塔里木盆地不同地域大气降尘及TSP变化特征分析

王慧琴，何清，张军，陈峰，刘新春，3，钟玉婷，3，杨兴华，3

（1.中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所，新疆乌鲁木齐 830002；2.兰州大学资源环境科学学院，甘肃兰州 730000；3.塔克拉玛干沙漠大气环境观测试验站，新疆塔中 841000；4.乌鲁木齐县气象局，新疆乌鲁木齐 830001）

塔里木盆地不同地域大气降尘及TSP变化特征分析

王慧琴1，2，何清1，3*，张军4，陈峰1，刘新春1，3，钟玉婷1，3，杨兴华1，3

（1.中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所，新疆乌鲁木齐 830002；2.兰州大学资源环境科学学院，甘肃兰州 730000；3.塔克拉玛干沙漠大气环境观测试验站，新疆塔中 841000；4.乌鲁木齐县气象局，新疆乌鲁木齐 830001）

为了解塔里木盆地不同地域大气降尘及TSP的污染特征和季节变化规律，在塔里木盆地布设了铁干里克、塔中、民丰、喀什4个采样站点，于2007—2010年期间利用集尘缸和大流量采样器分别对上述4个地区的大气降尘及TSP进行连续采样。通过对样品和数据的分析处理,揭示了塔里木盆地不同地域大气降尘及TSP基本特征及影响因素：（1）2007—2010年塔中大气降尘量和TSP浓度均为4个站点中最高，其次为民丰和喀什，铁干里克最少。区域气候差异是造成塔里木盆地降尘和TSP浓度空间分布差异的主要原因。（2）5—8月是塔中地区沙尘天气高发时节，7月沙尘暴天气处于峰值。3—8月是民丰、喀什和铁干里克大气降尘主要分布月份。春夏季节的塔里木盆地降尘污染明显高于秋冬季节。（3）每年3—9月都是4个站点TSP主要分布阶段，最高值出现月份略有差异。塔里木盆地周边TSP浓度季节变化大体一致，春夏季大于秋冬季，不同的地区季节分布略有差异。（4）春夏季沙尘天气是造成大气降尘和TSP质量浓度较高的主要因素。

大气降尘；TSP；变化特征；塔里木盆地

降尘（Dust-fall）是一个地区大气颗粒物质和当地地表地质地理等环境体系的综合产物[1]。大气中的固体悬浮颗粒物的来源不同，其微粒的大小也会有所不同。空气动力学粒径≤10 μm的微粒被称为可吸入颗粒物（PM10），空气动力学粒径≤100 μm的微粒通常被称为大气总悬浮微粒（TSP）[2]。而以自身重力作用自然沉降于地面的颗粒则被称为大气自然降尘，也有人称其为沉降尘[3]。降尘一般由煤烟、粉尘、地面二次扬尘和生产粉尘等组成。降尘在采集过程中所采集到的尘也包括了在降水时随降水一起被冲刷下来的部分非重力沉降尘。降尘是大气污染物中可视性较强的一种，它不仅引起人们视觉上的厌恶感，还可改变土壤的组成和性质，影响植物的生长、产量和品质，改变植被反照率，危害文物，而且因其含有多环芳烃和砷等强致癌物质，对人类健康构成威胁[4-14]。当然，降尘也是湖泊、森林等生态系统的有机、无机营养成分的重要来源[15-16]，沉积湖底多年的降尘已成为科学家研究古气候的珍贵史料[17]。因此，探索大气降尘变化特征及其对区域气候环境影响和生态效应具有十分重要的科学意义。

