北方典型城市降塵時(shí)空分布特征及影響因素分析

1、北方典型城市降塵時(shí)空分布特征及影響因素分析藺昕1，李曉軍2*，胡濤3，程昕41. 沈陽(yáng)大學(xué)環(huán)境工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧 沈陽(yáng) 110044；2. 中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)應(yīng)用生態(tài)研究所，遼寧 沈陽(yáng) 110016；3. 遼寧省環(huán)境保護(hù)局，遼寧 沈陽(yáng) 110033；4. 沈陽(yáng)市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，遼寧 沈陽(yáng) 110015摘要：降塵部分反映大氣污染情況，是土壤中污染物的主要來(lái)源之一，分析其分布特征并探明其影響因素將為區(qū)域環(huán)境質(zhì)量改善提供數(shù)據(jù)支持。文章通過(guò)對(duì)19972006年沈陽(yáng)市81個(gè)大氣降塵監(jiān)測(cè)點(diǎn)位數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，沈陽(yáng)市降塵量總體呈下降趨勢(shì)，月平均降塵量由1997年的23.05 t·km-2

2、3;month-1下降至2006年的17.36 t·km-2·month-1，采暖期降塵量高于非采暖期；沈陽(yáng)市各城區(qū)降塵量大小順序?yàn)椋河诤閰^(qū)>沈河區(qū)>和平區(qū)>大東區(qū)>鐵西區(qū)>東陵區(qū)>皇姑區(qū)；對(duì)比同期環(huán)境質(zhì)量公報(bào)與氣象數(shù)據(jù)，推斷燃煤和區(qū)域氣象條件是影響沈陽(yáng)市降塵的重要內(nèi)在和外來(lái)因素。關(guān)鍵詞：沈陽(yáng)市；降塵；時(shí)空分布；影響因素中圖分類號(hào)：X144 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-2175（2008）01-0143-04圖1 沈陽(yáng)市降塵采集樣點(diǎn)分布示意圖Fig. 1 Description of dustfall sampling sites

3、 in Shenyang作為城市大氣環(huán)境研究的重要內(nèi)容之一，大氣降塵指大氣中重力作用下自然降落于地面的顆粒物，其粒徑多在l0 m以上1，降塵量是大氣污染監(jiān)測(cè)的參考性指標(biāo)之一，常作為空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)的選擇參數(shù)。近年來(lái)，由于人類活動(dòng)的加劇，脆弱生態(tài)系統(tǒng)受到了劇烈擾動(dòng)，揚(yáng)沙、浮塵和沙塵暴等惡劣天氣現(xiàn)象頻繁出現(xiàn)，由此帶來(lái)的大量降塵對(duì)大氣環(huán)境質(zhì)量、土壤性質(zhì)和人群健康產(chǎn)生了顯著影響2-7。同時(shí)，降塵作為環(huán)境污染物質(zhì)生物地球化學(xué)循環(huán)過(guò)程中，土壤污染物的重要外源之一，一直受到科學(xué)家的關(guān)注。吳水平等（2004年）在20022003年對(duì)天津地區(qū)采暖與非采暖期降塵樣品中16種優(yōu)控多環(huán)芳烴(PAHs)含量研究發(fā)現(xiàn)，采暖期

4、降塵中PAHs含量高于非采暖期，且主要成分不同，降塵中PAHs主要都是來(lái)源于燃煤和交通污染源等8。祁士華等（2001年）發(fā)現(xiàn)廣州市降塵中優(yōu)控多環(huán)芳烴的高含量相對(duì)集中于熒蒽至苯并(b)熒蒽之間9。降塵不僅吸附有機(jī)物，而且也存在大量的重金屬污染物，華北地區(qū)重工業(yè)城市唐山市區(qū)降塵中的主要污染元素為Fe、Ca、sr等10；焦作市Hg、Cd、Pb三種重金屬大氣沉降對(duì)土壤重金屬的年輸入量分別為Hg 4.43 g·hm-2·a-1、Cd 5.70 g·hm-2·a-1、Pb 394.6 g·hm-2·a-1 11；成都經(jīng)濟(jì)生態(tài)區(qū)降塵中的鎘主要以殘留

