大气降尘研究进展及展望

地表起尘和大气降尘在大气圈、陆地表面和海洋间的物理和生物化学交换过程中起着重要作用,该交换过程从地质历史时期以来一直延续至今。对大气降尘的研究具有重要的理论和实践意义。在阐述了大气粉尘的形成、传输、沉降机制及理化特征的基础上,着重论述了大气粉尘的源区、降尘的时空分布、环境效应及与黄土堆积的关系等,并提出了目前大气降尘研究存在的问题及研究展望。     

大气降尘磁学特征对城市污染源的指示

本文应用环境磁学方法研究了兰州市区大气自然降尘的磁学特征。结果表明:兰州市大气降尘中磁性矿物含量较高,主要含有磁铁矿和磁赤铁矿,并伴有少量赤铁矿,磁性矿物颗粒较粗,为准单畴颗粒;兰州市自然粉尘背景值较高,但市区污染物仍以人为源为主,尤其在冬季采暖期间最为显著,且在春、夏季节,兰州市的污染仍以人为源为主,与通常认为兰州市污染冬季以燃煤为主,春、夏季以粉尘为主的模式有较大差异。     

大气降尘监测研究

大气粉尘降落是地球表层地—气系统物质交换的一种形式 ,降尘过程有重要的环境指征意义。在沙尘暴事件发生频繁、生态环境质量日益得到关注的今天 ,大气降尘的研究更为重要。目前国内外的降尘监测方法各异 ,根据降尘取样器内有无存水可将监测大致分为干法和湿法两种。据笔者的监测结果 ,干法取样量为湿法取样量的 76%。干法、湿法各模拟一定的自然降尘过程 ,但两者皆有缺陷。建议统一大气降尘取样器的材质和规格 ,标定取样周期 ,提高监测数据精度 ,并组成全球陆域和海域降尘监测网络。     

西安市大气降尘重金属污染特征与生态风险

在西安市13处国家环境空气质量控制点采集大气降尘,用ICP-MS法测试降尘重金属Pb、Zn、Cu、Cr、Ni、Cd、As及参比元素Al的质量浓度,研究降尘重金属污染水平及富集程度,并用潜在生态风险指数法评价其生态风险。结果表明:西安市大气降尘Pb、Zn、Cu、Cr、Ni、Cd、As浓度均值分别为310.29mg/kg、721.20mg/kg、125.31mg/kg、195.52mg/kg、71.52mg/kg、4.18mg/kg和92.85mg/kg,市域范围各重金属浓度差异显著,除Cu外,重金属污染居于国内较高水平;Cd严重富集,其主要来自交通及工业等人为源,As、Pb、Zn富集程度中等,其受土壤扬尘等自然源及燃煤、交通、工业等人为源的复合影响,Cu、Cr、Ni富集系数较小且各点位差异不大,表明其主要来自自然源;风险评价结果表明,Cd潜在生态风险极高,As生态风险较高,Pb存在中度生态风险,Zn、Cu、Cr、Ni生态风险较低,因Cd的显著污染贡献,西安市大气降尘重金属总体潜在生态风险程度高。     

乌兰布和沙漠东北部几种白刺群落植物多样性研究

根据对乌兰布和沙漠东北部4种白刺植物群落的样地调查数据,采用物种丰富度指数S、Shannon-Wiener指数H'、Simpson指数D、Pielou均匀度指数J、Alatalo均匀度指数Ea、Whittaker指数βw、相异性系数CD、群落共有度Jaccard指数CP、Bray-Curtis指数CN等指标研究了该地区4种白刺群落分层的α多样性和β多样性。结果表明:这些α多样性和β多样性测度指标有效表征了干旱沙漠区同属不同植物群落内部在物种组成方面的差异、生境差异、群落间物种组成差异。四种白刺群落的草本层的物种丰富度指数都明显大于灌木层;唐古特白刺群落的物种丰富度指数最小,泡泡刺群落的物种多样性Shannon-Wiener指数H'和Simpson指数D最大,而且其群落均匀度也最大。唐古特白刺植物群落的Whittaker指数βw要比其它三种白刺群落要大,若仅考虑群落间共有物种数目多少,大白刺与泡泡刺在群落、灌木层与草本层间的相异性系数CD都最小,共有度Jaccard指数CP都最大;而西伯利亚白刺群落、灌木层和草本层与其余三种白刺的相异性系数CD都较大,Jaccard指数CP都较小。而数量数据指标Bray-Curtis指数CN变化与上述有所不同。采用植物盖度和相对盖度进行α多样性和β多样性对比分析,能够合理地说明不同白刺植物多样性特征。     

