中國大氣降塵地域性分布特征研究

王明仕，李晗，王明婭，曹寧，宋黨育

中國大氣降塵地域性分布特征研究

王明仕，李晗，王明婭，曹寧，宋黨育

河南理工大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，河南 焦作 454003

為了研究中國大氣降塵量的地域性分布特征，探討大氣降塵的影響因素，文章以中國大氣降塵研究為基礎(chǔ)，匯總近20年25個(gè)行政區(qū)44個(gè)地區(qū)的降塵量數(shù)據(jù)，以10 t·km-2·month-1為間隔首次劃分降塵區(qū)間，為中國降塵量標(biāo)準(zhǔn)的制定提供參考。中國大氣降塵現(xiàn)有研究多集中在東北部、中東部地區(qū)以及西北沙漠地區(qū)，降塵量整體分布為北方高于南方，西部多于東部。除涉及強(qiáng)沙塵暴襲擊區(qū)域外，現(xiàn)有研究區(qū)域的降塵量算術(shù)平均值為14.73 t·km-2·month-1，53.7%的研究區(qū)域降塵量小于該平均值。降塵量少于20 t·km-2·month-1的地區(qū)多集中于沿海地區(qū)、長江中下游地區(qū)以及東北平原地區(qū)，此類地區(qū)多為旅游景區(qū)和重要的商品糧產(chǎn)地，植被覆蓋率較高，水土保持性能良好，且不易有較大的風(fēng)沙侵襲；華北平原地區(qū)、內(nèi)蒙古高原地區(qū)和準(zhǔn)噶爾盆地一帶降塵量相對偏高，此類區(qū)域多為重工業(yè)區(qū)，發(fā)展經(jīng)濟(jì)的同時(shí)造成了不同程度的環(huán)境污染和資源掠奪；降塵量最大的地區(qū)位于塔里木盆地一帶，最大值為2915.96 t·km-2·month-1，屬于沙塵暴多發(fā)區(qū)。大氣降塵量雖會(huì)在一定程度上受到經(jīng)濟(jì)發(fā)展、工業(yè)布局、能源結(jié)構(gòu)的影響，但更多的是因?yàn)槠涞赜蛐圆町惗斐山祲m量不同。中國現(xiàn)有的各地降塵量的數(shù)據(jù)較少，且研究區(qū)多位于城市等人類活動(dòng)中心，更多地區(qū)的降塵量尚需要進(jìn)一步研究。

中國；大氣降塵；降塵量；沙塵暴

大氣降塵是指依靠自身重力作用可以沉降到地面上的顆粒物，其粒徑一般大于10 μm（王贊紅，2003）。降塵可以附著在景觀表面，不但使觀瞻受到影響，而且粉塵受潮后其內(nèi)酸性物質(zhì)可滲入石刻景區(qū)的巖石表層，加速石刻風(fēng)化，使石刻景觀出現(xiàn)裂縫脫落（馬紅和張曉紅，2007），壁畫類景觀褪色的現(xiàn)象（屈建軍等，1992）。來自遠(yuǎn)源沙塵暴產(chǎn)生的降塵可攜帶大量細(xì)菌，對人體健康產(chǎn)生危害（吳東輝等，2003），甚至改變大氣輻射平衡（Tegen和Fung，1994）。覆蓋在植物葉片表面的降塵影響葉片的光合作用（李巧云等，2012），沉降到地面的降塵改變土壤性質(zhì)（Haapala等，1996；羅娜娜等，2013）。沉積的大氣降塵可對土壤水鹽運(yùn)移造成影響（李生宇等，2009），增加城市供水的污染率（董小林和曹廣華，2006）?？梢?，大氣降塵對當(dāng)?shù)丨h(huán)境甚至全球環(huán)境都有重要的影響。