5、態(tài)形態(tài)存在12?？刂拼髿饨祲m，對(duì)于其主要來(lái)源進(jìn)行分析至關(guān)重要，科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)汽油和煤的燃燒、風(fēng)沙揚(yáng)塵和汽車排氣是大氣降塵的主要來(lái)源13-15。生態(tài)環(huán)境問(wèn)題已成為東北老工業(yè)基地振興可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵制約因子，大氣環(huán)境的改善日益得到了民眾和政府的關(guān)注，沈陽(yáng)市位于東經(jīng)122°259123°4824和北緯41°115143° 213之間，是我國(guó)東北老工業(yè)基地典型的重工業(yè)城市之一，曾在20世紀(jì)80年代因?yàn)閲?yán)重的污染問(wèn)題而位列全球十大污染城市。掌握大氣降塵的時(shí)空分布特征和變化規(guī)律，了解影響自然降塵量的主要因子，可以在沈陽(yáng)市針對(duì)性開展有效環(huán)境管理，減輕降塵對(duì)水、土壤和大

6、氣污染的貢獻(xiàn)，改善區(qū)域環(huán)境質(zhì)量，具有重大生態(tài)意義和社會(huì)價(jià)值。1 材料與方法1.1 樣點(diǎn)的布設(shè)和樣品采集樣點(diǎn)布設(shè)：樣點(diǎn)按照1.5 km×1.5 km網(wǎng)格布設(shè)，共81個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位，其中皇姑區(qū)（15個(gè)）、鐵西區(qū)（19個(gè)）、和平區(qū)（9個(gè)）、沈河區(qū)（8個(gè)）、大東區(qū)（20個(gè)）、于洪區(qū)（6個(gè)）和東陵區(qū)（4個(gè)）（見(jiàn)圖1）。采集時(shí)間自19972006年，每月采集一次。采集方法：用內(nèi)徑15 cm，高30 cm圓形鍍鋅鐵皮降塵缸，靠空氣中的塵、沙重力現(xiàn)象沉降在集塵缸內(nèi)，空氣濕度80，進(jìn)行全程采樣16。1.2 數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)處理和制圖運(yùn)用spss13.0、orgin7.5和Excell軟件進(jìn)行處理。2 結(jié)

7、果2.1 沈陽(yáng)市市區(qū)降塵的時(shí)間分布特征2.1.1 年際變化由圖2可以看出，自1997年以來(lái)，沈陽(yáng)市市區(qū)降塵量總體呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，但在20002003年出現(xiàn)波動(dòng)，呈上升趨勢(shì)，并且在2002年達(dá)到近十年最高，為25.8 t·km-2·month-1；除20002003年外，采暖期（11月至次年3月）市區(qū)降塵量大于非采暖期（410月），約為非采暖期的11.5倍，其中20002003年非采暖期的降塵量高于采暖期。圖2 19972006年沈陽(yáng)市月平均降塵分布（t·km-2·month-1）Fig. 2 Distribution of average monthly

8、dustfall from 1997 to 2006 in Shenyang2.1.2 月際變化從沈陽(yáng)市降塵月際變化來(lái)看，沈陽(yáng)市市區(qū)4月份出現(xiàn)降塵量最高峰，多年4月月均降塵量達(dá)到40.5 t·km-2·month-1，而全年最低值出現(xiàn)在8月份，多年月均降塵量?jī)H為4月份的28%。相對(duì)于降塵量月季變化不大的南方城市荊門市，沈陽(yáng)市與錦州市降塵量月變化趨勢(shì)基本一致，但錦州市年內(nèi)出現(xiàn)兩個(gè)峰值，分別出現(xiàn)在1月（26.95 t·km-2·month-1）和5月（29.32 t·km-2·month-1）（圖3）。圖3 沈陽(yáng)市降塵月際分布 （t

9、83;km-2·month-1）17，18Fig. 3 Monthly distribution of dustfall in Shenyang2.2 沈陽(yáng)市降塵的空間分布由于降塵來(lái)源不同，同一城市不同城區(qū)降塵的分布情況存在差異。沈陽(yáng)市不同城區(qū)降塵量在16.8723.42 t·km-2·month-1之間，按降塵量大小順序?yàn)椋河诤閰^(qū)>沈河區(qū)>和平區(qū)>大東區(qū)>鐵西區(qū)>東陵區(qū)>皇姑區(qū)（見(jiàn)圖4）。圖4 沈陽(yáng)市不同城區(qū)降塵量（t·km-2·month-1）Fig. 4 Distribution of dustfall

10、 in the district of Shenyang3 討論3.1 燃煤是影響沈陽(yáng)市降塵的內(nèi)在主導(dǎo)因素圖5 沈陽(yáng)市大氣顆粒物排放源分析20Fig. 5 Analysis of the source of airborn particulate in Shenyang相對(duì)于圖5中涉及的國(guó)內(nèi)其它城市，沈陽(yáng)市多年平均降塵量?jī)H低于同時(shí)期的撫順市和本溪市，分別占兩者降塵量的71%和53%，但遠(yuǎn)高于廣州市（19912000年平均值為8.42 t·km-2·month-1）21-23。城市燃煤是影響沈陽(yáng)市大氣環(huán)境質(zhì)量的一個(gè)重要內(nèi)在因素，據(jù)統(tǒng)計(jì)，沈陽(yáng)市燃煤排放對(duì)顆粒物的貢獻(xiàn)在冬季高達(dá)5