乌兰布和沙漠东北部沙区人工林土壤肥力质量评价

选择乌兰布和沙漠东北部沙区9块人工林为研究对象,通过敏感性和主成分分析,筛选了16项表征土壤物理、化学和生物学特性的指标,并运用模糊综合评判法,计算土壤肥力质量综合指数(I_IF）。结果表明: <0.01 mm 物理性黏粒含量、团聚度、有机质、全氮、细菌数和脲酶活性构成了该区土壤肥力质量评价指标体系;所选指标能全面反映原16项指标的信息,决定系数达0.940 5;样地土壤肥力总体表现为：灌木林>乔木林>流沙地,灌木林具有较好的改土作用,柠条土壤肥力指数最高。因此,该区应以种植乡土固氮灌木为主,乔灌草结合,不宜大面积种植乔木。     

开封市大气降尘中重金属污染及潜在生态危害评价

为了研究开封市大气降尘中的重金属污染情况,文中以开封市三个主要功能区商业区、工业区、居民区为研究地点,采集了开封市鼓楼、第三大街、金康苑等六个地区的共计200个样品。并分别在同一地点的四个季节进行了采样以作横向对比分析。采用微波消解系统对样品进行前处理,利用电感耦合等离子体质谱仪(ICP-AES)测定样品中的重金属。分析结果表明:(1)开封市大气降尘重金属中Zn、Cr和Mn含量比开封市土壤背景值低,Al、Cd、Cu、V和Pb含量均高于背景值。其中Al、Cu和Pb的增幅相对较大,其它元素增幅相对较小,其余的2种重金属含量值与土壤背景值相差不大。(2)商业区、居民区与工业区降尘中重金属相比,商业区降尘Cd、Cr、Pb、Cu和Zn含量显著高于居民区、工业区,而Al和Mn、V含量各区域相差不大。(3)降尘中重金属Cd在商业区为很强的潜在生态危害,Cd在三个功能区均表现出相对较高的潜在生态危害,Al、Mn、Cr、V和Cu在各功能区均表现出较低的潜在生态风险。潜在生态风险顺序为:工业区>居民区>商业区。(4)全年中各重金属含量总体呈现出冬季、秋季含量比春季和夏季高的特征。     

和田地区大气降尘对土壤作用的研究

通过野外定点试验和室内分析，研究了和田地区降尘的物理化学特性及其对土壤性质的影响。结果表明，大气降尘对土壤有重要作用。     

乌兰布和沙漠东北部磴口绿洲近52a水分因子的变化

本文分析了磴口52年(1954-2005)逐月降水量、蒸发量及相对湿度。结果表明:60年代降水量、蒸发量、相对湿度均偏大,70年代降水量、蒸发量、相对湿度均偏小。90年代降水量偏大,蒸发量偏小而相对湿度偏大,近5年降水量偏小,蒸发量最大,相对湿度反而偏大。降水量与蒸发量均为夏季最大,冬季最小。而相对湿度则是夏秋季相近,春季最小。降水量与蒸发量夏季波动形式与年的波动形式比较相近。     

塔克拉玛干沙漠大气降尘粒度特征——以塔里木沙漠公路沿线为例

选择塔里木沙漠公路沿线典型下垫面,通过连续野外定点观测、室内粒度分析等手段,研究塔克拉玛干沙漠腹地与复合纵向沙垄区不同地貌部位近地表大气降尘的粒度特征及其空间分异规律.结果发现:沙漠公路沿线大气降尘的平均粒径在3.28Φ～3.47Φ之间,以细砂、极细砂为主,粒径分布呈双峰态,表明降尘来源的多样性.沿线不同下垫面降尘中粒径＜50μm的细粒物质组成差异明显,位于沙漠北部和中部开阔的垄间区是沙尘的潜在源地.复合纵向沙垄区不同地貌部位的降尘细粒物质组成(粒径＜50μm)差异明显,垄间区降尘中的细粒物质含量最高.非尘暴降尘较之尘暴降尘偏细,粉砂和黏土含量更多,分选性更差.大气沉降颗粒的粒度分形维数可以从整体上反映出颗粒物的粒度分布和级配特征,是描述大气沉降颗粒物粒度特征的重要指标.     

西安市冬季大气降尘中PAHs污染特征及评价

为了解西安市冬季PAHs(Polycyclic Aromatic Hydrocarbons,多环芳烃)沉降污染,采集各功能区2017年11月至2018年1月的大气降尘,应用高效液相色谱仪测定16种PAHs含量,分析PAHs组成特征、污染水平、生态和健康暴露风险并估算其沉降通量。结果显示:西安市冬季大气降尘中PAHs含量范围为10.22～63.90μg/g,平均值为30.11μg/g,大气降尘中∑PAHs含量在灞桥热电厂最高。不同功能区样点的大气降尘中PAHs的组分构成存在差异,工业区样点的高分子量PAHs占比较高,文教区和旅游区样点的低分子量PAHs占比相对较高。冬季各月份大气降尘通量、∑PAHs沉降通量和∑_7CPAHs沉降通量均在工业区样点中最高。大气降尘通量与∑PAHs沉降通量之间存在较强相关性。基于BaP的毒性当量浓度和生态效应区间法对PAHs的潜在风险评价结果显示,西安冬季大气降尘中PAHs处于中等或较高生态风险。PAHs暴露的健康风险ILCR模型结果显示,西安市冬季大气降尘中PAHs在三种暴露途径下对儿童和成人的ILCR_总值除个别样点低于10~(-6),其余均在10~(-6)～10~(-4)之间,表示存在人体可耐受的致癌风险。     

乌兰布和东北部典型土地利用的土壤养分特征

采用野外实地调查采样、室内样品分析相结合的方法,研究了乌兰布和沙漠东北部3种不同利用类型土地（耕地、林地、荒漠灌丛）的土壤养分特征,并对土壤肥力进行了综合评价。结果表明：研究区有机质含量、全氮、全钾、全磷分别为8.02±4.35、0.34±0.14、0.37±0.09、16.10±2.04 g·kg-1,碱解氮、速效磷、速效钾分别为18.48±8.27、3.76±0.89、135.04±83.35 mg·kg-1,pH值为8.8±0.20; 土地利用方式对有机质、全磷、碱解氮、速效磷、速效钾、pH值影响显著（P＜0.05）,对全氮、全钾影响不显著（P＞0.05）; 三种土地利用方式下土壤有机质、土壤全氮、碱解氮、全磷、速效磷、全钾、速效钾随着土层深度的增加呈下降趋势; 土壤肥力综合评价的排序为荒漠灌丛(0.443)＞林地(0.409)＞耕地(0.312), 荒漠灌丛与林地的土壤肥力为中等级水平,而耕地的肥力为低等级水平。荒漠灌丛与林地比耕地有利于土壤保肥。     

乌兰布和沙漠东北边缘人工绿洲地下水动态研究

通过对人工绿洲内及荒漠对照区不同时期地下水位、水质的监测分析,结果表明,绿洲因受灌溉水下渗的影响,与荒漠区相比,地下水位有较大的升高,１５年间地下水位上升了２．４ｍ,年平均升高１６ｃｍ;绿洲地下水位的升高在绿洲开发初期与后期变化较大,前期上升幅度较大（年升高２５ｃｍ）,后期上升幅度较小（年升高１０ｃｍ）;因受灌溉季节的影响,地下水埋深在一年中变化较大,丰水季与枯水季水位相差２ｍ左右,且某些地段超过潜水蒸发临界埋深;随绿洲开发年限的增加,绿洲内地下水质趋于变差,特别是在地势较低地域及灌渠两侧,地下水矿化度较高,某些地段出现卤水（矿化度高达９．２９ｇ／ｌ）;地下水水质变差及埋深变浅,均可引起土地次生盐渍化。     