20世紀(jì)初，各國環(huán)境保護(hù)部門開始大氣降塵的監(jiān)測工作，部分國家已制定嚴(yán)格的降塵標(biāo)準(zhǔn)，大多集中在3～10 t·km-2·month-1之間（Vallack和Shillito，1998）。中國暫無明確、統(tǒng)一的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，或以本城市清潔對照點(diǎn)+3 t·km-2·month-1為標(biāo)準(zhǔn)（南方城市），或+7 t·km-2·month-1作為暫定限值（北方城市）（張燦等，2010）；也有根據(jù)本省情況統(tǒng)一制定一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行評價(jià)；此外還有湖北省、河南?。ㄅ蓑E等，2007）等部分省份未制定評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

目前中國大氣降塵研究主要集中在西北部和東南部的局部地區(qū)，未對全國范圍做出整體研究，全國評價(jià)也尚未形成，因此研究中國大氣降塵的地域性分布特征，探討大氣降塵的影響因素，具有重要的科學(xué)意義和現(xiàn)實(shí)意義。

1 數(shù)據(jù)來源與研究方法

為了探討中國各地區(qū)大氣降塵的地域性分布特征，文中匯總了近20年內(nèi)國內(nèi)多項(xiàng)研究中部分城市或地區(qū)的降塵量數(shù)據(jù)，如表1所示。

從上表可以看出，中國現(xiàn)有的關(guān)于降塵量的研究多數(shù)集中在東北部、中東部地區(qū)以及西北沙漠地區(qū)，對西南部中等城市降塵的研究較少。整體看來，中國整體降塵量分布為北方高于南方，西部多于東部。

上表的44個(gè)數(shù)據(jù)共涉及25個(gè)省級行政區(qū)。44個(gè)數(shù)據(jù)最大值與最小值相差甚遠(yuǎn)，其中最小值為西南部的貴州省荔波縣，該地區(qū)樣點(diǎn)位于森林茂密的國家自然保護(hù)區(qū)內(nèi)，植被覆蓋率常年維持在較高水

平（唐楊等，2013），因此降塵量僅為0.3558 t·km-2·month-1；數(shù)據(jù)的最大值為西北部的新疆和田，月降塵量高達(dá)2915.96 t·km-2·month-1，該地區(qū)位于塔里木盆地，風(fēng)沙較大，屬于沙塵暴高發(fā)區(qū)。

表1 中國部分城市或地區(qū)大氣降塵量Table 1 The fall dust content of some cities or regions in China (t·km-2·month-1)

2 結(jié)果與分析

2.1劃分降塵區(qū)間

由于中國尚未有統(tǒng)一降塵標(biāo)準(zhǔn)，因此本研究只做降塵量的定性分析。為了能夠更直觀地看到降塵量的分布，文中將44個(gè)降塵量數(shù)據(jù)分為4個(gè)區(qū)間，見表2。考慮到國外的降塵標(biāo)準(zhǔn)大多位于3～10 t·km-2·month-1之間（Vallack和Shillito，1998），我們試圖將降塵區(qū)間以5 t·km-2·month-1為間隔。然而由于數(shù)據(jù)有限且地區(qū)分布不均，為方便探討，故將以10 t·km-2·month-1為間隔劃分降塵區(qū)間。

表2 降塵區(qū)間的劃分Table 2 Division of some intervals of dust fall

44個(gè)數(shù)據(jù)中，70%介于0～20 t·km-2·month-1之間。在此范圍以上的地區(qū)多為沙塵暴多發(fā)區(qū)。由于和田、鐵干里克和尉犁地區(qū)的降塵涉及強(qiáng)沙塵暴的襲擊，沒有全國整體降塵的代表性，因此在去除這3個(gè)地區(qū)后，41個(gè)城市或地區(qū)的降塵量算術(shù)平均值為14.73 t·km-2·month-1，位于區(qū)間二。其中，41個(gè)數(shù)據(jù)中53.7%的地區(qū)降塵量小于該平均值。

2.2各降塵區(qū)間的地域性分布特征

為了研究各地區(qū)降塵量的地域性分布特征，我們按上述降塵區(qū)間的劃分方法，在地圖上將各區(qū)間代表的區(qū)域加以劃分。區(qū)域劃分如圖1所示。

