源对污染元素X的贡献就越大。由Al的浓度，可以判断2001年3月14—26日期间发生了2次沙尘暴，而污染元素与Al的比值X／Al则揭示了沙尘暴入侵期间的4个阶段：①污染物的累积；②污染物的清除；③沙尘气溶胶的抵达；④沙尘气溶胶的清除。图53-4中以Cu／Al的比值为例，说明了这4个阶段。3月14—16日，污染元素与Al的比值X／Al缓慢增加，说明污染物在累积（第一阶段）。3月17日，除了S以外的所有污染元素与Al的比值X／Al开始下降（S／Al的比值从3月18日开始下降），直至3月20日降至最低值。在这一段时间内，Al的浓度并没有显著变化。污染元素与Al的比值X／Al的下降，意味着污染元素浓度的下降。也就是说，这是一个污染物清除的过程（第二阶段）。在3月21日12:00—14:00采集的样品中，污染元素和地壳元素的含量都有所增加。无法确认这里的污染物是来自远距离传输，还是来自本地污染物的累积。沙尘暴于当日下午15:00左右抵达北京。沙尘暴到达时，矿物气溶胶浓度忽然增加，污染元素对Al的比值则降低到接近其在地壳中的比值（第三阶段）。到3月22日，虽然矿物元素的浓度还是很高，但其浓度已降低到北京春季常日气溶胶浓度的范围。所以说，沙尘暴是在3月22日结束（第四阶段）。3月23日污染物浓度开始上升，预示着下一个第一阶段开始。3月24日中午所采样品浓度，与3月23日差别不大，看不出下一次沙尘暴要来的迹象。然而到下午15:00左右，又一次沙尘暴袭击了北京。Al的浓度猛然增加，污染元素与Al元素含量的比值同时下降（第一阶段、第二阶段）。这次沙尘暴不像3月21日的沙尘暴那么强，持续时间也不是很长，于3月24日傍晚结束（第四阶段）。接下来循环回到第一个阶段。

图53-4　2001年3月采集的TSP样品中Cu／Al比值和Al浓度（彩图见下载文件包，网址见14页脚注）(www.xing528.com)

2001和2002年的沙尘暴，都揭示了沙尘暴循环过程中的4个阶段。其中前2个阶段可能与后2个阶段分开，也可能有重叠。当它们相互分开时，沙尘暴可以“很纯”，即污染元素含量可能很高，但这些元素来自地壳源（其浓度对Al元素浓度的比值，接近地壳中的比值）；当它们相互重叠，尤其是第二阶段与第三阶段重叠时，在Al元素浓度上升的同时，污染元素含量与Al元素含量的比值可以很高。虽然目前还不清楚，本地扬尘在弱沙尘暴中的贡献率，但是可以确认，第二阶段和第三阶段的相互重叠，是沙尘暴中污染物浓度维持高值的一个重要机制。沙尘暴是伴随冷锋的大风卷起，并通过不同的传输路径传入北京的［2］。由于北京的北和西北方向，污染源相对较少，来自北和西北方向的气团通常相对比较清洁。当沙尘被卷入空中，并随着该气团进入北京时，它取代了旧的污染气团，这样北京上空原有的污染物被有效地清除了。如果沙尘紧随冷锋而来，或者因从高空的干冷气团中沉降出来，而比冷锋提前抵达，它可能在原有污染物被清除之前抵达北京。这样将导致第二和第三阶段的重叠，并掩盖污染物的来源。为确定污染物的来源，必须在沙尘暴到来之前采集气溶胶样品，并仔细考虑气象因素。如果沙尘距离冷锋有足够的距离，污染物就可以在沙尘抵达之前清除掉，这样就会形成沙尘暴入侵过程清晰的4个阶段。