中亞地區(qū)沙塵氣溶膠的理化特性、來源、長途傳輸及其對全球變化的可能影響.pdf

1、大氣氣溶膠通過影響大氣輻射、大氣化學(xué)及云和降水過程,改變地水氣系統(tǒng)內(nèi)部的輻射能量收支和水循環(huán),對全球氣候和環(huán)境變化產(chǎn)生巨大影響。氣溶膠長距離輸送被認(rèn)為是全球生物地球化學(xué)循環(huán)的重要途徑之一,研究大氣氣溶膠即是研究大氣圈、水圈、生物圈以及人類圈之間的生物地球化學(xué)平衡,對人類自身具有生死攸關(guān)的重大意義,已成為研究全球環(huán)境和氣候變化的重要領(lǐng)域。大氣氣溶膠可遠(yuǎn)距離洲際輸送,橫跨太平洋、大西洋,因而大氣氣溶膠同時對區(qū)域氣候異常及全球氣候環(huán)境變化有著

2、極其重要的影響。大氣污染已成為全球性問題。亞洲中部的沙漠和黃土高原是太平洋上空氣溶膠的主要來源。深入研究亞洲沙塵源區(qū)沙塵氣溶膠的時空分布,理化特性及其來源有利于全面認(rèn)識亞洲沙塵氣溶膠特性,探究其與污染氣溶膠相互混合和作用的機理,不僅是促進我國經(jīng)濟發(fā)展和改善人們生活質(zhì)量的亟需,也是正視全球生態(tài)危機和全球環(huán)境變化問題的亟需。本研究的主要成果有:1.揭示了中亞沙塵源區(qū)各典型地區(qū)沙塵氣溶膠的理化特性,來源,形成機制及其對下游我國東部沿海城市地區(qū)

3、乃至全球變化的可能影響。中亞沙塵的兩大主要源區(qū)之一,世界第二大沙漠,塔克拉瑪干沙漠沙塵氣溶膠具有高濃度,高硫,高鈣的鮮明特性。發(fā)現(xiàn)了塔克拉瑪干沙漠氣溶膠及其主要來源,塔克拉瑪干沙漠的表層沙土中90％以上的總硫含量是以可溶性的硫酸鹽形式存在。同時,氣溶膠中的硫酸鹽與Na+,Cl-,K+都具有非常好的正相關(guān)。顯示了塔克拉瑪干沙漠沙塵氣溶膠具有明顯的古海洋源的特性。大氣氣溶膠的研究正好補充論證了地質(zhì)學(xué)研究的重要成果,即塔克拉瑪干沙漠是5.3M

4、萬年的古海洋隆起后干涸并經(jīng)歷長期風(fēng)化而成。2.發(fā)現(xiàn)了塔克拉瑪干沙漠Ca/Al比值高達(dá)1.5以上,這與蒙古戈壁沙塵中Ca/Al比值僅有0.5左右形成鮮明對比。這一發(fā)現(xiàn)使得Ca/Al比值成為區(qū)分我國兩大沙塵源區(qū)和判斷下游地區(qū)外來沙塵來源的最可靠的判據(jù)。3.塔克拉瑪干沙漠每年輸出約1.69*107噸沙塵(TSP),其中PM10約5.40*106噸,2.1*105噸硫酸鹽(PM2.5中),同時又有6.2*104噸黑碳?xì)馊苣z。由于本研究揭示了塔克

5、拉瑪干沙漠所產(chǎn)生的沙塵中的硫大多在一次氣溶膠中就已經(jīng)以硫酸鹽的形式存在,中亞沙塵中所含的硫酸鹽的總量會大大超過以前許多研究的估計。基于硫酸鹽可能導(dǎo)致的降溫效應(yīng)和黑碳可能導(dǎo)致的增溫效應(yīng),顯然,中業(yè)沙塵的長途傳輸不僅會對我國東部地區(qū)包括北京上海等大城市的大氣質(zhì)量產(chǎn)生影響,同時會對全球的氣候與環(huán)境變化產(chǎn)生重大影響。4.中亞沙塵源區(qū)的重要城市烏魯木齊的空氣污染非常嚴(yán)重。除夏季外其出現(xiàn)嚴(yán)重灰霾的天數(shù)高達(dá)60-80%,且具有濃度高,形成迅速,發(fā)生頻

6、繁三大特點。烏魯木齊已是我國大氣污染最嚴(yán)重城市之一。通過比較氣溶膠、降塵和表層土壤中有關(guān)元素豐度和Ca/Al比值,證實烏魯木齊氣溶膠中高濃度硫酸鹽來自于:1.城區(qū)工業(yè)排放的大量SO2轉(zhuǎn)化形成的硫酸鹽2.來自準(zhǔn)格爾盆地南緣農(nóng)業(yè)帶含高濃度硫酸鹽的土壤沙塵;3.周邊鹽湖地區(qū)含有高濃度硫酸鹽的表層土壤。人為污染源與外來沙塵的相互混合和作用是導(dǎo)致烏魯木齊嚴(yán)重空氣污染的的主要成因。烏魯木齊氣溶膠中水可溶性離子的總量及具有強吸水性的銨鹽分別占細(xì)顆粒物

7、總質(zhì)量的百分比高達(dá)57.8%和51.0%。這一至今為止在任何地區(qū)前所未見的高濃度水可溶性離子,尤其是所包含的高濃度銨鹽(主要是硫酸銨)是形成烏魯木齊嚴(yán)重灰霾的主要機制。5.在我國西部渺無人煙的塔克拉瑪干沙漠的氣溶膠和塵土中均含有某種程度的污染元素As,Pb,Cd.。污染元素As,在天山氣溶膠中的富集系數(shù)竟然高達(dá)5800,其它污染元素如Pb,Cd的富集系數(shù)也高于20。天山及其周邊表層土壤中As,Zn,Cd濃度高出地殼平均濃度約1.4-15