北方典型城市降尘时空分布特征及影响因素分析.doc

蔺昕等：北方典型城市降尘时空分布特征及影响因素分析 145北方典型城市降尘时空分布特征及影响因素分析蔺昕1，李晓军2*，胡涛3，程昕41. 沈阳大学环境工程重点实验室，辽宁 沈阳 110044；2. 中国科学院沈阳应用生态研究所，辽宁 沈阳 110016；3. 辽宁省环境保护局，辽宁 沈阳 110033；4. 沈阳市环境监测中心站，辽宁 沈阳 110015摘要：降尘部分反映大气污染情况，是土壤中污染物的主要来源之一，分析其分布特征并探明其影响因素将为区域环境质量改善提供数据支持。文章通过对19972006年沈阳市81个大气降尘监测点位数据进行统计分析发现，沈阳市降尘量总体呈下降趋势，月平均降尘量由1997年的23.05 tkm-2month-1下降至2006年的17.36 tkm-2month-1，采暖期降尘量高于非采暖期；沈阳市各城区降尘量大小顺序为：于洪区沈河区和平区大东区铁西区东陵区皇姑区；对比同期环境质量公报与气象数据，推断燃煤和区域气象条件是影响沈阳市降尘的重要内在和外来因素。关键词：沈阳市；降尘；时空分布；影响因素中图分类号：X144 文献标识码：A 文章编号：1672-2175（2008）01-0143-04图1 沈阳市降尘采集样点分布示意图Fig. 1 Description of dustfall sampling sites in Shenyang作为城市大气环境研究的重要内容之一，大气降尘指大气中重力作用下自然降落于地面的颗粒物，其粒径多在l0 m以上1，降尘量是大气污染监测的参考性指标之一，常作为空气质量评价的选择参数。近年来，由于人类活动的加剧，脆弱生态系统受到了剧烈扰动，扬沙、浮尘和沙尘暴等恶劣天气现象频繁出现，由此带来的大量降尘对大气环境质量、土壤性质和人群健康产生了显著影响2-7。同时，降尘作为环境污染物质生物地球化学循环过程中，土壤污染物的重要外源之一，一直受到科学家的关注。吴水平等（2004年）在20022003年对天津地区采暖与非采暖期降尘样品中16种优控多环芳烃(PAHs)含量研究发现，采暖期降尘中PAHs含量高于非采暖期，且主要成分不同，降尘中PAHs主要都是来源于燃煤和交通污染源等8。祁士华等（2001年）发现广州市降尘中优控多环芳烃的高含量相对集中于荧蒽至苯并(b)荧蒽之间9。降尘不仅吸附有机物，而且也存在大量的重金属污染物，华北地区重工业城市唐山市区降尘中的主要污染元素为Fe、Ca、sr等10；焦作市Hg、Cd、Pb三种重金属大气沉降对土壤重金属的年输入量分别为Hg 4.43 ghm-2a-1、Cd 5.70 ghm-2a-1、Pb 394.6 ghm-2a-1 11；成都经济生态区降尘中的镉主要以残留态形态存在12。控制大气降尘，对于其主要来源进行分析至关重要，科学家研究发现汽油和煤的燃烧、风沙扬尘和汽车排气是大气降尘的主要来源13-15。生态环境问题已成为东北老工业基地振兴可持续发展的关键制约因子，大气环境的改善日益得到了民众和政府的关注，沈阳市位于东经1222591234824和北纬41115143 213之间，是我国东北老工业基地典型的重工业城市之一，曾在20世纪80年代因为严重的污染问题而位列全球十大污染城市。掌握大气降尘的时空分布特征和变化规律，了解影响自然降尘量的主要因子，可以在沈阳市针对性开展有效环境管理，减轻降尘对水、土壤和大气污染的贡献，改善区域环境质量，具有重大生态意义和社会价值。1 材料与方法1.1 样点的布设和样品采集样点布设：样点按照1.5 km1.5 km网格布设，共81个监测点位，其中皇姑区（15个）、铁西区（19个）、和平区（9个）、沈河区（8个）、大东区（20个）、于洪区（6个）和东陵区（4个）（见图1）。采集时间自19972006年，每月采集一次。采集方法：用内径15 cm，高30 cm圆形镀锌铁皮降尘缸，靠空气中的尘、沙重力现象沉降在集尘缸内，空气湿度80，进行全程采样16。1.2 数据处理数据的统计处理和制图运用spss13.0、orgin7.5和Excell软件进行处理。2 结果2.1 沈阳市市区降尘的时间分布特征2.1.1 年际变化由图2可以看出，自1997年以来，沈阳市市区降尘量总体呈现下降趋势，但在20002003年出现波动，呈上升趋势，并且在2002年达到近十年最高，为25.8 tkm-2month-1；除20002003年外，采暖期（11月至次年3月）市区降尘量大于非采暖期（410月），约为非采暖期的11.5倍，其中20002003年非采暖期的降尘量高于采暖期。图2 19972006年沈阳市月平均降尘分布（tkm-2month-1）Fig. 2 Distribution of average monthly dustfall from 1997 to 2006 in Shenyang2.1.2 月际变化从沈阳市降尘月际变化来看，沈阳市市区4月份出现降尘量最高峰，多年4月月均降尘量达到40.5 tkm-2month-1，而全年最低值出现在8月份，多年月均降尘量仅为4月份的28%。相对于降尘量月季变化不大的南方城市荆门市，沈阳市与锦州市降尘量月变化趋势基本一致，但锦州市年内出现两个峰值，分别出现在1月（26.95 tkm-2month-1）和5月（29.32 tkm-2month-1）（图3）。