鞏 倩，吳建國，王 立

(1.中國環(huán)境科學研究院，北京 100021；2.甘肅農(nóng)業(yè)大學林學院，甘肅 蘭州 730070)

農(nóng)田土壤風蝕揚塵是由于農(nóng)田土壤在風力、人為帶動飛揚而進入大氣的顆粒物，是空氣中總懸浮顆粒物的重要組成部分，也是開放性污染源[1]。氣候因素直接影響著土壤風蝕，進而將影響土壤風蝕揚塵排放[1]。全球氣候已發(fā)生了一定變化，未來變化將更加顯著[2]。隨著氣候變化，土壤風蝕揚塵排放速率將改變，進而將影響到大氣中顆粒物濃度和空氣質量[3]。系統(tǒng)分析氣候變化對土壤風蝕揚塵排放的影響，對科學認識未來氣候變化對大氣中顆粒物排放和空氣質量的影響，準確計算揚塵清單和控制揚塵等有重要意義。對土壤風蝕揚塵研究在國際上引起廣泛關注，包括分析農(nóng)田土壤中PM10和PM2.5的排放[4-5]。隨著對氣候變化問題的關注，氣候變化對土壤風蝕的影響研究也受到關注[6-8]。如Sharratt等[6]用風蝕預測系統(tǒng)(WEPS)分析了氣候變化對哥倫比亞高原農(nóng)田風蝕的影響；Ashkenazy等[7]分析氣候變化對非洲南部的喀拉哈里沙漠和澳大利亞的沙漠沙丘移動的影響，得出在未來幾十年里由于降雨量的減少和風速增加導致澳大利亞沙丘加速的結論。這些研究分析了氣候變化對一些區(qū)域風蝕的影響，但氣候變化對土壤風蝕揚塵排放的影響還較少有報道。我國學者對土壤風蝕研究展開了廣泛研究[9-12]。如王仁德等[9]用粒度對比法對農(nóng)田風蝕與粉塵釋放量進行估算，得出農(nóng)田風蝕量與粉塵釋放量之間有顯著的線性相關關系。這些研究多集中于對風蝕量、風蝕特征及風蝕模數(shù)進行分析。另外，一些研究也分析了氣候變化對土壤風蝕的影響[13]，以及風蝕強度差異原因和農(nóng)田土壤揚塵排放特征[14-18]。如梅凡兵等[14]定量評價了中國北方粉塵源區(qū)地表覆蓋類型對表土風蝕強度的影響，利用DPM模型計算了不同地表在不同摩擦速度時的躍移通量，發(fā)現(xiàn)不同覆蓋條件下地表可蝕性組分粒度分布和粗糙度長度差異是造成風蝕強度差異的主要原因；邢茂等[16]分析了土壤風蝕中粉塵釋放規(guī)律，通過風洞實驗得出粉塵輸運率與沙粒輸運率比與它們在地表的質量比成正比。也有一些研究計算了土壤風蝕揚塵清單[19-20]。如王社扣等[19]用美國EPA的AP-42 方法估算了南京市揚塵清單。但氣候變化對農(nóng)田土壤風蝕揚塵影響方面的研究報告較少。

壩上地區(qū)處在農(nóng)牧業(yè)交錯帶，氣候干旱、土壤風蝕嚴重，揚塵突出。在這些地區(qū)系統(tǒng)進行氣候變化對土壤風蝕揚塵方面的研究，對科學認識氣候變化下京津冀地區(qū)大氣顆粒物源排放特征有重要意義。目前對這個地區(qū)土壤已經(jīng)進行了大量研究[12,21]，并且也進行了土壤風蝕揚塵方面的分析[22]，但氣候變化對土壤風蝕揚塵影響方面研究報告較少。為此，本文利用新的氣候變化情景和土壤風蝕揚塵計算方法，模擬分析了氣候變化對該地區(qū)農(nóng)田土壤風蝕揚塵排放速率影響，希望為準確計算土壤風蝕揚塵清單和控制土壤風蝕提供一定依據(jù)，為相關研究提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)基本特征

河北省壩上地區(qū)位于北京北部、內(nèi)蒙古高原最南端，包括河北張家口壩上的張北、尚義、康保、沽源縣和承德壩上的豐寧、圍場縣，北與內(nèi)蒙古相接，西為山西省，是溝通晉、冀、內(nèi)蒙，連接內(nèi)地與蒙古、俄羅斯等周邊國家的紐帶。壩上地區(qū)面積1.25萬km2，平均海拔1 200.00～1 500.00 m，地勢高聳[23]；氣候類型屬于中溫帶干旱半干旱季風氣候，是北方農(nóng)牧交錯帶中部典型區(qū)域，年均氣溫約1.40～5.00℃，年平均降水量不足400.00 mm，蒸發(fā)量1 500.00～1 900.00 mm。冬、春季風大，土壤風蝕嚴重[24]。這個區(qū)域的行政范圍包括河北的康保、張北、沽源、豐寧、尚義、圍場縣等，考慮到土壤風蝕分布及植被和人類活動等特點，本研究選擇范圍為113.83°～119.25°E、40.57°～42.37°N。