银川市大气污染物变化特征及影响因素分析

以银川市城区2015年1月1日~2015年12月31日空气质量监测数据和气象资料为基础,结合污染源背景分析,探讨了大气污染物时空分布特征及其影响因素。结果表明:1)银川市首要污染物主要有PM_(10)、PM_(2.5)、SO_2和O_3,以颗粒物为主;2)银川市大气污染物浓度表现出明显季节特征,即SO_2、PM_(10)和PM_(2.5)浓度总体上呈冬春季高、夏秋季低的特点。O_3浓度总体上呈夏季高,其他季节低的特点。这与不同季节污染物排放源强度、地理背景和气象条件等有关。3)银川市大气污染物浓度区域表现特征整体呈中部低,东、西部高的特点,主要受区域污染物排放源强度影响。     

乌兰布和沙漠风沙入黄段植被覆盖动态变化特征及驱动力

基于2001—2021年Landsat影像数据,结合归一化植被指数(NDVI)和像元二分模型估算植被覆盖度,探究乌兰布和沙漠风沙入黄段植被覆盖度时空变化趋势及驱动力,以期为乌兰布和沙漠风沙入黄段植被恢复和未来生态建设重点区域的选择提供理论依据。结果表明：(1)研究区植被覆盖度整体呈波动上升趋势,植被恢复状况良好,平均植被覆盖度由0.294增加至0.526,其中,2007—2017年增幅最为明显。(2)2001—2021年乌兰布和沙漠风沙入黄段不同等级植被覆盖度间转移频繁,其中,低植被覆盖和较低植被覆盖大面积转出为中等植被覆盖和较高植被覆盖,其转出面积分别为102.00 km²和128.82 km²。除此之外,研究区内有42.1%的区域呈显著增加趋势,4.90%的区域趋向于显著减少,多分布于近乌海段,该段应是未来生态修复中重点关注区域。(3)该区植被覆盖空间分异性主要受人类活动和气候因子共同驱动,各驱动因子之间的交互作用以双因子增强为主,其中,影响程度最高的关键性交互因子为土地利用类型和年平均气温。本研究有序分段地探究乌兰布和沙漠风沙入黄段植被...     

乌兰布和沙漠东北缘防护林内外沙尘暴低空结构特征

基于内蒙古磴口荒漠生态系统国家定位观测研究站近地层(050m)风沙监测塔所收集的8次沙尘暴的沙尘水平通量、垂直通量和风速风向数据,对乌兰布和沙漠东北缘中小尺度条件下的防护林内外沙尘暴过程中风况变化、沙尘分布特征以及防护林对沙尘暴的影响进行研究。结果表明:①沙尘暴发生过程中,防护林内外风速均随高度增加呈现递增趋势,风速廓线特征遵循幂函数,防护林内外均以W、WNW、NE方向为主,但每个方向所占比例不同。②防护林外沙尘水平通量及沙尘浓度随高度增高显著减小,其垂直分布特征均符合指数函数关系;防护林内沙尘水平通量及沙尘浓度则随着高度增高缓慢上升,其垂直分布特征均符合幂函数关系。沙尘垂直通量则均随着高度的增高明显减小,其垂直分布特征均符合幂函数关系。③沙尘暴经过防护林体系时,风速显著削弱,平均消减31.03%;沙尘水平通量降低298.16g·m^-2,垂直通量降低0.37g·m^-2,沙尘浓度降低22.48g·m^-2。     

