付潔　尚可政　王式功　劉麗偉　王金艷

摘要由于與氣候變化和人類活動(dòng)息息相關(guān)，沙塵氣溶膠對(duì)氣候和環(huán)境的影響一直廣受關(guān)注。針對(duì)我國(guó)沙塵氣溶膠的理化性質(zhì)及其對(duì)云和降水、輻射、城市空氣質(zhì)量、人體健康等方面的影響，就近些年來所取得的成果做了回顧和總結(jié)，以期對(duì)今后沙塵氣溶膠的更深入研究有所借鑒和幫助。

關(guān)鍵詞沙塵氣溶膠；理化性質(zhì)；氣候影響；環(huán)境和人體健康

中圖分類號(hào)S161文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)0517-6611（2014）12-03673-05

基金項(xiàng)目公益性行業(yè)（氣象）科研專項(xiàng)（GYHY201106034）；甘肅省國(guó)際科技合作計(jì)劃項(xiàng)目（1204WCG A016）；國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（41105109，41275070）；蘭州大學(xué)中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金（lzujbky2012121）。

作者簡(jiǎn)介付潔（1989- ），女，甘肅民勤人，碩士研究生，研究方向：災(zāi)害性天氣和氣候。

沙塵氣溶膠，或稱為礦物氣溶膠，是對(duì)流層氣溶膠的主要組成部分，其對(duì)全球氣候和環(huán)境有著不可小視的作用。就全球而言，沙塵氣溶膠的源地有中亞、中非、北美和澳大利亞，大多分布于副熱帶地區(qū)，我國(guó)沙塵氣溶膠的主要源地則為沙塵天氣多發(fā)的戈壁荒漠地帶，中心位于南疆盆地和內(nèi)蒙古西部的沙漠地帶及其周邊地區(qū)[1]。近年來，針對(duì)我國(guó)沙塵氣溶膠的理化性質(zhì)及其影響展開了頗多卓有成效的工作，筆者在此就這些成果做一回顧，并對(duì)今后的研究提出了展望。

1我國(guó)沙塵氣溶膠的物理特性

1.1濃度分布沙塵氣溶膠的濃度可以直接反映出該地空氣質(zhì)量狀況，對(duì)大氣透過率、能見度等有重要影響。沙塵氣溶膠濃度可以用數(shù)濃度或質(zhì)量濃度表征，風(fēng)速等動(dòng)力因素和氣溫等熱力因素均會(huì)影響到大氣中沙塵氣溶膠的濃度分布。針對(duì)塔克拉瑪干沙漠的觀測(cè)發(fā)現(xiàn)[2-3]，沙塵氣溶膠質(zhì)量濃度在不同天氣背景下的大小順序?yàn)榍缣?浮塵<揚(yáng)沙<沙塵暴；風(fēng)速會(huì)直接影響氣溶膠濃度，風(fēng)速越大，沙塵暴強(qiáng)度越強(qiáng)，粒子質(zhì)量濃度越大；沙塵暴天氣過程中日平均濃度峰值比小時(shí)平均濃度峰值出現(xiàn)早，這是因?yàn)樯硥m暴發(fā)生期間風(fēng)速大，空氣中懸浮的粗顆粒較多，而更多的細(xì)顆粒物則是在沙塵暴之前以及之后的浮塵天氣里積累，且沉降較慢；不同高度、不同粒徑的沙塵氣溶膠質(zhì)量濃度每3～4 d出現(xiàn)一個(gè)峰值區(qū)，表明每隔3～4 d沙塵天氣會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)度增強(qiáng)現(xiàn)象。巴丹吉林沙漠、騰格里沙漠和毛烏素沙地，沙源充足，干旱少雨，是我國(guó)沙塵氣溶膠的另一主要源區(qū)。牛生杰等研究發(fā)現(xiàn)上述沙漠上空沙塵氣溶膠數(shù)濃度一般為1～10個(gè)/cm3；沙塵暴發(fā)生時(shí)，直徑>9 μm的沙塵粒子濃度增長(zhǎng)最為明顯，且在背景大氣、浮塵、揚(yáng)沙、沙塵暴4種不同天氣背景下，氣溶膠質(zhì)量濃度平均依次以2～3倍增長(zhǎng)[4-5]。騰格里沙漠的野外觀測(cè)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)一步顯示，有沙塵日氣溶膠數(shù)濃度可高達(dá)晴好天氣氣溶膠數(shù)濃度的2～10倍，沙塵天氣下大粒子（0.1 μm1.0 μm）數(shù)濃度增加顯著，沙塵氣溶膠釋放強(qiáng)烈[6]。