1.2 土壤風蝕揚塵計算

2014年，國家原環(huán)境保護部公布了顆粒物排放清單計算指南[25]，根據(jù)這個指南并參考有關文獻[1]，按照公式(1)計算農(nóng)田土壤風蝕揚塵排放速率：

Es=k×α×Ι×K×C×L×V

(1)

式中，Es為風蝕起塵因子；k為粒徑系數(shù)；α為懸浮系數(shù)；Ι為土壤風蝕指數(shù)；K為地面粗糙因子；С為氣象因子；L為無屏蔽寬度因子；V為植被覆蓋因子。

根據(jù)文獻[1,25-26]，式(1)中計算土壤風蝕中總可懸浮顆粒物(Total suspended particle，TSP)、PM10粒徑系數(shù)k分別為1.00和0.50，PM10和PM2.5比例為1.00∶0.22。據(jù)文獻記載[27-28]，壩上地區(qū)屬于中溫干草原栗鈣土帶，土壤類型包括栗鈣土、栗褐土、風沙土、草甸土，其中土壤栗鈣土類和風沙土分布面積最大，栗鈣土包括6個亞類、23個土屬、47個土種，這些土壤質地類型包括了砂粘壤土、粘壤土、壤粘土、砂壤土、砂粘土；風沙土也是該地區(qū)主要農(nóng)田土壤類型。所以，式(1)中土壤風蝕指數(shù)按照我國環(huán)境保護部并參考美國國家環(huán)境保護局推薦的對應土壤質地風蝕值進行分析[25-26]。根據(jù)文獻[1]，式(1)平均懸浮系數(shù)α約為0.03，但不同質地土壤懸移系數(shù)不同[26]。因此，本文參考相關文獻[1,25-26]確定不同土壤質地類型下土壤風蝕指數(shù)和懸移系數(shù)(見表1)。

表1 土壤質地類型與風蝕指數(shù)和懸移系數(shù)

根據(jù)文獻[27-28]，該地區(qū)農(nóng)田包括留茬與不留茬類型，本研究選擇不留茬農(nóng)田進行分析，留茬農(nóng)田將另文分析。參考文獻[1]，地面粗糙度因子K取0.50，無屏蔽寬度因子L取1.00，植被覆蓋因子V取0.70。

式(1)中氣候因子C需要計算平均風速、桑子威特降水-蒸發(fā)指數(shù)而得到，具體計算按式(2)～(4)進行：

(2)

式中，pe為桑子威特降水-蒸發(fā)指數(shù);P為年降水量;E為年潛在蒸發(fā)量。

Ε=(0.5949+(0.1189×Tα))×365

(3)

式中，Tα為年均氣溫。

(4)

式中，μ為年均風速。

1.3 氣候變化情景數(shù)據(jù)

氣候變化情景數(shù)據(jù)采用全球氣候模式NorESM1-M產(chǎn)生的RCP2.6、RCP4.5、RCP6.0和RCP8.5情景數(shù)據(jù)(RCP2.6、RCP4.5、RCP6.0和RCP8.5分別代表大氣中輻射強迫為2.60、4.50、6.00、8.50 W·m-2)。RCP2.6情景中，未來人類將采取大力減排措施，使得輻射強迫在21世紀達到頂峰并下降，到2100年大氣中CO2濃度仍將達到421.00×10-6，2100年輻射強迫達2.60 W·m-2、升溫幅度達0.30～1.70℃；RCP8.5是最高的溫室氣體排放情景，假定人口增長最快，技術革新水平較低、能源改善緩慢,導致持續(xù)過高的能源需求及大量的溫室氣體排放，到2100年大氣中CO2濃度將達936.00×10-6，2100年輻射強迫高達8.50 W·m-2，升溫幅度將達2.60～4.80℃；RCP4.5和RCP6.0情景介于RCP2.6和RCP8.5情景之間，在RCP4.5情景下2100年輻射強迫高達4.50 W·m-2，升溫幅度將達1.10～2.60℃，在RCP6.0情景下2100年輻射強迫高達6.00 W·m-2，升溫幅度將達1.40～3.10℃[29-30]。這些情景數(shù)據(jù)是由中國科學院地理與資源研究所從多領域間影響模型比較計劃(The inter-sectional impact model inter-comparison project，ISI-MIP)獲取的經(jīng)過空間降尺度、偏差校正的RCP情景下的全球氣候模式模擬數(shù)據(jù)，中國農(nóng)業(yè)科學院進行了數(shù)據(jù)檢驗訂正，在我們承擔的國家“十二五”科技支撐課題中已使用。我們在應用中對比分析了NorESM1-M、MIROC-ESMCHEM、GFDL-ESM2M、HadGEM2-ES和IPSL-CM5A-LR氣候模式模擬結果發(fā)現(xiàn)：相比基準情景，到2050年5個模式年均升溫幅度分別為1.69～3.16℃、 2.37～4.57℃、 2.51～3.01℃、 3.01～3.70℃和1.19～1.99℃；相比基準情景，到2050年，5個氣候模式下年降水變化幅度分別為20%～58%、-30%～39%、-6%～52%、-44%～40%、-52%～52%。從對比結果可知，NorESM1-M模式模擬結果更為合理[31]。另外，其他研究也表明，NorES-M基于氣候系統(tǒng)模式，采用等密度坐標海洋模型和先進化學-氣溶膠-云-輻射相互作用方案[32]，模擬未來氣候變化情景有一定的優(yōu)點[33]。作為模式結果應用者，比較模擬升溫幅度， NorESM1-M氣候模式模擬增溫情景速率中等，模擬升溫幅度相對合理[34]，對降水模擬性能較好[35]。因此，本研究選擇NorES-M模式進行未來氣候變化情景模擬分析。

