兰州市大气降尘粒度分布特征与来源研究

兰州市大气降尘粒度分布特征与来源研究降尘是大气环境中颗粒物(气溶胶)的主要组成部分,在地表各圈层的物质转化与循环中扮演着重要角色。

通过产生辐射强迫的作用机制、大范围搬运富含各种元素的颗粒等过程,降尘会对气候、陆地及海洋生态系统产生重要影响。

作为大气颗粒物的重要去除机制,降尘现象可以直观反映出研究区大气环境的基本状况,这对城市大气环境污染治理具有重要的参考价值。

基于这种考虑,我们从2011年3月至2012年2月在兰州市(城关区)布设降尘采集点,通过对粒度与元素地球化学特征的研究并结合相关统计分析模型对大气降尘来源进行了初步解析。

粒度测试结果表明,兰州市大气降尘全年粒度分布以10-10μm颗粒为主,其中10-50μm颗粒占据主要粒度范围且呈现出一定的月变化。

借助粒度参数散点图及频率曲线分布特征,我们认为降尘在不同采样点具有近似的物源供给,反映了兰州市大气污染状况的均一性。

尘暴与非尘暴降尘的粒度对比分析表明30-62.5μm粒径段颗粒是沙尘天气降尘颗粒的主要组成部分,可能为强风远距离搬运而来。

在3.9-7.8μm与
7.8-15.6μm两个粒径段内非沙尘天气降尘高于沙尘天气降尘,说明该粒径区间颗粒为非尘暴降尘的主体。

兰州市常年大气污染首要颗粒物为粒径小于10μm的可吸入颗粒,该现象与非沙尘天气降尘的主要颗粒段3.9-15.6μm具有较大相似性,说明非沙尘天气降尘能更好的体现兰州市大气颗粒污染的实际,而沙尘事件的发生可能只对春季沙尘事件高发时段产生较大的影响。

各粒级颗粒含量的相关分析表明兰州市大气降尘中粒径小于10μm的不同颗粒之间多为吸附状态或相互聚集态被风力搬运,更
进一步可以看作由人类生产活动产生的细粒子与土壤扬尘、风砂等自然尘相互吸附或聚集而构成了大气环境背景气溶胶的主要存在状态。

粒度分布的第一众数峰值与反映颗粒搬运能力的参数——中值粒径(或平均粒径)存在较好相关,且通过逐步回归分析我们发现降尘中50-100μm颗粒含量
与众数峰值关系密切,对众数峰的影响程度较大,指示该粒级含量大小可以作为
一个衡量城市大气降尘风力搬运强度的代用指标,在此基础上我们认为兰州市大气降尘搬运介质强度具有春夏季大于秋冬季的特征。

综合运用降尘粒度的因子分析与元素富集因子两种解析方法,我们得到了兰州市大气降尘的两个主要贡献源,即粒径小于10μm的细粒物源(代表大气环境粉尘污染的背景)以及短距离悬移
搬运的粗粒自然源。

前者具有人为活动排放因素的影响,而后者应基本源于兰州周边山上的表土。