除了以上的實(shí)地觀測(cè)試驗(yàn)，數(shù)值模擬也可以應(yīng)用于沙塵氣溶膠濃度的研究。銀燕等利用2006年NCEP/NCAR再分析資料和大氣化學(xué)傳輸模式，模擬了沙塵氣溶膠1、4、7、10月全國(guó)范圍內(nèi)的質(zhì)量濃度分布，結(jié)果顯示，我國(guó)沙塵氣溶膠集中分布于內(nèi)蒙古中西部沙漠地區(qū)，內(nèi)蒙古西部中央戈壁4月沙塵氣溶膠濃度達(dá)最大值，甚至超過500 μg；就全國(guó)而言，沙塵氣溶膠濃度也是在4月達(dá)極大值，其他月份較少，這充分說明了春季我國(guó)沙塵天氣的影響之大[7]。

1.2粒徑分布在沙塵天氣情況下，氣溶膠粒徑大小對(duì)于氣溶膠在大氣中的停留時(shí)間、傳輸距離均有一定的影響。一般而言，風(fēng)沙天氣越多越惡劣，大氣中沙塵氣溶膠的粒徑和濃度越大。新疆沙漠面積廣大，塔里木盆地超過一半的土壤均是沙土，沙漠沙以細(xì)沙為主，且沙漠周圍土壤中細(xì)顆粒物含量較大，成為大氣沙塵氣溶膠中細(xì)顆粒物的重要來源[8]。分析阿克蘇地區(qū)的氣溶膠樣本發(fā)現(xiàn)，在沙塵源區(qū)，當(dāng)有沙塵暴發(fā)生時(shí)，大氣氣溶膠粒子濃度在全部粒徑范圍均會(huì)增加，但尤以粗粒子增加最多；垂直方向上，7～17 m高度內(nèi)氣溶膠濃度不隨高度出現(xiàn)明顯分層；若氣溶膠粒子直徑只有一個(gè)峰值且位于>2.1 μm范圍內(nèi)，就可推斷粒子的來源主要為地面沙塵[9]。內(nèi)蒙古西北部至河西走廊一帶是我國(guó)另一沙塵暴多發(fā)區(qū)，這一沙漠地區(qū)上空沙塵氣溶膠平均直徑為1.6～4.6 μm，最大可達(dá)28.0 μm，且風(fēng)速增大時(shí)沙塵粒子的增加具有選擇性，隨著沙塵濃度增大，小粒子比重減小而大粒子比重增大，直徑<4.0 μm的粒子形成數(shù)濃度的峰值[4，10]。騰格里沙漠觀測(cè)試驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)一步表明，晴好天氣下，氣溶膠粒子粒徑分布均勻，粒子相對(duì)較小，粒徑分布呈對(duì)數(shù)正態(tài)分布；而沙塵天氣下，氣溶膠粒徑分布多變、不穩(wěn)定，沙塵氣溶膠以較大沙塵顆粒為主，粒徑分布呈多元正態(tài)分布[6]。

1.3光學(xué)特性 國(guó)內(nèi)針對(duì)沙塵氣溶膠的光學(xué)特性也開展了大量研究工作，集中體現(xiàn)在光學(xué)厚度、大氣渾濁度等方面。對(duì)賀蘭山地區(qū)不同天氣條件下氣溶膠光學(xué)厚度研究發(fā)現(xiàn)，隨著沙塵天氣強(qiáng)度增強(qiáng)，沙塵氣溶膠含量增多，氣溶膠光學(xué)厚度和渾濁度系數(shù)同步增大[11]。沙塵氣溶膠的光學(xué)厚度大小可反映出局地沙塵濃度的大小，因此，沙塵氣溶膠光學(xué)厚度有明顯的季節(jié)變化，春季往往達(dá)到最大值，且北方明顯高于南方。張文煜等2001年4～9月在寧夏沙坡頭地區(qū)觀測(cè)氣溶膠光學(xué)厚度，發(fā)現(xiàn)4、5月550 nm光學(xué)厚度明顯偏大，平均為0.72，8、9月則最小，降至0.30[12]。在我國(guó)其他沙塵源區(qū)開展的觀測(cè)試驗(yàn)得到了相似的結(jié)果[13-14]。

2我國(guó)沙塵氣溶膠的化學(xué)特性

沙塵氣溶膠的化學(xué)組成成分中，占據(jù)主要地位的是SiO2，其次為Al2O3，其他成分如Ca、Mg、Fe的氧化物，含量一般不超過5%[15]。對(duì)沙塵源區(qū)、沉降區(qū)的氣溶膠中所含元素及其含量進(jìn)行判別、分析，不僅可以對(duì)局地的環(huán)境構(gòu)成有所了解，還有助于推斷沉降區(qū)氣溶膠來源和源區(qū)的貢獻(xiàn)率，從而對(duì)沙塵暴所造成的影響做出科學(xué)準(zhǔn)確的判斷。

2.1沙塵源區(qū)氣溶膠化學(xué)成分對(duì)賀蘭山地區(qū)沙塵氣溶膠樣本化學(xué)元素進(jìn)行測(cè)定后發(fā)現(xiàn)，沙塵氣溶膠中各元素濃度變化隨沙塵天氣強(qiáng)度的增強(qiáng)而增大，其中親地殼類元素濃度最大；濃度變化較為顯著的元素主要有Al、Ca、Mg、Fe等[16]。成天濤等對(duì)渾善達(dá)克沙地的樣本分析發(fā)現(xiàn)，強(qiáng)沙塵暴時(shí)主要元素Al、Fe的含量較晴天高出近10倍，富含Si元素的粗顆粒顯著增加，Na元素相對(duì)含量急劇減小，重力沉降作用對(duì)Al、Ca、Fe、Si等元素的垂直分布有重要影響[17]。

2.2沙塵沉降區(qū)氣溶膠化學(xué)成分分析比較沙塵沉降區(qū)顆粒物的化學(xué)成分，尤其是針對(duì)典型城市氣溶膠成分的分析，對(duì)于探究沙塵來源及做出相應(yīng)對(duì)策意義重大。莊國(guó)順等分析了2000年沙塵暴期間北京的氣溶膠樣品后指出，Al、Fe、Sc、Mn、Na、Ni、Cr、V、Co等9種元素主要來源于地殼；主要污染元素As、Sb、Se不僅受北京當(dāng)?shù)匚廴居绊懀遗c沙塵運(yùn)輸過程中沿途污染源密切相關(guān)；S元素主要源于沙塵在傳輸過程中氣體向氣溶膠的轉(zhuǎn)化；沙塵暴發(fā)生時(shí)，F(xiàn)e（II）的含量升高了2～3倍，這可能是沙塵中的Fe（III）和大氣中各種還原劑反應(yīng)的結(jié)果[18]。李玉霖等對(duì)蘭州市降塵樣本分析得出，蘭州非沙塵天氣的沉降物中含量較高的元素為Si、Ca、Al、Fe，而沙塵天氣則為Si、K、Ca、Al，元素含量的排序差別不大，但元素豐度明顯不同，表明這2種沉降物的來源存在差異，非沙塵天氣沉降物中的元素主要來自于當(dāng)?shù)卦?，而沙塵天氣沉降物中多數(shù)元素來源于外地入侵的沙塵[19]。

3沙塵氣溶膠對(duì)氣候變化的影響

沙塵氣溶膠對(duì)氣候系統(tǒng)影響顯著，一方面，它通過改變地氣系統(tǒng)的輻射傳輸直接影響氣候；另一方面，它改變?cè)坪徒邓奶匦裕g接地影響了氣候變化。

3.1對(duì)輻射和氣溫的影響沙塵氣溶膠通過散射和吸收太陽(yáng)輻射以及地氣系統(tǒng)內(nèi)的長(zhǎng)波輻射，一般加熱沙塵層大氣但冷卻地面，同時(shí)在夜間又對(duì)地面有保溫作用[20]，直接影響了地氣系統(tǒng)的輻射傳輸過程。

3.1.1沙塵氣溶膠輻射效應(yīng)的數(shù)值模擬。針對(duì)沙塵氣溶膠的數(shù)值模擬試驗(yàn)取得了一致的結(jié)果，即沙塵氣溶膠增加大氣輻射收入的同時(shí)，減少了地面輻射凈收入，從而分別使大氣和地面溫度呈現(xiàn)上升和下降的反向變化[21-22]。沙塵對(duì)地氣系統(tǒng)的這一輻射強(qiáng)迫影響與一個(gè)不大于0.3的“臨界地表反照率”有關(guān)[23]，當(dāng)?shù)乇矸凑章蚀笥谂R界值時(shí)，沙塵氣溶膠減小行星反照率，加熱地氣系統(tǒng)，反之則表現(xiàn)為冷卻效應(yīng)。沙塵的輻射強(qiáng)迫與太陽(yáng)高度角也有很大關(guān)系。對(duì)沙塵直接輻射效應(yīng)的數(shù)值模擬結(jié)果表明，由冬到夏、從春初到春末，隨著太陽(yáng)高度角逐漸增大，沙塵所造成的大氣頂晴空正輻射強(qiáng)迫增加，地氣系統(tǒng)由輻射降溫逐漸轉(zhuǎn)為輻射增溫[24]。