图3 沈阳市降尘月际分布 （tkm-2month-1）17，18Fig. 3 Monthly distribution of dustfall in Shenyang2.2 沈阳市降尘的空间分布由于降尘来源不同，同一城市不同城区降尘的分布情况存在差异。沈阳市不同城区降尘量在16.8723.42 tkm-2month-1之间，按降尘量大小顺序为：于洪区沈河区和平区大东区铁西区东陵区皇姑区（见图4）。图4 沈阳市不同城区降尘量（tkm-2month-1）Fig. 4 Distribution of dustfall in the district of Shenyang3 讨论3.1 燃煤是影响沈阳市降尘的内在主导因素图5 沈阳市大气颗粒物排放源分析20Fig. 5 Analysis of the source of airborn particulate in Shenyang相对于图5中涉及的国内其它城市，沈阳市多年平均降尘量仅低于同时期的抚顺市和本溪市，分别占两者降尘量的71%和53%，但远高于广州市（19912000年平均值为8.42 tkm-2month-1）21-23。城市燃煤是影响沈阳市大气环境质量的一个重要内在因素，据统计，沈阳市燃煤排放对颗粒物的贡献在冬季高达55%，夏季也可达30%20。自20世纪80年代以来，沈阳市针对严重的大气污染问题，采取了多种管理措施，其中“十五”期间采取“拆烟囱、扩热源、改棚户、控扬尘、推型煤、治尾气”等综合措施，五年来共拆除各类烟囱4248根，新建热源厂20座，三环内棚户区居民型煤普及率100，全市灰堆、煤堆覆盖率95%，机动车尾气合格率达到81.2%，这些措施有效的发挥了集中供热和能源管制的作用，对大气环境质量的改善具有巨大的推动作用。 3.2 区域环境气象条件是影响沈阳市降尘的重要外在因素土壤风沙尘是沈阳市大气颗粒污染物的第二大来源，但冬季贡献量远低于夏季，气象条件影响沈阳市降尘量的月际变化。由图3可知沈阳市降尘量20002002年出现明显上升的主要原因是非采暖期降尘量的剧烈上升，而这与沈阳市所处的辽河平原是北方扬沙的多发区域，沙源存在（蒙古共和国沙地、内蒙自治区古科尔沁沙地及沈阳周边农田等）、春季多大风且降雨量少等气象条件相关。据统计，沈阳市土壤风沙等扬尘对颗粒物贡献26%39%。相对于90年代25月沙尘出现频次，20002002年沙尘天气出现次数成倍增长，2002年能见度低于5 km的沙尘天气出现6次，其中小于2.1 km就有5次。尤其在4月出现了近10年来罕见的沙尘暴天气，且持续5 h（强风从地面卷起大量沙尘，使空气浑浊，水平能见度小于1 km，小于50米为强沙尘暴）19（见表1）。表1 沈阳市2-5月沙尘天气出现频次Tab 1 Frequency of sand-dust weather occurrence 2-5 months in Shenyang city2月3月4月5月春季扬沙浮尘扬沙浮尘扬沙浮尘扬沙浮尘扬沙浮尘2002年203233852001年00101141622000年00301000401991-2000年平均0.500.2010.10.3020.14 结论城市作为人口密集的区域，大气环境质量直接影响城市居民的身心将康，对降尘时空变化规律和来源开展研究是科学防治大气降尘污染与进行土壤污染源解析的基础。研究发现：（1）沈阳市降尘量自1997年以来，总体呈下降趋势，采暖期降尘量高于非采暖期，约为其11.5倍；（2）沈阳市不同城区降尘量大小各异，依次为：于洪区沈河区和平区大东区铁西区东陵区皇姑区；（3）燃煤采暖和区域气象条件是影响沈阳市降尘的重要内在和外来因素。参考文献：1 奚旦立, 孙裕生, 刘秀英. 环境监测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 张宁，张武平，张萌. 沙尘暴降尘对甘肃大气环境背景值的影响研究J. 环境科学研究，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 张万儒，杨光滢.强沙尘暴降尘对北京土壤的影响J.林业科学研究，2005，18(1)：66-69.Zhang Wanru, Yang Guangying. The Effects of Falling Dust of Strong Dust Storms on Beijing SoilsJ. Forest Research, 2005, 18(1): 66-69.4 文倩，关欣，崔卫国. 和田地区大气降尘对土壤作用的研究J.干旱区研究，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): 1-5.5 张乃明. 大气沉降对土壤重金属累积的影响. 土壤与环境，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，董发勤，邓建军. 火电厂自然降尘对几种人体正常菌株生长的影响J. 中国职业医学，2006，33（5）：354-357.Dai Qunwei, Dong Faqin, Deng Jianjun. Effect of the 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，王东红，彭安. 北京西北郊降尘和降雨中稀土元素的浓度分布和来源的初步分析J. 