在全球变暖和人类活动的影响下，伴随着工业化和城市化的进程加快，西北干旱区大气环境受到的扰动增加，扬沙、浮尘和大雾等恶劣天气现象频繁出现。新疆属温带大陆性干旱气候，生态环境恶劣，风沙天气灾害严重，是我国沙尘暴灾害严重区域之一。受塔克拉玛干沙漠的影响，塔里木盆地是我国沙尘天气的高发区域。沙尘天气一方面对自然和人类居住环境通过沙埋、风蚀沙割、大风袭击、降温、土地沙漠化加剧和污染大气等造成灾害；另一方面沙尘气溶胶也会对气候产生一定影响[4]。因此需要进一步对新疆大气降尘进行深入研究。目前，新疆有关大气降尘研究主要集中在大气降尘的来源、空间分布特征等方面。有关塔里木盆地沙尘天气气候特征及其影响方面的文献非常多[18-25]，但有关该区域大气降尘及TSP变化趋势的相关文献相对较少。本文基于用铁干里克、塔中、民丰、喀什4站2007—2010年大气降尘及TSP观测资料，分析了塔里木盆地不同地域大气降尘和TSP的变化特征及季节规律，这可为塔里木盆地及其周边地区环境规划管理，改善区域大气环境质量和防治风沙灾害提供一定的数据支持。

1 研究方法

1.1 测定方法

大气降尘一般以g·m-2·mon-1为单位表示。其粒径一般大于10 μm，但降水冲刷作用也会导致粒径小于10 μm[25]的悬浮颗粒产生湿沉降过程。本研究涉及到的降尘量包括干湿降尘的总和，集尘缸安放在沙尘暴观测场内的支架上，集尘缸缸口平面距地表1.5 m。在沙尘暴频发期（3—5月）每旬采集一个样品，其它季节每月采集一个样品。样品经烘箱蒸发、干燥后利用电子天平称重（BS 224S，Sartorius，北京），并计算降尘量。

TSP于每月的1、6、11、16、21、26日，利用智能大容量空气总悬浮微粒采样器TH-1000C（武汉天虹仪表有限公司）进行，采集4个站点的大气TSP样品，每次采样持续22 h；利用重量法（GB/ T15432-1995）测定空气中TSP含量。采样前后TSP采样滤膜在干燥箱（温度50±2℃）中干燥2～6 h后，利用精度为0.1 mg的电子天平LA 130S-F （Sartorius，北京）对其测定质量变化，并计算TSP质量浓度。

1.2 数据处理方法

大气降尘量计算公式[26]为：

式中：M为降尘量（g·m-2·mon-1）；ms为降尘和蒸发皿重量（g）；ma为在98℃条件下烘干后的蒸发皿重量（g）；mo为采样时加入的晶体硫酸铜的重量（g）；S为积尘缸口面积（m2）；K为每月实际采样天数（d）。

如果未加硫酸铜，则mo一项为零。大气降尘量测定的精度要求为±0.000 1 g·m-3·mon-1。

大气总悬浮颗粒物的质量浓度计算公式为：

式中：ρTSP为总悬浮颗粒物的质量浓度（mg·m-3）；m2为采样后滤膜质量（mg）；m1为采样前滤膜质量（mg）；Vs为换算成标准状态下的采样体积（m3）。

1.3 布点与采样

2004年开始，中国气象局沙尘暴监测站网开展对沙尘暴的长期监测，新疆设有4个沙尘暴监测站，分别为乌鲁木齐、哈密、塔中与和田，其中哈密、塔中与和田3站设有大气降尘观测项目[27]。为了全面了解塔里木盆地沙尘区域分布和变化趋势，于2007年4月开始在盆地边缘又增加18个大气降尘监测点。本文选取塔中、喀什、民丰，铁干里克四个代表站为研究对象（图1）。

