北京地区“沙尘暴”-“化学尘暴”和浮尘的新来源解析

危害严重的"盐碱尘暴"和浮尘天气近年来在北京的出现，表明除以往研究界定的沙尘来源外，可能还存在新尘源。本项目以挖掘新尘源为目标，依据以往卫星数据和研究成果设置采样路径；考察确定沙尘传输路径范围的潜在排放源及其标识元素；采集各路径不同土地和地貌类型表土和排放源，及尘暴、浮尘、常规天气北京及上下游降尘和颗粒物样品；分析地表土的水溶盐含量、水溶性离子和标识元素含量、同位素比值等，及大气颗粒物样品的质量浓度、水溶性离子和标识元素浓度、黑炭/有机碳、单颗粒成分、同位素比值等物化性质。利用同位素示踪、正向矩阵分解（Positive Matrix Factorization，PMF)模型、化学质量平衡（chemical mass balance，CMB)模型和气团轨迹模型, 结合气象数据，解析北京尘暴和浮尘源，推断北京大气污染物的扩散特征。

北京尘暴新来源解析是其有效治理的重要依据，本项目系统地采集了北京尘暴可能来源路径——内蒙古干盐湖、我国西部-西北地区、我国东北地区、新疆地区的四种地表类型，即干盐湖（包括盐渍土、湿地等）、丘陵（包括山地等）、农耕地（包括沙化土地、草地、退化草地等）、沙地（包括沙漠、沙丘等）的表土样品，采集了北京沙尘暴期间降尘及日常降尘样品，2012年春季在北京、天津、张家口三地四个点位采集到有无沙尘暴期间的PM10和PM2.5样品。项目系统地测量分析了北京尘暴源及潜在源的地表土壤及北京尘暴降尘、气溶胶的物化特性，尝试量化尘暴来源地贡献，得出以下结论：（1）北京收集到的 2012 年春季降尘，其电导率、常温水溶盐含量远高于其他地貌类型土壤表土，仅低于干盐湖或硝盐湖，pH 值高达９，类同干盐湖、沙地和硝盐湖，表现出基本特征与干盐湖的相似性。降尘的 Na+, Mg2+, NH4+, NO2-, SO42-也仅低于干盐湖或硝盐湖，远高于其他地貌类型表土样品。可解释为干盐湖中这些浓度高的离子经传输过程中的大气稀释作用而浓度下降，但依然高于稀释体（其他地貌土壤）。同时，降尘中的 K+, Ca2+, NO3-浓度远高于干盐湖和硝盐湖，可以解释这几类离子在气团传输过程中，因途径地区具有较高浓度来源而增强的结果。把粉尘根据降尘时间进行分类后的细化分析发现：2012 年 4 月 30 日的降尘具有较其他任何降尘都高的电导率值、Na+, NO2-和 K+浓度，可确定为该次降尘的特征因子。该次尘暴的后向轨迹涵盖了蒙古、内蒙、东部海域和南部的河北地区，是多种污染源传输、互相作用的结果。而降尘与干盐湖离子浓度相关性的相似特征，支持干盐湖来源的说法。（2）北京 2012.3.27-29 和 4.27-30 尘暴期间的 PM10的质量浓度、水溶性粒子和金属浓度均高于非沙尘天气，铅同位素组成介于人为源和土壤源之间，且值更接近土壤源， 结合冷空气团经过地区，推测包括内蒙干盐湖在内的内蒙、河北北部、天津、北京周边对北京尘暴均有一定程度的贡献。（3）对包括我国北方、西北和东北地区在内的北京尘暴潜在源区的表土物化分析表明，大部分省份土壤盐渍化程度重，值得关注。（4）建立尘源区不同类型地表对北京尘暴降尘的估算方法，结果表明干盐湖是北京尘暴粉尘不可忽视的来源。干盐湖治理是沙尘暴治理的必由之路。