3.1.2沙塵氣溶膠輻射效應(yīng)的觀測(cè)研究。賈璇等采用MODIS和CALIPSO衛(wèi)星資料及地面臺(tái)站沙塵資料，研究發(fā)現(xiàn)強(qiáng)沙塵天氣時(shí)，沙塵云區(qū)大氣層頂云的輻射強(qiáng)迫絕對(duì)值比純?cè)茀^(qū)小，云的冷卻效應(yīng)受到抑制，沙塵加熱了大氣層[25]。此外，沙塵氣溶膠能夠衰減地面凈輻射收入，使得地表溫度降低，這恰好部分抵消了溫室氣體所帶來的增溫效應(yīng)。對(duì)塔克拉瑪干沙漠腹地的輻射觀測(cè)資料分析發(fā)現(xiàn)，沙塵氣溶膠增加了對(duì)太陽(yáng)輻射的散射，太陽(yáng)直接輻射的衰減與大氣中沙塵氣溶膠含量呈明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系[26]。Xin等在騰格里沙漠地區(qū)開展的工作表明，太陽(yáng)直接輻射通量的衰減在晴好天氣為2.6%～47.0%，平均衰減16.9%，而沙塵天氣下受沙塵氣溶膠影響，衰減可達(dá)10%～90%，平均衰減38%，直接輻射通量隨時(shí)間的衰減在沙塵天氣情況下比無(wú)沙塵日更為顯著[6]。

無(wú)論是數(shù)值模擬試驗(yàn)還是實(shí)地觀測(cè)研究，沙塵氣溶膠對(duì)于輻射的影響均得出了比較一致的結(jié)果，這取決于沙塵氣溶膠對(duì)長(zhǎng)、短波輻射不同的作用，沙塵氣溶膠增多，大量散射太陽(yáng)短波輻射，到達(dá)地面的短波輻射能量減小，而大氣的向下長(zhǎng)波輻射增加；由于到達(dá)地表的太陽(yáng)輻射減少，地表降溫，因此地表向上長(zhǎng)波輻射減小；沙塵的總效應(yīng)是使得白天地面凈輻射收入減小，夜間則相對(duì)增加了大氣的向下長(zhǎng)波輻射，因此對(duì)地表造成了白天降溫、夜間增溫的影響[27]。進(jìn)一步的研究指出，沙塵對(duì)于長(zhǎng)波的吸收明顯大于短波，沙塵氣溶膠能夠較強(qiáng)的散射小于8 μm的輻射，但吸收大于8 μm的輻射，吸收帶范圍為8～11 μm[28]。

3.2對(duì)云和降水的影響沙塵氣溶膠在與云的相互作用過程中，可充當(dāng)云凝結(jié)核、巨核、冰核等，從而對(duì)降水形成復(fù)雜的影響。

42卷12期付 潔等我國(guó)沙塵氣溶膠的特性及其影響的研究進(jìn)展3.2.1沙塵氣溶膠對(duì)云和降水影響的數(shù)值模擬。數(shù)值試驗(yàn)結(jié)果較清晰地表明了沙塵氣溶膠因角色不同而對(duì)云和降水造成的不同影響[29-30]，當(dāng)沙塵天氣發(fā)生時(shí)，沙塵氣溶膠吸收可溶性物質(zhì)后，增加了有效云凝結(jié)核數(shù)量；之后沙塵氣溶膠若作為巨核參與物理過程，可增進(jìn)降水效率，提前降水出現(xiàn)的時(shí)間，且這種促進(jìn)作用在大陸性云的情況中較為明顯；但若沙塵同時(shí)作為有效云凝結(jié)核和冰核參與云物理過程時(shí)，則會(huì)對(duì)云的形成和發(fā)展起到相反的作用，抑制云滴發(fā)展，導(dǎo)致云累計(jì)降水量減少。此外，沙塵氣溶膠在向下游的傳輸過程中，當(dāng)傳輸層位于溫度>-5 ℃的層次時(shí)，沙塵作用是增加大核和巨核的濃度，促進(jìn)降水，減小云的光學(xué)厚度和反照率；若傳輸層在<-5 ℃層結(jié)內(nèi)，沙塵則作為冰核抑制降水，增大云的光學(xué)厚度和反照率[31]。

3.2.2沙塵氣溶膠對(duì)云和降水影響的觀測(cè)研究。就實(shí)際觀測(cè)而言，沙塵氣溶膠對(duì)降水主要表現(xiàn)為抑制效應(yīng)[32-33]，即從年際尺度上來看，沙塵日數(shù)和降水量為負(fù)相關(guān)。韓永翔等提出這是因?yàn)樯硥m氣溶膠長(zhǎng)時(shí)間滯留在大氣中，增加了顆粒物與水分的接觸面積，使得空氣濕度總體減小，達(dá)不到降水閾值[34]。而Huang等利用衛(wèi)星觀測(cè)資料分析東亞沙塵氣溶膠對(duì)云水通道的影響后得出，由于沙塵氣溶膠吸收太陽(yáng)短波輻射，從而增加了云水蒸發(fā)量，云水路徑和冰水路徑較純?cè)浦芯鶞p小，這抑制了云滴向雨滴的轉(zhuǎn)化過程[35]。

沙塵氣溶膠不僅影響云的降水率，還會(huì)影響降水的化學(xué)組成成分。大氣中的重金屬元素主要集中于固體顆粒物中，沙塵氣溶膠是其中一大載體，當(dāng)沙塵天氣頻發(fā)引起沙塵氣溶膠粒子大量增加，如果此時(shí)發(fā)生降水，則這些重金屬離子會(huì)隨著降水降至地面并進(jìn)入土壤，由此對(duì)環(huán)境造成破壞[36]。雨水樣品中，陰離子Ca2+的主要來源即為地面沙塵。對(duì)東亞酸沉降網(wǎng)降水資料進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，在整個(gè)東亞地區(qū)，我國(guó)西北部降水酸度受Ca2+、SO2-4、NO-3、NH+4影響最大，且Ca2+的季節(jié)變化顯著，春季濃度顯著大于其他季節(jié)，由此證明，西北地區(qū)是我國(guó)的主要沙塵源區(qū)，且春季是沙塵天氣的多發(fā)季節(jié)[37]。對(duì)西北重點(diǎn)城市蘭州的降水資料分析結(jié)果也證明了這一點(diǎn)[38]。

沙塵顆粒物對(duì)于降水的pH也有重要作用。大氣中顆粒物主要源于地面揚(yáng)塵，其酸堿性必然與土壤酸堿性密切相關(guān)。我國(guó)北方干旱少雨，裸露的地表也較南方多，因此北方大氣氣溶膠含量普遍高于南方，而降水中的堿土金屬元素主要來自于大氣中顆粒物，由于北方土壤堿性強(qiáng)于南方土壤，因此北方大氣中顆粒物的pH也高于南方[39-40]。春季沙塵天氣多發(fā)，沙塵氣溶膠濃度上升，增加了大氣中的堿性離子Ca2+濃度，因此降水的pH會(huì)相應(yīng)升高。從長(zhǎng)期數(shù)據(jù)來看，北方降水的pH明顯高于南方。

4沙塵氣溶膠對(duì)空氣質(zhì)量和人體健康的影響

4.1對(duì)空氣質(zhì)量的影響春季是沙塵天氣的多發(fā)期，北方城市大氣污染加重往往與沙塵天氣相關(guān)，受影響程度總體呈現(xiàn)出自西向東減弱的趨勢(shì)[41]。大量沙塵氣溶膠懸浮在空氣中，增大了城市空氣中顆粒物的濃度，加重污染，這可以稱之為直接影響；此外，其在傳輸過程中會(huì)吸附大量城市污染物，也會(huì)對(duì)空氣質(zhì)量造成不良影響。

4.1.1沙塵氣溶膠對(duì)空氣質(zhì)量的直接影響。我國(guó)北方城市冬春季因燃煤供暖，空氣質(zhì)量不佳，大氣顆粒物污染較南方偏重，除此之外，冬末春初沙塵多發(fā)，也是造成城市顆粒物濃度偏高的原因之一。對(duì)北方重點(diǎn)城市在春季沙塵活動(dòng)頻繁期的氣溶膠觀測(cè)發(fā)現(xiàn)[42-43]，在背景大氣、浮塵、揚(yáng)沙、沙塵暴等不同天氣條件下，TSP、PM10的質(zhì)量濃度依次增多甚至超標(biāo)，沙塵暴期間的濃度可比平時(shí)背景大氣的濃度高出4～5倍，沙塵天氣加重了城市顆粒物污染。考慮到沙塵粒徑大小會(huì)影響其在空中的懸浮時(shí)間，粒徑越大其在空氣中的停留時(shí)間越短，因此PM10峰值出現(xiàn)的時(shí)間相對(duì)于TSP峰值出現(xiàn)的時(shí)間會(huì)有一定的滯后性[44]，且下游影響區(qū)域距離沙塵源地越近，沙塵濃度和環(huán)境空氣中顆粒物濃度的相關(guān)度越高，因沙塵天氣造成的污染越嚴(yán)重[45]。

