大气沙尘暴的传输路径及影响

亚洲沙尘暴主要来源于两大源区——蒙古国以及中国北部戈壁滩和中国西部塔克拉玛干沙漠［18-20］，而黄土高原是一个相对较弱的来源［21］。沙尘暴从源区到北京通常有3条传输路径，即西北偏北路、西北路和西路。X.Y.Zhang等人［22］报道了2001年春季亚洲沙尘的5条主要传输路径，每条都经过北京。本章采用美国国家海洋大气局（NOAA）空气资源实验室（Air Resource Laboratory，ARL）开发的HYSPLIT4扩散传输模型［23］，利用等熵法分别计算了DSⅠ和DSⅡ的后向轨迹，结果见图54-2和图54-3。很明显，DSⅠ和DSⅡ来自不同的源区，而且传输路径不一样。在DSⅠ中，气团经过西部沙漠、内蒙古中西部的戈壁滩以及黄土高原，最后抵达北京。也就是说，DSⅠ是沿着西路进行传输的。DSⅡ主要来自蒙古的戈壁滩以及内蒙古北部和河北省的沙地等，也就是西北或者西北偏北方向的。

图54-2　DSⅠ的后向轨迹图（彩图见下载文件包，网址见14页脚注）

（A）3月20日3:00 UTC；（B）3月20日5:00 UTC；（C）3月20日7:00 UTC；（D）4月14日6:00 UTC。

图54-3　DSⅡ的后向轨迹图（彩图见下载文件包，网址见14页脚注）

（A）4月7日10:00 UTC；（B）4月8日4:00 UTC；（C）4月8日7:00 UTC；（D）4月11日11:00 UTC。(www.xing528.com)

中国由西到东主要城市每日报道的可吸入颗粒物PM 10的浓度，在一定程度上也可以反映沙尘的传输路径。当沙尘暴从源区传输到下游地区时，中国西部和东部城市的PM 10浓度，必然会有一个时间滞后效应。如果沙尘暴不是来自城市附近的沙漠地区，或者不经过该城市，那么该城市的PM 10浓度必然会比较低。相反，如果沙尘暴来源于城市附近的沙漠地区，或者经过该城市，那么可以想象，该城市PM 10的浓度必然要比常日浓度高。因此，可以通过不同城市的PM 10浓度，推断沙尘暴的来源以及传输路径。为此，从国家环境保护局网页http：／／www.zhb.gov.cn／quality／air.php3下载了中国多个城市2002年春季的空气污染指数（API），然后通过下面的公式将API转换为浓度。

式中，C大与C小分别为API分级限值表中最贴近C值的2个值，C大为大于C的限值，C小为小于C的限值；I大与I小则分别为API分级限值表中最贴近I值的2个值，I大为大于I的值，I小为小于I的值。如图54-4所显示，DSⅠ沿西路进行传输。沙尘暴首先出现在位于河西走廊和内蒙古中西部的戈壁滩以及黄土高原地区的兰州、西宁、银川以及呼和浩特（图54-4中线1），接着沙尘暴继续向东传输，抵达太原、北京、石家庄和青岛（图54-4线2）。而在中国远西部地区乌鲁木齐，并没有观测到高浓度的PM 10，即使在北京特大沙尘暴前两天的3月18日，乌鲁木齐也仅出现一个小峰，其PM 10的浓度为358μg·m-3。因此，尽管DSⅠ是沿着西路进行传输，但是真正的源区不在中国的远西部如新疆地区，而在内蒙古中西部的戈壁滩如腾格里沙漠、巴丹吉林、乌兰布和以及毛乌素沙漠。DSⅡ的情况不同于DSⅠ。当北京4月7日出现PM 10高峰时，中国北部的大部分城市如兰州、西宁和银川等在4月6—10日之间的PM 10浓度与常日并没有多大差异，而且西路传输沿途的许多城市如太原、石家庄以及西安等PM 10的浓度也仅仅略高于常日。这明显说明，DSⅡ较少受到内蒙古中西部戈壁滩的影响，并且是沿着与DSⅠ不同的另外一条路径进行传输的。乌鲁木齐的情形同上述城市相近，说明DSⅡ较少受西部沙漠的影响。DSⅡ期间，位于北京西北偏西方向的呼和浩特，首先出现相对较高的PM 10峰（图54-4线3），然后北京、长春和沈阳也相继出现PM 10峰值（图54-4线4），接着沙尘暴继续向东移，并传输到青岛（图54-4线4），因此可以得出，DSⅡ主要来源于蒙古国的戈壁以及内蒙古北部和河北省的沙地，并沿着西北偏北方向进行传输。

图54-4　2002年春季中国不同城市的PM 10浓度（彩图见下载文件包，网址见14页脚注）

源区和传输路径是影响沙尘暴化学组成的2个重要因素。长途传输的沙尘与沿途污染气溶胶的混合过程，必将改变沙尘暴的化学组成。以下着重探讨DSⅠ和DSⅡ的不同之处，以及传输路径对沙尘暴化学组成的影响。