图1 研究区地理位置

2 空间分布特征

2.1 降尘空间分布特征

从表1可以看出：从2007年开始，塔中4 a降尘量均高于其他站，其次依次为民丰和喀什，铁干里克的大气降尘量最少。2010年是塔中4 a中年降尘最多的年份，大气降尘量为4 647.53 g·m-2。塔中地处塔克拉玛干沙漠腹地，其独特的地理环境导致其降尘量远远高于其他站点。民丰位于昆仑山北麓，塔克拉玛干沙漠南缘，由于受气候条件和地形因素的影响也是沙尘暴多发地，2010年是民丰4 a中年降尘量最多的年份，大气降尘量为2 262.94 g·m-2，从总体上来看，民丰这4 a来大气降尘呈现递增趋势。喀什地区地处塔里木盆地西部，属暖温带大陆性干旱气候带，生态系统相对复杂，而且城市化程度较高，受沙尘天气影响相对较小，2009年是这4 a中降尘量最多年份，达到1 387.94 g·m-2。铁干里克地处塔里木盆地东部，是四个观测站中大气降尘量最少的站点，在“东灌”天气影响下，东部的扬沙和浮尘在风力作用下都被吹向盆地西部和南部，所以空气中沙尘含量小于其他站点。2010年同样是4 a中大气降尘量最多的年份，其降尘量为889.72 g·m-2，也呈现逐年递增的趋势。

表1 不同观测站降尘污染（g·m-2）

从以上4个站点2007—2010年4 a的年降尘数据来看塔里木盆地周边的大气降尘总体上呈现逐年递增的趋势，说明塔里木盆地4 a来尘类污染日趋严重，环境保护工作面临更严峻的挑战。

2.2 TSP空间分布特征

从图2可以看出：2010年塔中全年的TSP浓度总量是4个站点中最高的，其次依次为铁干里克、民丰和喀什。在7—8月塔中地区的TSP浓度明显高于其他地方。2009年塔中全年的TSP浓度总量也是4个站点中最高的，达到了18.78 mg·m-3，尤其是4—8月，塔中地区的TSP浓度均远远高于其他站点。其次为民丰，TSP浓度全年总量为14.52 mg·m-3。喀什和铁干里克相差不大。

图2 2009—2010年不同观测站TSP分布

塔中因其独特的地理环境，地处塔克拉玛干腹地，夏季多浮尘扬沙天气，经常伴有沙尘暴的发生。起风天气带来的大量尘类污染物悬浮在大气中，致使总悬浮颗粒物（TSP）浓度大幅度增加。民丰地处塔克拉玛干沙漠南部，属暖温带极干旱气候区，受“东灌”天气的影响，一遇到起风天气便是黄沙漫天，当地的尘类污染很严重，TSP浓度一直处于高值。区域气候差异是造成塔里木盆地TSP浓度分布差异的主要原因。

3 时间分布特征

3.1 降尘逐月变化规律

从图3可以看出：每年的5—8月是塔中地区沙尘天气高发时节，最大值出现在2008年5月，其降尘量为2 150.19 g·m-2。最小值为2006年的12月，其降尘量仅为1.94 g·m-2，最小值和最大值相差2 148.25 g·m-2，当地的气候条件是导致冬季和夏季相差悬殊的主要原因。塔中地区气候条件恶劣，浮尘天气占全年的70%以上，扬沙天气占全年大约90%，沙尘暴天气高达85%以上，尤其是每年7月，沙尘暴天气处于峰值，受沙尘天气影响，大气降尘量也相应的处于高值，冬季降尘相对偏少，此时天气晴朗，很少出现沙尘天气。塔中地区干旱少雨，生态系统基础薄弱，植被稀少，蒸发快，一旦出现起风天气，便会有大量的风沙和尘土，给当地的生产和生活带来严重的影响。

2010年是4 a以来民丰大气降尘最多的年份，为2 262.94 g·m-2·a-1。每年的3—8月是民丰沙尘天气主要分布阶段，从3月开始逐渐增大，其中2010年5月是近4 a民丰大气降尘量最高的月份，达到782.98 g·m-2，查看同时期民丰天气情况发现：2010年5月民丰有浮尘天气6 d，扬沙天气3 d，这是造成5月民丰大气降尘增大的主要原因。2007年11月是4 a中民丰大气降尘最少的月份，仅为5.42 g· m-2。

每年的3—8月同样是喀什降尘比较高的月份，从3月开始每月降尘量逐渐增加，一般到4—6月达到最大值，然后又开始逐渐减少，其中2009年5月是喀什4 a中大气降尘最大的月份，降尘量达到了480.50 g·m-2，2010年10月是降尘量最小的月份，为8.62 g·m-2。除了2009年，喀什其他3 a的大气降尘逐月变化基本一致。

2010年铁干里克大气降尘量要高于其他年份，其次为2008年和2009年。每月的降尘量相对都比较少，最大值出现在2009年5月，其降尘量为306.66 g·m-2，最小值出现在2008年1月，仅3.54 g·m-2。铁干里克为若羌县辖乡，属大陆性荒漠干旱气候，冬季气候稳定，降尘量较少。

图4 大气降尘季节分布

3.2 降尘季节变化规律

从图4可以看出：塔里木盆地降尘污染，春夏季节明显高于秋冬季节。春夏季是塔里木盆地降尘集中季节，秋季略大于冬季，是降尘比较少的季节，4个观测站有着一致性。因为春夏季节是塔里木盆地沙尘天气高发季节，受沙尘天气的影响，塔里木盆地周边的大气降尘普遍增多。其中，2010年夏季是这四年来大气降尘量最多的季节，达到了2 045.25 g· m-2，查看塔中6—8月三月天气情况发现共有沙尘暴1 d，扬沙天气4 d，浮尘天气16 d，而风力情况为3～4级风天数为46 d，4～5级风天数为5 d，5～6级风为1 d。浮尘和扬沙天气对大气降尘量的影响很大，而且由于塔中植被稀少，只要有起风天气便会有大量的沙尘产生，这些都是导致本季降尘量增多的主要因素。

3.3 TSP逐月变化规律

从图5中可以看出，塔中2010年3—5月TSP浓度出现了一个小的峰值，其中4月是上半年的最大值，TSP浓度为7.25 mg·m-3，6月浓度减少很多，7月达到了全年最高值23.19 mg·m-3，7—10月TSP浓度出现了一个大的峰值，从10月开始逐渐减少，12月和1月TSP浓度相差不多。2009年塔中TSP浓度主要分布在4—9月，从5月开始TSP浓度逐渐减少，11—12月浓度很低，和1月差不多。

喀什2010年TSP浓度在3—5月和8—10月分别出现一大、一小峰值，4月达到了全年的最高值2.70 mg·m-3，9月TSP浓度为1.33 mg·m-3，TSP浓度主要分布在3—10月。喀什地区2009年TSP浓度月分布和2010年很相似，从3月开始每3个月呈波浪状递减趋势变化，4月达到了全年的最高值1.37 mg·m-3。

民丰2008—2010年3 a间TSP浓度逐月变化呈现相似的规律性，3—5月出现一个大的峰值，6月有所减少，2010年7—9月出现一个相对较小的峰值，2008年和2009年都是在8—10月出现小的峰值。2010年两个峰值的顶点分别是3月和8月，其浓度值分别为3.577 mg·m-3和2.161 mg·m-3。2008年和2009年的两个峰值的顶点都是5月和9月，其中2009年两个峰值顶点的TSP浓度分别为2.75 mg·m-3和2.04 mg·m-3，2008年两个峰值顶点的TSP浓度分别为3.33 mg·m-3和2.10 mg·m-3。

铁干里克2010年TSP主要分布在3—9月，3—5月相比其他月份稍有增多，其中3月的TSP浓度为2.41 mg·m-3，8—9月急剧增大，9月达到了全年的最高值，也是3 a中浓度最高的月份，其TSP浓度为33.90 mg·m-3。2009年从1月开始，铁干里克的TSP浓度逐渐增大，3—5月出现第一个峰值，顶点4月的TSP浓度为1.12 mg·m-3，6月有所减少，从7月份开始逐渐增大，到8月达到新的顶点，其TSP浓度为1.40 mg·m-3。2008年从1月开始铁干里克TSP浓度逐渐增大，到4月出现第一个峰值，其浓度为1.34 mg·m-3，4—7月TSP浓度变化不大，一直维持在一个较高水平，7月浓度突增，达到了21.24 mg·m-3，这是继2010年9月后铁干里克TSP浓度达到的第2高值。