环境科学学报，2000，21（5）：640-642.Li Decheng, Wang Donghong, Peng An. Preliminary Estimates of the Distribution and Source of REEs in Dustfall and Rain in Northwest Skirt BeijingJ. Acta Scientiae Circumstantiae, 2000, 21(5): 640-642.8 吴水平，兰天，左谦，等. 天津地区一些降尘中多环芳烃的含量与分布J. 环境科学学报，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 Circumstantiae, 2004, 24(6): 1066-1073.9 祁士华，傅家谟，盛国英，等. 气溶胶与降尘中多环芳烃的含量分布研究J. 中国环境监测，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 客绍英，周蓉生，汪云亮. 工业城市大气降尘元素组成及分布规律研究J. 河北工业大学学报，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 邹海明，李粉茹，官楠，等. 大气中TSP和降尘对土壤重金属累积的影响J. 中国农学通报，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，倪师军，等. 成都经济生态区大气降尘中镉赋存形态的研究J. 广东微量元素科学，2006，13（2）：44-48.Zhou Lin, Ceng Ying, Ni Shijun, et al. Research about Cd Species of Dustfall in Chengdu RegionJ. Guangdong Trace Elements Science, 2006, 13(2): 44-48.13 杨丽萍，陈发虎. 兰州市大气降尘污染物来源研究J. 环境科学学报，2002，22（4）：499-502.Yang Liping, Chen Fahu. Study on the Source Apportionment of Atmospheric Dust Pollutants in LanzhouJ. Acta Scientiae Circumstantiae, 2002, 22(4): 499-502.14 方凤满，王起超，李东侠，等. 长春市TSP与降尘中汞含量及其对地面汞贡献的比较研究J. 重庆环境科学，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 Sciences. 2001, 23(3): 26-28, 69.15 高志友，尹观，倪师军，等. 成都市城市环境铅同位素地球化学特征J. 中国岩溶，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 中国气象局. 地面气象观测规范M. 北京：气象出版社，1979, 83.China Meteorological Administration. The Rules about Ground Surface Meteorological Observation. Beijing, China Meteorological Press, 1979, 83.17 范松华. 锦州市自然降尘污染及对策研究J. 辽宁城乡环境科技，2001，21（5）：46-48.Fan Songhua. Study on the Pollution and Countermeasures of Natural Dustfall in Jinzhou cityJ. Liaoning Urban and Rural Environmental Science and Technology, 2001，21（5）：46-48.18 马卫军. 荆门市城区降尘调查分析及对策J. 环境科学与技术，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 沈阳气象局. 沈阳沙尘天气分析 EB/OL. http:/www.tqyb.cc/ ArticleInfo.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 辽宁省环保局. 沈阳市环境质量报告书（20012005）.Liaoning Environment Protection Bureau. Environmental Quali.ty Report of Shenyang. 20012005, 150.21 夏晓峰. 对本溪市降尘量的双向预测J. 本溪冶金高等专科学校学报，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 杜华，冯胜利. 抚顺市大气降尘污染状况及变化趋势分析J. 辽宁城乡环境科技，2005，25（4）：18-19.Du Hua, 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 陈煜辉，胡丹心. 广州市近10 a降尘污染趋势分析J. 广州环境科学，2002，17（4）：11-14.Chen Yuhui, Hu Danxin. An Analysis of the Pollution Trend 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: