王笑峰，張?jiān)?，陳穎，陳月鑫，龔文峰，孫穎娜

(黑龍江大學(xué) 水利電力學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150080)

粉塵是指懸浮在空氣中的具有不規(guī)則形狀的固體微粒，其粒徑分布范圍在一微米至數(shù)百微米之間[1]。大氣中的粉塵不僅是氣候變化的反映，而且其自身在全球氣候變化中扮演著重要的角色[2]。反映大氣粉塵變化的記錄主要有冰芯、陸地粉塵堆積以及深海風(fēng)塵沉積[3]。積雪中現(xiàn)代大氣粉塵粒徑分布特征是研究現(xiàn)代城鎮(zhèn)氣候變化中的一項(xiàng)重要內(nèi)容，也是反映過(guò)去大氣粉塵變化的最直接的指標(biāo)[4]。粉塵微粒一旦在冰芯中沉積，其理化性質(zhì)基本不再發(fā)生變化，這對(duì)于城鎮(zhèn)氣候變化的研究有著重要意義。目前在全球各地的寒區(qū)地帶，包括青藏高原以及極地地區(qū)都進(jìn)行過(guò)有關(guān)冰雪微粒特征的研究，并取得了許多研究成果和進(jìn)展[5]。

目前針對(duì)東北地區(qū)積雪粉塵的相關(guān)研究還較少，本文通過(guò)對(duì)哈爾濱城區(qū)內(nèi)不同區(qū)域的積雪粉塵進(jìn)行采樣測(cè)試，分析積雪粉塵粒徑的分布特征，探討積雪粉塵粒徑分布與環(huán)境的關(guān)系。

1 采樣點(diǎn)設(shè)置

按人口密度高低及生產(chǎn)活躍程度，將哈爾濱城區(qū)劃分為四個(gè)區(qū)域，分別為：松北區(qū)、二環(huán)路以內(nèi)、二環(huán)路三環(huán)路之間和平房區(qū)，共設(shè)置采樣點(diǎn)21個(gè)，采樣點(diǎn)具體分布見(jiàn)圖1，采樣時(shí)間為1月。

2 樣品采集及分析方法

2.1 采樣時(shí)身著潔凈的工作服、手部和面部戴有聚乙烯手套和面罩，使用清潔的不銹鋼取樣器采集雪樣，每次采樣前對(duì)取樣器進(jìn)行清潔。[6]

2.2 從雪層表層到地面均勻采樣，應(yīng)避免地表土壤對(duì)雪樣的污染。采集到的雪樣放置在潔凈的取樣袋內(nèi)，每個(gè)采集點(diǎn)進(jìn)行3次重復(fù)，每份樣本約1 000 g。

2.3 采集的雪樣在實(shí)驗(yàn)室-18 ℃的溫度條件進(jìn)行保存。

2.4 粒徑分布測(cè)試采用Bettersize2000型激光粒度分布儀進(jìn)行分析。

注：1.中源大道祥安大街交口；2.哈爾濱商業(yè)大學(xué)校園外；3.松花江北極地館外；4.哈呼路中源大道交口；5.太平公園內(nèi)；6.靖宇街二十道街交口；7.一面街石頭道街交口；8.鐵路局公司街；9.省政府外；10.珠江路紅旗大街交口；11.省眼科醫(yī)院；12.哈南站；13.復(fù)旦街哈西大街交口；14.哈西站廣場(chǎng)；15.群力濕地公園；16.松花江江畔；17.黑龍江大學(xué)水利電力學(xué)院；18.植物園內(nèi)；19.東北林業(yè)大學(xué)校園內(nèi)；20.松花路哈平路交口；21.731紀(jì)念館院內(nèi)

圖1采樣點(diǎn)分布圖

3 結(jié)果與分析

3.1 城區(qū)積雪粉塵粒徑分布特征

測(cè)定結(jié)果表明(見(jiàn)表1)，哈爾濱市城區(qū)積雪粉塵粒徑分布范圍在0.212～633.6 μm，最大區(qū)間分布范圍在27.12～116.10 μm，粉塵粒徑直徑平均值為44.97 μm，中位徑為30.31 μm；體積平均徑為45.7 μm。

現(xiàn)有研究成果顯示，在春季融雪后經(jīng)常發(fā)生的輕度污染中：發(fā)生浮塵天氣的沙塵粒徑一般小于10 μm；發(fā)生塵暴天氣時(shí)大于30 μm粒徑的含量占7.33%，大于50 μm粒徑的含量占0.08%；而發(fā)生特強(qiáng)沙塵暴天氣時(shí)大于30 μm粉塵粒徑的占有比例高達(dá)39.74%[7]。由哈爾濱市積雪粉塵粒徑的最大區(qū)間占比來(lái)看，市區(qū)幾乎被粒徑10 μm以上的粉塵所覆蓋，最大區(qū)間高于30 μm的占9.48%。因此，哈爾濱城區(qū)在春季融雪后的干燥氣候條件下易發(fā)生塵暴天氣。

表1采樣點(diǎn)積雪粉塵粒徑測(cè)試結(jié)果及采樣點(diǎn)概況

分區(qū)樣品編號(hào)積雪深度/cm粒徑分布/μm最大區(qū)間值/μm占百分比/%最大粒徑百分比/%交通流量/級(jí)植被覆蓋率/%周邊環(huán)境松北區(qū)1220.271～188.534.569.120.18Ⅲ80路邊草坪,周圍無(wú)高樓2280.271～240.334.568.740.04Ⅱ70樹(shù)林3290.212～147.927.129.930.23Ⅰ80草坪及樹(shù)林4230.212～147.927.129.960.23Ⅱ70路邊草坪二環(huán)內(nèi)5250.345～188.534.569.640.21Ⅲ60居民區(qū),附近有草坪6300.271～188.534.569.480.19Ⅲ40在建樓房7270.271～188.534.569.560.24Ⅳ30居民區(qū),附近有鐵路8220.345～390.271.529.180.03Ⅴ20居民區(qū)附近9300.271～390.271.529.440.12Ⅴ20道路兩側(cè)有綠化帶10180.212～147.944.049.190.22Ⅴ60居民區(qū)內(nèi)11240.271～240.334.569.260.35Ⅲ30周邊無(wú)植被二環(huán)路三環(huán)路之間12190.271～390.271.528.940.02Ⅴ20樹(shù)林內(nèi)13310.271～188.534.569.610.38Ⅲ50排污溝,有煤場(chǎng)14300.271～147.927.129.870.26Ⅱ85草坪,無(wú)居民區(qū)15260.212～147.927.129.770.22Ⅰ90草坪,無(wú)居民區(qū)16270.212～188.534.569.990.13Ⅰ80草坪,靠近江邊17220.271～306.244.049.450.03Ⅳ65少量樹(shù)木和草坪18130.271～188.534.569.170.2Ⅱ90植被豐富19190.271～240.334.569.330.05Ⅰ85靠近街道平房區(qū)20150.271～390.271.528.540.04Ⅴ20靠近街道21260.561～633.6116.112.450.08Ⅰ20工業(yè)區(qū)、周邊少量樹(shù)木

3.2 不同區(qū)域粉塵顆粒分布差異

由表2可知，松北區(qū)的積雪粉塵粒徑分布區(qū)間最小，介于0.377～181.2 μm；二環(huán)內(nèi)與二環(huán)三環(huán)之間的粒徑分布區(qū)間其次，分別為0.256～224.8 μm和0.284～247.7 μm；平房區(qū)的粒徑分布區(qū)間最大，為0.416～511.9 μm。積雪粉塵粒徑分布區(qū)間由小到大依次為松北區(qū)、二環(huán)內(nèi)、二環(huán)三環(huán)之間、平房區(qū)。不同區(qū)域積雪粉塵粒徑最大區(qū)間由小到大依次為松北區(qū)(30.84 μm)、二環(huán)三環(huán)之間(33.66 μm)、二環(huán)內(nèi)(46.47 μm)、平房區(qū)(93.81 μm)。

表2 不同區(qū)域粉塵粒徑分布

以上排序說(shuō)明，哈爾濱城區(qū)積雪粉塵粒徑分布狀況與人類活動(dòng)強(qiáng)度密切相關(guān)，最低值均出現(xiàn)在新開(kāi)發(fā)的松北區(qū)，最高值均出現(xiàn)在工業(yè)活動(dòng)最活躍的平房區(qū)，其他兩個(gè)區(qū)域排序略有不同，且差異不顯著。

3.3 粉塵粒徑分布與環(huán)境條件的相關(guān)性

3.3.1 交通狀況與粉塵粒徑分布關(guān)系 根據(jù)取樣點(diǎn)周邊30 m范圍內(nèi)道路交通狀況，把取樣點(diǎn)按交通流量由高到低分成Ⅴ級(jí)～Ⅰ級(jí)5個(gè)等級(jí)，粒徑分布-交通流量關(guān)系如圖2所示：

圖2 粒徑分布-交通流量關(guān)系圖

圖2中粒徑分布-交通流量趨勢(shì)線(圖中虛線)表明，粒徑分布與交通流量之間顯著正相關(guān)，積雪粉塵粒徑的最大區(qū)間值隨著取樣點(diǎn)交通流量的降低而降低；實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)曲線(圖中實(shí)線)也表明了這一關(guān)系。其中，交通流量最低的Ⅰ級(jí)取樣點(diǎn)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)高于Ⅳ、Ⅲ、Ⅱ級(jí)取樣點(diǎn)，主要是由于唯一位于工業(yè)區(qū)的21號(hào)取樣點(diǎn)受工業(yè)粉塵及居民燃煤煙塵影響，導(dǎo)致此采樣點(diǎn)的分析數(shù)據(jù)偏高造成的。如去除21號(hào)取樣點(diǎn)數(shù)據(jù)，則Ⅰ級(jí)取樣點(diǎn)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)平均值降為30.84 μm，低于其余采樣點(diǎn)。

圖3 植被蓋度-粒徑分布關(guān)系圖

3.3.2 植被狀況與粉塵粒徑分布關(guān)系 從圖3可知，積雪粉塵粒徑分布呈3個(gè)梯次，植被覆蓋率低于20% 的采樣點(diǎn)粉塵粒徑最大區(qū)間平均為80.44 μm，植被覆蓋率在30%～65% 之間的采樣點(diǎn)粉塵粒徑最大區(qū)間平均為35.75 μm，植被覆蓋率70%以上取樣點(diǎn)，粉塵粒徑的最大區(qū)間平均為34.56 μm。植被覆蓋程度與積雪粉塵粒徑大小總體上表現(xiàn)為負(fù)相關(guān)，隨著采樣點(diǎn)地表植被覆蓋率的增高，積雪中粉塵粒徑最大區(qū)間不斷降低，但對(duì)植被覆蓋率高于30%的各取樣點(diǎn)，粒徑分布差異不顯著。

4 結(jié)論

4.1 哈爾濱市城區(qū)積雪粉塵粒徑整體范圍在0.212～633.6 μm之間，最大區(qū)間分布范圍在27.12～116.10 μm之間，在春季融雪后的干燥氣候條件下易發(fā)生塵暴天氣。

4.2 哈爾濱城區(qū)積雪粉塵粒徑分布狀況與工業(yè)化程度密切相關(guān)，粒徑最大區(qū)間由小到大依次為松北區(qū)、二環(huán)三環(huán)之間、二環(huán)內(nèi)、平房區(qū)。

4.3 粉塵粒徑分布與交通流量之間呈顯著正相關(guān)，積雪粉塵粒徑的最大區(qū)間值隨著取樣點(diǎn)交通流量的降低而降低；

4.4 植被覆蓋率與粉塵粒徑分布呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，但植被覆蓋率高于30%的各取樣點(diǎn)，粒徑分布差異不顯著。