综上所述，塔中、喀什、民丰、铁干里克4个观测站2009年和2010年，民丰和铁干里克2008年TSP浓度逐月变化规律具有相似性，都是3—5月出现一个大的峰值，继而在8—10月出现另一个相对较小的峰值，只是最高值出现的月份略有差异，个别月份出现极高值，如民丰2010年9月和2008年7月。

图5 TSP月浓度变化规律

塔克拉玛干沙漠周边4个观测站2008—2010年TSP浓度逐月变化呈现相似的规律性，因为他们受共同的沙尘天气影响，每年的浓度高值都出现在相同时期。喀什因为每年秋冬季节受供暖影响，TSP浓度有所增加，全年TSP浓度逐月变化相差不大，呈现比较平缓的趋势，沙尘期比供暖期略高。民丰、铁干里克、塔中秋冬季节因为供暖对TSP浓度增加造成的影响相对较少，所以沙尘期TSP浓度远高于其他月份。

3.4 TSP季节变化规律

从图6可以看出，塔中2010年和2009年TSP浓度春夏季明显高于秋冬季，冬季是一年中TSP浓度最低的。2010年夏季浓度比其他季节大很多，因为春夏季节是塔中沙尘高发季节，大量的浮尘悬浮在空气中，使大气中的TSP浓度也大量增多，秋冬塔中天气晴朗，沙尘天气也相应减少，所以TSP浓度也有所降低。

喀什2010年TSP浓度季节变化为，春季TSP浓度是一年中最大的，夏季的TSP浓度是本年中最小的，秋天略有升高，冬天是一年中浓度较小的。2009年春夏季明显高于秋冬季，冬季略高于秋季，与喀什地区冬季燃煤取暖有一定的关系，燃煤产生大量的粉尘，悬浮在大气中，使得当地冬天TSP浓度有一定程度的增高。

民丰2008—2010年TSP浓度季节变化都是春夏季节明显高于秋冬季节，除了2010年冬季略有增大。民丰地处塔克拉玛干沙漠南缘，一年中受风沙天气影响较多，基本上全年大部分时期都有浮尘扬沙天气，空气中尘类污染物浓度常年居高不下。

铁干里克2010年和2008年TSP浓度分布各出现了一个高值，2010年秋季是全年TSP浓度最高的季节，达到了34.83 mg·m-3，而冬季仅为0.77 mg· m-3，只占秋季TSP浓度的1/49。2008年的高值出现在夏季，其TSP浓度为23.07 mg·m-3，秋季却是TSP浓度最低的季节，为1.05 mg·m-3，与2010年秋季相差悬殊。2009年变化平缓，春、夏季略高于秋、冬季，冬季只比秋季高0.23 mg·m-3。

综上所述，塔里木盆地周边TSP浓度季节变化大体一致，春、夏季大于秋、冬季，不同的地区季节分布略有差异，与它们所处的地理位置、气候条件和一定的人为因素有着密切的联系。

目前，塔里木盆地及其周边已有21个监测站进行大气降尘及TSP的观测，这对进行塔里木盆地的大气颗粒物时空变化分析提供了前提条件[28-32]，在此基础上，可以通过对塔里木盆地大气气溶胶中的理化性质，如可溶性离子进行分析，将为有针对性地改善塔里木盆地的空气质量提供更加可靠的理论依据。