沙塵氣溶膠不僅對(duì)沙塵源地附近區(qū)域影響重大，其伴隨大風(fēng)長(zhǎng)距離運(yùn)輸?shù)轿覈?guó)偏東地區(qū)，對(duì)下游區(qū)域也造成不同程度的影響。據(jù)分析，北京在沙塵暴期間TSP濃度可以比平時(shí)高出近30倍，且細(xì)粒子數(shù)量也大量增加，粒徑<9.0 μm的細(xì)粒子幾乎占總量的80%，2002年3月20日特大沙塵暴期間，沙塵氣溶膠含量甚至平均高達(dá)TSP總量的80%[18，46]。江蘇、福建等省作為我國(guó)東南部的重要省份，遠(yuǎn)離沙塵源地，但春季受西北沙塵天氣影響，細(xì)粒子在氣流引導(dǎo)下可遠(yuǎn)播至我國(guó)東南部，使得可吸入顆粒物濃度出現(xiàn)明顯上升，城市環(huán)境空氣質(zhì)量顯著下降。此外，當(dāng)冷空氣攜帶沙塵南下時(shí)，如遇到暖濕氣流，會(huì)形成“泥漿雨”形式的濕降塵，影響城市環(huán)境[47]。

4.1.2沙塵氣溶膠與其他成分混合對(duì)空氣質(zhì)量的影響。沙塵氣溶膠在傳輸過程中，雖然組成成分仍以源區(qū)成分為主[48]，但傳輸過程中經(jīng)歷不同的下墊面，其最終會(huì)沿途吸附不同物質(zhì)影響到沉降區(qū)，特別是與污染性氣溶膠相結(jié)合，將會(huì)加重下游區(qū)域的污染程度，對(duì)空氣質(zhì)量造成不良影響。Sun等對(duì)2002年一次沙塵暴天氣過程的氣溶膠成分研究發(fā)現(xiàn)，沙塵氣溶膠在長(zhǎng)距離傳輸過程中，會(huì)沿途吸附大量污染性氣溶膠，經(jīng)測(cè)定，沉降區(qū)污染元素如Zn、Cu、Pb、As、Cd和S的濃度高達(dá)正常天氣的7～10倍[49]。Yuan等分析了沙塵樣品在我國(guó)北方和澎湖列島的不同指出，沙塵氣溶膠粗粒子模態(tài)部分Cl-、Br-、Na+、K+、SO2-4、Mg2+、Ca2+濃度在到達(dá)沉降區(qū)后顯著升高，表明沙塵氣溶膠在傳輸過程中混合了大量的人為污染物，加重了沉降區(qū)的環(huán)境污染度[50]。此外，在沙塵長(zhǎng)距離運(yùn)輸過程中，沙塵氣溶膠和污染性氣溶膠結(jié)合能夠進(jìn)一步發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成硫酸鹽和硝酸鹽的二次轉(zhuǎn)化，這都會(huì)造成沙塵影響區(qū)域在沙塵天氣發(fā)生期間及之后一段時(shí)間內(nèi)的污染[51]。

4.2對(duì)人體健康的影響沙塵天氣不僅會(huì)影響環(huán)境，同時(shí)對(duì)于在環(huán)境中生存的人類也影響巨大。沙塵氣溶膠中含有大量細(xì)粒子，易吸附微生物、多環(huán)芳烴等有毒物質(zhì)，進(jìn)入人體后，引起機(jī)體的炎癥反應(yīng)，甚至可直接導(dǎo)致DNA損傷，對(duì)生物細(xì)胞傷害極大[52]。沙塵天氣發(fā)生頻率越高、強(qiáng)度越強(qiáng)、持續(xù)時(shí)間越久，沙塵氣溶膠中游離二氧化硅含量越高，其對(duì)人體健康損害越大；沙塵氣溶膠較小顆粒構(gòu)成的集合體相較于大顆粒而言表面積增大，更容易吸附有害物質(zhì)，直徑<2.5 μm的粒子甚至可以直接進(jìn)入肺泡，有毒成分可能因此進(jìn)入血液流往全身造成更大的機(jī)體損傷[53]。國(guó)外對(duì)沙塵氣溶膠的人體健康效應(yīng)研究較早，我國(guó)從20世紀(jì)90年代逐漸開展研究，取得了一定成績(jī)，填補(bǔ)了研究空白。