從圖中我們不難發(fā)現(xiàn)，位于降塵區(qū)間一的地區(qū)主要為沿海地區(qū)，如青島、大亞灣等；長江中下游地區(qū)，如荊門、南昌等；以及植被覆蓋率較高地區(qū)，如荔波、松嫩平原等。此區(qū)間的地區(qū)大多為旅游景區(qū)或中國重要的商品糧產(chǎn)地，植被覆蓋率普遍較高，水土保持性能良好，且不易有較大的風(fēng)沙侵襲，因此降塵量較少。

位于降塵區(qū)間二的地區(qū)主要是東部沿海地區(qū)，如杭州、南京等；以及東北平原地區(qū)如長春、營口等。此類地區(qū)多為中國重工業(yè)區(qū)，發(fā)展經(jīng)濟(jì)的同時(shí)造成了不同程度的環(huán)境污染和資源掠奪。此類地區(qū)的大氣降塵多為建筑粉塵、工業(yè)粉塵和燃煤粉塵等。

位于降塵區(qū)間三以及降塵區(qū)間四的地區(qū)可分為以下幾個(gè)區(qū)域：（1）位于塔里木盆地的城市，如和田、鐵干里克等；（2）位于準(zhǔn)噶爾盆地一帶，如烏魯木齊等；（3）位于內(nèi)蒙古高原，如呼和浩特等；（4）坐落于華北平原的城市，如保定、石家莊等。究其原因可與中國沙塵暴多發(fā)區(qū)聯(lián)系分析。中國有兩大沙塵暴多發(fā)區(qū)，第一個(gè)多發(fā)區(qū)在西北地區(qū)，主要集中在三片，即塔里木盆地周邊地區(qū)，吐魯番-哈密盆地經(jīng)河西走廊、寧夏平原至陜北一線和內(nèi)蒙古阿拉善高原、河套平原及鄂爾多斯高原；第二個(gè)多發(fā)區(qū)在華北，赤峰、張家口一帶（溫洋，2013）。不難發(fā)現(xiàn)，位于區(qū)間三和區(qū)間四的地區(qū)均為沙塵暴多發(fā)區(qū)，這也就解釋了為什么和田地區(qū)、鐵干里克地區(qū)每平方公里的月降塵量高達(dá)數(shù)百甚至數(shù)千噸。相比較而言，由于華北平原接近中部，其沙源與內(nèi)蒙古高原和華北平原上游干涸河道有關(guān)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及塔里木盆地的沙源豐富，因此其降塵量與塔里木盆地和準(zhǔn)噶爾盆地相差甚遠(yuǎn)。由于塔里木盆地和準(zhǔn)噶爾盆地的塵暴沙源豐富，在冬春季節(jié)由于干旱區(qū)降水甚少，地表異常干燥松散，抗風(fēng)蝕能力很弱，在有大風(fēng)刮過時(shí)，就會(huì)將大量沙塵卷入空中，形成大量降塵。然而，距離塔里木盆地不遠(yuǎn)處，位于新疆省北部的奎屯市，由于地下水資源較南疆豐富，且多年來堅(jiān)持植樹造林等多項(xiàng)措施，植被覆蓋率較高，其降塵量月均值小于10 t·km-2·month-1。

圖1 中國部分城市或地區(qū)降塵量分布Fig. 1 The distribution of dust fall in part cities or regions in China

3 討論

大氣降塵來源廣泛，易受氣象因素的影響（李晉昌和董治寶，2010），研究區(qū)當(dāng)?shù)氐淖匀惶鞖猬F(xiàn)象、人為活動(dòng)直接造成降塵量的差異；即使在人為活動(dòng)較少的沙塵影響區(qū)，由于地面風(fēng)場特征和沙塵