图6 TSP季节变化规律

4 结论

（1）2007—2010塔中每年大气降尘量均明显高于其他3个站点，其次依次为民丰和喀什，铁干里克的大气降尘量最少。2009年和2010年塔中TSP浓度总量都是4个站点中最高的，民丰的TSP浓度也居高不下，仅次于塔中。在“东灌”天气影响下，东部的扬沙和浮尘在风力作用下向盆地西部和南部移动，造成塔里木盆地大气降尘含量和TSP浓度南部和西部高于东部和北部，气候因素是造成塔里木盆地降尘和TSP浓度空间分布差异的主要原因。

（2）每年5—8月是塔中地区沙尘天气高发时节，7月沙尘暴天气处于峰值，受沙尘天气影响，大气降尘量也相应处于高值。每年3—8月是民丰、喀什、铁干里克大气降尘主要分布阶段，其中，2010年5月是近4 a来民丰大气降尘量最高的月份。塔里木盆地降尘污染，春夏季节明显高于秋冬季节。春夏季是塔里木盆地降尘集中季节，秋季略大于冬季，是降尘比较少的季节。

（3）塔中、喀什、民丰、铁干里克四个观测站2009年和2010年，民丰和铁干里克2008年TSP浓度逐月变化规律具有相似性，3—9月都是四个站点TSP主要分布阶段，最高值出现月份略有差异。塔里木盆地周边TSP浓度季节变化大体一致，春、夏季大于秋、冬季，不同的地区季节分布略有差异。

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Variation Characteristics of the TSP Mass Concentration and Dust-Fall Amounts in Different Areas of Tarim Basin

WANG Huiqin1，2，HE Qing1，3，ZHANG Jun4，CHEN Feng1，LIU Xinchun1，3，ZHONG Yuting1，3，YANG Xinhua1，3
（1.Institute of Desert Meteorology，China Meteorological Administration，Urumqi 830002，China；2.College of Earth and Environmental Science，Lanzhou University，Lanzhou 730000，China；3.Taklimakan Desert Atmosphere and Environment Observation and Experiment Station，Tazhong 841000，China；4.Urumqi Meteorological Bureau，Urumqi 830002，China）

To understand variation characteristics of the TSP mass concentration and dust-fall amounts in different areas of Tarim Basin,the data of the TSP mass concentration and dust-fall amounts collected by the dust cylinder and large-volume sampler from Tazhong,Tikanlik,Minfeng and Kashighar stations during 2007-2010 were analyzed.The results show that：（1）The dust-fall and TSP amounts of Tazhong ranked the first,followed by Minfeng and Kashighar,Tikanlik was relatively low.Regional differences in climate have been responsible for the differences in spatial distribution of dust-fall and TSP concentration in the Tarim Basin.（2）May-August is high dust-fall pollution season in Tazhong,and March-August is high dust-fall pollution season in other three stations.Spring and summer are the main seasons in which high TSP concentration distributed.Dust weather is the main influence in dust-fall and TSP concentration of the Tarim Basin during spring and summer.Dust-fall pollution in spring and summer is significantly higher than that of autumn and winter.（3）High TSP concentration was appeared from March to September at the four sites,and the highest value months are slightly different from each other.TSP pollution in spring and summer is also significantly higher than that of autumn and winter.（4）Spring and summer dust weather was major reason for high TSP mass concentration and dust-fall amounts in different areas of Tarim Basin.

dust-fall；TSP；variation characteristics；Tarim Basin

X169

B

1002-0799（2013）06-0050-08

10.3969/j.issn.1002-0799.2013.06.008

2012-05-15；

2012-06-14

公益性行业（气象）科研专项（GYHY201006012），中国自然科学基金项目（41175017,41175140）；中国沙漠气象科学研究基金（Sqj2009014）及中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金项目（IDM201003）共同资助。

王慧琴（1986-），女，硕士研究生，现从事气候与环境大气污染方面研究。E-mail：huiqin86@yahoo.cn

何清（1965-），男，研究员，主要从事沙漠气象研究工作。E-mail：qinghe@idm.cn