11、5%，夏季也可達(dá)30%20。自20世紀(jì)80年代以來(lái)，沈陽(yáng)市針對(duì)嚴(yán)重的大氣污染問(wèn)題，采取了多種管理措施，其中“十五”期間采取“拆煙囪、擴(kuò)熱源、改棚戶、控?fù)P塵、推型煤、治尾氣”等綜合措施，五年來(lái)共拆除各類煙囪4248根，新建熱源廠20座，三環(huán)內(nèi)棚戶區(qū)居民型煤普及率100，全市灰堆、煤堆覆蓋率95%，機(jī)動(dòng)車尾氣合格率達(dá)到81.2%，這些措施有效的發(fā)揮了集中供熱和能源管制的作用，對(duì)大氣環(huán)境質(zhì)量的改善具有巨大的推動(dòng)作用。 3.2 區(qū)域環(huán)境氣象條件是影響沈陽(yáng)市降塵的重要外在因素土壤風(fēng)沙塵是沈陽(yáng)市大氣顆粒污染物的第二大來(lái)源，但冬季貢獻(xiàn)量遠(yuǎn)低于夏季，氣象條件影響沈陽(yáng)市降塵量的月際變化。由圖3可知沈陽(yáng)市降塵量2

12、0002002年出現(xiàn)明顯上升的主要原因是非采暖期降塵量的劇烈上升，而這與沈陽(yáng)市所處的遼河平原是北方揚(yáng)沙的多發(fā)區(qū)域，沙源存在（蒙古共和國(guó)沙地、內(nèi)蒙自治區(qū)古科爾沁沙地及沈陽(yáng)周邊農(nóng)田等）、春季多大風(fēng)且降雨量少等氣象條件相關(guān)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，沈陽(yáng)市土壤風(fēng)沙等揚(yáng)塵對(duì)顆粒物貢獻(xiàn)26%39%。相對(duì)于90年代25月沙塵出現(xiàn)頻次，20002002年沙塵天氣出現(xiàn)次數(shù)成倍增長(zhǎng)，2002年能見(jiàn)度低于5 km的沙塵天氣出現(xiàn)6次，其中小于2.1 km就有5次。尤其在4月出現(xiàn)了近10年來(lái)罕見(jiàn)的沙塵暴天氣，且持續(xù)5 h（強(qiáng)風(fēng)從地面卷起大量沙塵，使空氣渾濁，水平能見(jiàn)度小于1 km，小于50米為強(qiáng)沙塵暴）19（見(jiàn)表1）。表1 沈陽(yáng)市2-

13、5月沙塵天氣出現(xiàn)頻次Tab 1 Frequency of sand-dust weather occurrence 2-5 months in Shenyang city2月3月4月5月春季揚(yáng)沙浮塵揚(yáng)沙浮塵揚(yáng)沙浮塵揚(yáng)沙浮塵揚(yáng)沙浮塵2002年203233852001年00101141622000年00301000401991-2000年平均0.500.2010.10.3020.14 結(jié)論城市作為人口密集的區(qū)域，大氣環(huán)境質(zhì)量直接影響城市居民的身心將康，對(duì)降塵時(shí)空變化規(guī)律和來(lái)源開展研究是科學(xué)防治大氣降塵污染與進(jìn)行土壤污染源解析的基礎(chǔ)。研究發(fā)現(xiàn)：（1）沈陽(yáng)市降塵量自1997年以來(lái)，總體呈下降趨勢(shì)，采暖

14、期降塵量高于非采暖期，約為其11.5倍；（2）沈陽(yáng)市不同城區(qū)降塵量大小各異，依次為：于洪區(qū)>沈河區(qū)>和平區(qū)>大東區(qū)>鐵西區(qū)>東陵區(qū)>皇姑區(qū)；（3）燃煤采暖和區(qū)域氣象條件是影響沈陽(yáng)市降塵的重要內(nèi)在和外來(lái)因素。參考文獻(xiàn)：1 奚旦立, 孫裕生, 劉秀英. 環(huán)境監(jiān)測(cè)M. 北京: 高等教育出版社, 2002, 45.Xi Danli, Sun Yusheng, Liu Xiuying. Environmental MonitoringM. Beijing: Higher Education Press, 2002, 45.2 張寧，張武平，張萌. 沙塵暴降塵對(duì)甘肅大氣