4.2.1對(duì)人體的急性刺激。沙塵氣溶膠中往往含有大小各異的刺激性粒子，眼鼻口和皮膚等器官可以直接接觸沙塵顆粒物，因此沙塵天氣在發(fā)生當(dāng)時(shí)會(huì)對(duì)人體造成急性健康損傷，患者會(huì)出現(xiàn)眼睛發(fā)干、流淚、鼻腔干燥、流涕、口干唇裂、咽喉干癢、咳嗽、皮膚瘙癢等癥狀。趙春霞等在蘭州和敦煌對(duì)1 748名成人展開調(diào)查，結(jié)果表明沙塵暴發(fā)生當(dāng)天與前一天相比，急性刺激癥狀發(fā)生人數(shù)均有不同程度的增多，且高發(fā)于男性，沙塵暴過境后，刺激癥狀會(huì)逐漸緩解[54]。在北京、內(nèi)蒙古、新疆等地[55-57]展開的調(diào)查得到相似結(jié)論，沙塵天氣發(fā)生當(dāng)天，兒童和成人均相應(yīng)出現(xiàn)眼、口、鼻、咽喉等部位的急性不適癥狀，且即使發(fā)生，無(wú)時(shí)間滯后效應(yīng)，而兒童作為易感人群，刺激反應(yīng)更為劇烈。

4.2.2對(duì)呼吸系統(tǒng)的影響。沙塵天氣發(fā)生時(shí)，大量沙塵氣溶膠游離在空氣中，人體呼吸系統(tǒng)最易受影響形成不適反應(yīng)，引起鼻竇炎、氣管炎、支氣管炎、支氣管哮喘、肺氣腫等呼吸系統(tǒng)疾病，危害人體健康。孟紫強(qiáng)等調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，沙塵天氣的發(fā)生與呼吸系統(tǒng)疾病的門診量、日入院人數(shù)的增加均有關(guān)系，考慮到就診病人均是癥狀嚴(yán)重者（輕度癥狀者會(huì)逐漸自行緩解），因此就診時(shí)間相對(duì)滯后，且隨著沙塵天氣強(qiáng)度的增大，影響強(qiáng)度也越大[58]。王金玉等對(duì)比調(diào)查了沙塵天氣高發(fā)區(qū)甘肅民勤縣和幾乎不受沙塵影響的平?jīng)鰞傻毓?28名農(nóng)民的呼吸系統(tǒng)癥狀，發(fā)現(xiàn)民勤縣農(nóng)民發(fā)生咳嗽、咳痰、呼吸困難及胸痛癥狀人數(shù)比平?jīng)鍪芯謩e高出近1～3倍，鼻炎、慢性支氣管炎患者則較平?jīng)鍪衅骄叱?～2倍且發(fā)病年齡更年輕，可見沙塵氣溶膠明顯會(huì)對(duì)呼吸系統(tǒng)造成損傷[59]。

沙塵氣溶膠對(duì)呼吸系統(tǒng)的作用除上述較急性的影響以外，近年來，其對(duì)肺部的長(zhǎng)期慢性影響也引起了關(guān)注。塵肺是由于長(zhǎng)期吸入粉塵而出現(xiàn)肺組織纖維化的職業(yè)性疾病，多見于長(zhǎng)期接觸生產(chǎn)性粉塵的人群。與之相類似，若居住于沙漠地帶，長(zhǎng)期吸入過量沙塵，可能會(huì)形成一種非職業(yè)塵肺病——沙漠塵肺。國(guó)外1952年首次報(bào)道了沙漠塵肺病例，隨后在利比亞、以色列、美國(guó)等國(guó)家開展的流行病學(xué)調(diào)查發(fā)現(xiàn)了更多病例，均與居住地的高沙塵濃度環(huán)境息息相關(guān)。我國(guó)相對(duì)報(bào)道較晚，但近些年的調(diào)查研究也得出了相似的結(jié)論，即長(zhǎng)久接觸沙塵環(huán)境極可能會(huì)罹患沙漠塵肺。李加拉對(duì)新疆且末縣35～86歲共101位世居居民進(jìn)行X胸片檢查，檢出18例沙漠塵肺，患病率高達(dá)18%[60]。荊巖林等對(duì)塔克拉瑪干沙漠不同人群開展沙漠塵肺的流行病學(xué)調(diào)查，發(fā)現(xiàn)石油工人中沙漠塵肺的患病率為2%，世居居民則為6.9%，提出在新疆單純因沙塵而導(dǎo)致的沙漠塵肺的年度界限一般為30年[61]。孟紫強(qiáng)等對(duì)甘肅民勤縣1 500名從未接觸過職業(yè)性沙塵人群展開調(diào)查，估計(jì)沙漠塵肺的患病率為5.33‰[62]。以上地區(qū)的調(diào)查結(jié)果各有差異，這可能是與不同地區(qū)沙塵氣溶膠的濃度、氣溶膠中游離二氧化硅的含量不同而造成，但均充分表明長(zhǎng)期暴露于沙塵天氣對(duì)于人體健康的傷害之大，更警示我們治理荒漠化、減少減弱沙塵天氣刻不容緩。