乌兰布和沙漠地区土地利用动态变化分析

以乌兰布和沙漠为研究靶区,以GIS和RS技术为手段,利用解译的1986,1995,2000年和2004年的土地利用现状图,对该区域的土地利用动态变化过程及其驱动因素进行分析.结果表明:不同年份其景观基质差异较大,1986年为沙漠和其他未利用土地,1995年为沙漠和草地共同构成,呈现出复合型特点;而2000年之后,沙漠以其57%以上的面积而成为唯一的景观基质.从土地利用类型的稳定性来看,耕地、建设用地和沙漠的稳定性最强,在不同时间段内,其保持自身面积不变的比例均在85%以上.从土地利用类型的变化方向来看,最重要的转化方向有两个,一是林地、草地、水体、建设用地向耕地的转化;一是耕地、林地、水体和建设用地向草地的转化;另外盐碱地、沙漠和其他未利用土地之间的相互转化也非常重要.从不同时期土地图斑随时间的双向变化分析发现,该区域既有退耕还林还草、积极治理沙漠、改造盐碱地的事实,也同时存在着毁林毁草开垦荒地,以及荒漠化土地扩展的现实.该区域土地利用变化的驱动因素主要为降水、人口和牲畜数量,以及农牧业经济地位变动,同时大的政策因素影响也不容忽视.     

我国沙尘暴变化及降尘特征研究

千年尺度上我国沙尘暴发生和发展具有明显的时空规律。我国的沙尘暴通常发生在寒冷时期,特别是三月到五月之间。主要沙尘暴事件与厄尔尼诺发生时间之间的相关性明显。在1995年-1998年间,沿喀什-塔克拉玛干沙漠-兰州-宁夏-西安-内蒙古一线采集降尘的资料,并对降尘的物理、化学和矿物特征做了研究。结果证明多数降尘物的结构序列是从细粘土到具有中级粒度的粘壤土,粒径一般在5微米到63微米之间;浮尘与中国中部黄土和西部、北部的细沙土相似。尘粒沉积化学特征以二氧化硅、氧化铝和较高含量的氧化钾为主。其中二氧化硅、氧化铝、氧化钾和二氧化硅的摩尔比分别是从5.17、8.43、0.009和0.036。在晴朗的天空,空气物质浓度是三峰光谱图,而在沙尘暴天气,主要矿物质是石英、长石、亚氯酸盐、伊利石、方解石、和白云石,物质浓度显示单峰光谱图。目前,大气尘粒的物理、化学与矿物特征与中国西部和北部沉积的黄土和类黄土状的土壤特征相似。中国北方的风成沉积和部分地区具有细密纹理的土沉积主要是由中国的干旱半干旱和蒙古地区的盛行风带来的。     

内蒙古土默特平原降尘特征研究

内蒙古中西部是中国主要的沙尘暴源区,该区每年春季会发生多次沙尘天气,其中有些是强沙尘暴天气。本文对2005年5月10日发生的沙尘暴天气进行观测,并在内蒙古土默特平原和林格尔县盛乐开发区内蒙古师范大学教学楼区进行采样,通过对降尘样品进行分析,其结果表明:此次沙尘暴其降尘的粒径分布范围广,从1mm到<0.001mm均有分布,降尘物集中在0.25-0.05mm之间,其占整个采集样品的63.39%;其它各粒径分布段的总和为36.61%。降尘采样物质地属细砂土,这与采样地紧靠沙尘源地有关。电镜扫描观测表明,颗粒物搬运距离近,磨圆程度低。这种沙尘暴天气对土默特平原的工农业生产及人们的日常生活均会产生很大影响,所以对其进行预报,并进行预防,将会减少工农业生产中的损失,降低对人们日常生活的不良影响。     

乌兰布和东北部荒漠-绿洲生态交错带植被特征及其群落多样性研究

以2009年9月乌兰布和沙区植物群落样方调查资料为基础,对其农牧交错带内不同生境的植被特征及其物种多样性进行研究。结果表明：在区域干旱气候的共同背景下,由于受人工绿洲灌溉水分水平运动影响的强度不同,导致该生态交错带内山前洪积扇、人工绿洲周边、绿洲外围植被的组成及其群落多样性差异显著,水平空间尺度上群落变异性大,构成群落...