15、環(huán)境背景值的影響研究J. 環(huán)境科學(xué)研究，2005，18（5）：6-10.Zhang Ning, Zhang Wuping, Zhang Meng. The Research on the Effect of Sand Storm Dustfall on Air Environmental Background Value in Gansu ProvinceJ. Research of Environmental Sciences, 2005, 18(5):6-10.3 張萬(wàn)儒，楊光瀅.強(qiáng)沙塵暴降塵對(duì)北京土壤的影響J.林業(yè)科學(xué)研究，2005，18(1)：66-69.Zhang Wanru, Ya

16、ng Guangying. The Effects of Falling Dust of Strong Dust Storms on Beijing SoilsJ. Forest Research, 2005, 18(1): 66-69.4 文倩，關(guān)欣，崔衛(wèi)國(guó). 和田地區(qū)大氣降塵對(duì)土壤作用的研究J.干旱區(qū)研究，2002，19（3）：1-5.Wen Qian, Guan Xin, Cui Weiguo. Study on Dustfall and Its Effect on Soils in Hotan, XinjiangJ. Arid Zone Research, 2002, 19(3): 1

17、-5.5 張乃明. 大氣沉降對(duì)土壤重金屬累積的影響. 土壤與環(huán)境，2001, 10(2): 91-93.Zhang Naiming. Effects of Air Settlement on Heavy Metal Accumulation in SoilJ. Soil and Environmental Sciences, 2001, 10(2): 91-93.6 代群威，董發(fā)勤，鄧建軍. 火電廠自然降塵對(duì)幾種人體正常菌株生長(zhǎng)的影響J. 中國(guó)職業(yè)醫(yī)學(xué)，2006，33（5）：354-357.Dai Qunwei, Dong Faqin, Deng Jianjun. Effect of the

18、Dusts of Thermal Power Plant on the Growth of Some Body Normal FloraJ. Chinese Occupation Medical, 2006, 33(5): 354-357.7 李德成，王東紅，彭安. 北京西北郊降塵和降雨中稀土元素的濃度分布和來(lái)源的初步分析J. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2000，21（5）：640-642.Li Decheng, Wang Donghong, Peng An. Preliminary Estimates of the Distribution and Source of REEs in Dustfall

19、and Rain in Northwest Skirt BeijingJ. Acta Scientiae Circumstantiae, 2000, 21(5): 640-642.8 吳水平，蘭天，左謙，等. 天津地區(qū)一些降塵中多環(huán)芳烴的含量與分布J. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2004，24（6）：1066-1073.Wu Shuiping, Lan Tian, Zuo Qian, et al. PAHs in the Dust Fall from Tianjin Area Collected during Winter and Summer SeasonsJ. Acta Scientiae Circu

20、mstantiae, 2004, 24(6): 1066-1073.9 祁士華，傅家謨，盛國(guó)英，等. 氣溶膠與降塵中多環(huán)芳烴的含量分布研究J. 中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)，2001，17（2）：3-7.Qi Shihua, Fu Jiamo, Sheng Guoying, et al. Study on Concentration Distributions of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAHs) in Aerosols and DustfallJ. Environmental Monitoring in China, 2001, 17(2): 3-7.10 客

21、紹英，周蓉生，汪云亮. 工業(yè)城市大氣降塵元素組成及分布規(guī)律研究J. 河北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2002，31（5）：99-103.Ke Shaoying, Zhou Rongsheng, Wang Yunliang. Study on Element Composition and Distribution Characteristics of Atmospheric Dustfall in the Industrial CitiesJ. Journal of Hebei University of Technology, 2002，31（5）：99-103.11 鄒海明，李粉茹，官楠，等. 大氣中T

22、SP和降塵對(duì)土壤重金屬累積的影響J. 中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2006，22（5）：393-395.Zou Haiming, Li Fenru, Guan Nan, et al. Effects of TSP and Dustfall on Heavy Metal Accumulation in Soil. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2006, 22(5): 99-103.12 周琳，曾英，倪師軍，等. 成都經(jīng)濟(jì)生態(tài)區(qū)大氣降塵中鎘賦存形態(tài)的研究J. 廣東微量元素科學(xué)，2006，13（2）：44-48.Zhou Lin, Ceng Ying, Ni Sh