4.2.3對(duì)心血管系統(tǒng)的影響。沙塵氣溶膠還對(duì)心血管系統(tǒng)有極大影響，由于沙塵天氣引起空氣中PM10、PM2.5含量上升，人體吸入大量可吸入顆粒物，極易誘發(fā)或加重心血管系統(tǒng)疾病，甚至由此引發(fā)死亡。孟紫強(qiáng)等對(duì)武威市7所大中型醫(yī)院心血管系統(tǒng)疾病門診量和沙塵天氣進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，沙塵天氣的發(fā)生使得PM2.5濃度急劇上升，高血壓、風(fēng)濕性心臟病、心律失常等多種心血管疾病門診人數(shù)相應(yīng)上升，但此關(guān)系具有一定的時(shí)間滯后效應(yīng)，疾病日門診相對(duì)危險(xiǎn)度隨沙塵天氣增強(qiáng)而增大[63-64]。我國(guó)臺(tái)灣學(xué)者集中分析了1996～2001年間沙塵天氣與心血管疾病間的關(guān)系，指出沙塵暴發(fā)生后1 d，各種心血管疾病入院人數(shù)增加了3.65%[65]，沙塵暴后2 d，心血管疾病死亡率則上升2.59%[66]。

4.2.4對(duì)人體健康的其他影響。沙塵氣溶膠在空氣中懸浮，若吸附有害病原體，則會(huì)傳播某些傳染病病菌，有可能造成大面積公共衛(wèi)生事件。同時(shí)，沙塵氣溶膠或因傳播花粉等某些過敏原而引發(fā)人群過敏反應(yīng)。沙塵天氣發(fā)生時(shí)能見度降低，天色昏黃大風(fēng)呼嘯，易造成精神緊張、壓抑、恐懼等不適心理反應(yīng)。在沙塵暴高發(fā)區(qū)，特別是春季，晴天少見，紫外線強(qiáng)度過低，紫外線的消毒作用減弱，這會(huì)導(dǎo)致兒童佝僂病的發(fā)病率上升，長(zhǎng)時(shí)間的低濕度環(huán)境也會(huì)使人體免疫功能下降[67]。對(duì)于健康人而言，沙塵氣溶膠不是直接致死因素，但對(duì)于已患有呼吸系統(tǒng)疾病、心血管疾病和其他一些疾病的體質(zhì)較差的患者來說，沙塵天氣均可能造成這些疾患的死亡率上升。

5總結(jié)和展望

近年來，我國(guó)的荒漠化治理工作卓有成效，沙塵天氣較20世紀(jì)而言已明顯減少。通過地面觀測(cè)、衛(wèi)星遙感等資料的綜合應(yīng)用，針對(duì)沙塵氣溶膠的理化性質(zhì)及其對(duì)氣候、環(huán)境和人體等方面的影響已取得諸多進(jìn)展，但仍有一些問題值得探討：①沙塵氣溶膠在形成和遷移過程中因與環(huán)境中各種成分的吸附、碰撞而可能發(fā)生一系列復(fù)雜的物理化學(xué)變化，對(duì)于沙塵氣溶膠成分的具體演變過程有待更深入的了解，其與城市空氣質(zhì)量的具體耦合機(jī)制也尚待進(jìn)一步的研究，目前的研究方法主要通過抽樣對(duì)比進(jìn)行分析，未來可以考慮采用示蹤物等方法跟蹤觀測(cè)進(jìn)行更加精確的研究。②沙塵氣溶膠對(duì)于氣候變化的重要影響不容置疑，但沙塵氣溶膠的間接氣候效應(yīng)的量化仍尚未得到很好的解決，特別是數(shù)值模式多采用撒哈拉地區(qū)模式，與我國(guó)實(shí)際情況有所差異。因此今后需加強(qiáng)觀測(cè)網(wǎng)的建設(shè)，同時(shí)推進(jìn)數(shù)值模式的研發(fā)，加強(qiáng)沙塵氣溶膠對(duì)氣候影響的定量化研究。③沙塵氣溶膠的毒性與表面吸附的各種化學(xué)成分息息相關(guān)，其作為病菌的載體，傳播過程中對(duì)致病因子毒性的影響究竟如何，這還有待解決，沙塵氣溶膠對(duì)易感人群發(fā)病率預(yù)測(cè)模式的研發(fā)也有待深入。

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