特征等因素的影響（夏敦勝等，2007）也會(huì)造成降塵量的不同，因此降塵量的分布存在復(fù)雜的地域性特征差異。文中所使用的數(shù)據(jù)多位于城市等人類活動(dòng)中心，中國臺灣、海南以及西藏等地區(qū)的降塵數(shù)據(jù)目前尚屬空白，有關(guān)全國降塵量分布規(guī)律仍有待進(jìn)一步研究探討。

4 結(jié)論

（1）除涉及強(qiáng)沙塵暴襲擊區(qū)域外，現(xiàn)有研究區(qū)域的降塵量算術(shù)平均值為14.73 t·km-2·month-1，53.7%的研究區(qū)域降塵量小于該平均值。

（2）降塵量少于20 t·km-2·month-1的地區(qū)多集中于沿海地區(qū)、長江中下游地區(qū)以及東北平原地區(qū)；華北平原地區(qū)、內(nèi)蒙古高原地區(qū)、和準(zhǔn)噶爾盆地一帶降塵量相對偏高；降塵量最大的地區(qū)位于塔里木盆地一帶，最大值2915.96 t·km-2·month-1。

（3）大氣降塵量雖會(huì)在一定程度上受到經(jīng)濟(jì)發(fā)展、工業(yè)布局、能源結(jié)構(gòu)的影響，但更多的是因?yàn)槠涞赜蛐圆町惗斐山祲m量不同。由于現(xiàn)有關(guān)于各地降塵量的數(shù)據(jù)較少，因此降塵區(qū)域的劃分主觀性較大，有待進(jìn)一步研究。

致謝：

感謝毛宇翔博士對本文提供的建設(shè)性意見。

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Study on the Regional Distribution of Dust Fall in China

WANG Mingshi, LI Han, WANG Mingya, CAO Ning, SONG Dangyu
Institute of Resource and Environment, Henan Polytechnic University, Jiaozuo 454003, China

In order to elucidate the distribution characteristics and influence factors of dust fall in China, 44 dust fall contents of 25 administrative regions in the recent 20 years summarized. For the first time, China was divided into dust fall regions at 10 t·km-2·month-1interval. Current researches on dust fall in China focused on the northeast, east midlands and northwest desert area. In general, dustfall in the south was higher than that in the north, and the west higher than the east. Except the strong sandstorm areas, the arithmetic mean value of dust fall in the existing research areas was 14.73 t·km-2·month-1, with 53.7% of the research area less than the average. The dust fall less than 20 t·km-2·month-1was mainly loctaed in the coastal areas, the middle and lower reaches of the Yangtze river region and the northeast plain. Such areas are tourism areas or important commodity grain producing areas, with high vegetation coverage rate, good water and soil conservation performance, and seldom sand invasion. The regions with heavy dust fall included the north China plain area, Inner Mongolia plateau and Junggar basin. These regions are heavily industrialized, with environment polluted and resources over exploited. The highest dust fall, with a maximum value of 2915.96 t·km-2·month-1, was found in the sandstorm prevailing Tarim basin. The huge difference in dust fall is mainly determined by regional difference, and to a less extent affected by economic development, industrial layout and energy structure. . The areas currently studied in terms of dust fall are mainly located in cities, i.e. centers of human activities, leaving many regions untouched, which need to be studied in the future.

China; dust fall; content; sandstorm

X16

A

1674-5906（2014）12-1933-05

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（41073075）；河南理工大學(xué)杰出青年基金項(xiàng)目（J 2013-06）

王明仕（1978年生），男，副教授，博士，碩士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)榄h(huán)境地球化學(xué)。E-mail: mingshiwang@hpu.edu.cn

2014-09-30

王明仕，李晗，王明婭，曹寧，宋黨育. 中國大氣降塵地域性分布特征研究[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào), 2014, 23(12): 1933-1937. WANG Mingshi, LI Han, WANG Mingya, CAO Ning, SONG Dangyu. Study on the Regional Distribution of Dust Fall in China [J]. Ecology and Environmental Sciences, 2014, 23(12): 1933-1937.