23、ijun, et al. Research about Cd Species of Dustfall in Chengdu RegionJ. Guangdong Trace Elements Science, 2006, 13(2): 44-48.13 楊麗萍，陳發(fā)虎. 蘭州市大氣降塵污染物來(lái)源研究J. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2002，22（4）：499-502.Yang Liping, Chen Fahu. Study on the Source Apportionment of Atmospheric Dust Pollutants in LanzhouJ. Acta Scientiae Circ

24、umstantiae, 2002, 22(4): 499-502.14 方鳳滿，王起超，李東俠，等. 長(zhǎng)春市TSP與降塵中汞含量及其對(duì)地面汞貢獻(xiàn)的比較研究J. 重慶環(huán)境科學(xué)，2001，23（3）：26-28，69.Fang Fengman, Wang Qichao, Li Dongxia, et al. Mercury Concentration of Total Suspended Particulates and Dustfall in Changchun City and Its Distribution to the SurfaceJ. Chongqing Environmental

25、Sciences. 2001, 23(3): 26-28, 69.15 高志友，尹觀，倪師軍，等. 成都市城市環(huán)境鉛同位素地球化學(xué)特征J. 中國(guó)巖溶，2004，23（4）：267-272.Gao Zhiyou, Yin Guan, Ni Shijun, et al. Geochemical Features of the Urban Environmental Lead Isotope in Chengdu CityJ. Carsologica Sinica, 2004, 23(4): 267-272.16 中國(guó)氣象局. 地面氣象觀測(cè)規(guī)范M. 北京：氣象出版社，1979, 83.China M

26、eteorological Administration. The Rules about Ground Surface Meteorological Observation. Beijing, China Meteorological Press, 1979, 83.17 范松華. 錦州市自然降塵污染及對(duì)策研究J. 遼寧城鄉(xiāng)環(huán)境科技，2001，21（5）：46-48.Fan Songhua. Study on the Pollution and Countermeasures of Natural Dustfall in Jinzhou cityJ. Liaoning Urban and R

27、ural Environmental Science and Technology, 2001，21（5）：46-48.18 馬衛(wèi)軍. 荊門市城區(qū)降塵調(diào)查分析及對(duì)策J. 環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2003，26（增刊）：21-22，31.Ma Weijun. Analysis of Dust Precipitation in Urban Area of Jingmen J. Environmental Science and Technology, 2003, 26(Z): 21-22, 31.19 沈陽(yáng)氣象局. 沈陽(yáng)沙塵天氣分析 EB/OL. http:/www.tqyb.cc/ ArticleInf

28、o.asp?ChannelID=08&Articleid=200204141639，2002.Shenyang Meteorological Administration. Analysis of Dust Weather in Shenyang City EB/OL. http:/www.tqyb.cc/ArticleInfo.asp? ChannelID=08&Articleid=200204141639, 2002. 20 遼寧省環(huán)保局. 沈陽(yáng)市環(huán)境質(zhì)量報(bào)告書（20012005）.Liaoning Environment Protection Bureau. Enviro

29、nmental Quali.ty Report of Shenyang. 20012005, 150.21 夏曉峰. 對(duì)本溪市降塵量的雙向預(yù)測(cè)J. 本溪冶金高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào)，2002，4（2）：40-41.Xia Xiaofeng. Twin Models for Forecasting Dust-fall Volume in Benxi CityJ. Journal of Benxi College of Metallurgy, 2002, 4(2): 40-41.22 杜華，馮勝利. 撫順市大氣降塵污染狀況及變化趨勢(shì)分析J. 遼寧城鄉(xiāng)環(huán)境科技，2005，25（4）：18-19.Du Hua

30、, Feng Shengli. Analysis of Pollution Characteristics and Change Trend of the Air Dustfall in Fushun CityJ. Liaoning Urban and Rural Environmental Science and Technology, 2005, 25(4): 18-19. 23 陳煜輝，胡丹心. 廣州市近10 a降塵污染趨勢(shì)分析J. 廣州環(huán)境科學(xué)，2002，17（4）：11-14.Chen Yuhui, Hu Danxin. An Analysis of the Pollution Tr

31、end on Dust Fall in Guangzhou City in Ten Years RecentlyJ. Guangzhou Environmental Sciences. 2002, 17(4): 11-14.Analysis of the temporal-spatial characteristics and affecting factorsof dustfall in north typical cityLin Xin1，Li Xiaojun2, Hu Tao3, Cheng Xin41. Key Lab of Environmental Engineering, Shenyang 110044, China; 2. Institute of Applied Ecology, Chinese Academy of Sciences, Shenyang 110016, China; 3. Liaoning Environment Protection Bureau, Shenyang 110033, China; 4. Environmental Monitoring Station, Shenyang 110015, ChinaAbstract: Air pollution cou