圖1 研究區(qū)地理位置圖

1.4 氣候變化影響下土壤風蝕揚塵排放速率計算

首先按照公式(2)～(4)計算基準和未來氣候變化情景下的氣候因子C，然后把基準和未來氣候變化情景下氣候因子值代入公式(1)，并同時把其它參數(shù)代入公式(1)，計算基準和未來不同氣候變化情景下土壤風蝕揚塵中TSP、PM10和PM2.5季節(jié)和年排放速率，通過比較基準和未來氣候變化情景下土壤風蝕揚塵TSP、PM10和PM2.5的季節(jié)和年排放速率的差異，確定氣候變化對土壤風蝕揚塵排放速率的影響。以上計算都在Visual Fortran6.6平臺中進行。

2 結果與分析

2.1 氣候變化特征

圖2～圖4給出了壩上地區(qū)未來到2050年年均氣溫、降水量和風速變化特征。圖2顯示，以1951—2000年為基準情景，分析表明2001—2050年壩上地區(qū)年均氣溫呈明顯上升趨勢。相比1951—2000年，到2050年壩上地區(qū)年均氣溫在RCP2.6、RCP4.5、RCP6.0和RCP8.5情景下上升幅度分別為1.48℃、1.55℃、1.50℃和1.90℃(圖2)。相比1951—2000年，2001—2025年時段年均氣溫在RCP2.6、RCP4.5、RCP6.0和RCP8.5情景下上升幅度分別為1.08℃、1.02℃、1.03℃和1.26℃；到2026—2050年時段，年均氣溫上升幅度在RCP2.6、RCP4.5、RCP6.0和RCP8.5情景下分別為1.88℃、2.05℃、1.96℃和2.54℃。

圖2 2001—2050年相比基準情景(1951—2000年)平均氣溫變化趨勢

圖3顯示，以1951—2000年為基準情景，2001—2050年壩上地區(qū)年降水量呈較大波動趨勢，不同情景下變化不同。相比1951—2000年，2050年壩上年降水量在RCP2.6和RCP6.0情景下將分別增加14.91 mm和9.12 mm，在RCP4.5和RCP8.5情景下分別減少14.91 mm和0.06 mm(圖3)。相比1951—2000年時段，2001—2025年時段年降水量在RCP2.6、RCP6.0和RCP8.5情景下分別增加12.40 mm、9.67 mm和5.36 mm，在RCP4.5情景下減少27.96 mm；到2026—2050年，年降水量在RCP2.6和RCP6.0情景下分別增加17.42 mm和8.56 mm，在RCP4.5和RCP8.5情景下分別減少1.87 mm和5.48 mm。

圖3 2001—2050年相比基準情景(1951—2000年)年降水量的變化趨勢

圖4顯示，以1951—2000年為基準情景，2001—2050年壩上地區(qū)日均風速變化呈現(xiàn)較大波動趨勢，不同情景下風速變化幅度不同。相比1951—2000年，到2050年壩上日均風速在RCP2.6情景下下降小于0.01 m·s-1，在RCP4.5、RCP6.0和RCP8.5情景下分別增加0.05、0.03 m·s-1和0.06 m·s-1。相比1951—2000年，2001—2025年時段日風速在RCP2.6、RCP4.5、RCP6.0和RCP8.5情景下分別增加0.01、0.04、0.03 m·s-1和0.07 m·s-1；到2026—2050年時段，日均風速在RCP2.6情景下下降0.02 m·s-1，在RCP4.5、RCP6.0和RCP8.5情景下分別增加0.05、0.04 m·s-1和0.06 m·s-1。

圖4 2001—2050年相比基準情景(1951—2000年)壩上地區(qū)風速變化趨勢

2.2 氣候變化影響下土壤風蝕揚塵季節(jié)排放速率

表2顯示，不同土壤揚塵TSP季節(jié)排放速率在基準情景和氣候變化情景下不同。在RCP2.6、RCP4.5、RCP6.0和RCP8.5情景下與基準情景下比較，砂粘壤土春、夏和秋季分別高約1.50～4.68、0.01～0.11和0.84～2.62 kg·hm-2·s-1，冬季低166.53～207.64 kg·hm-2·s-1；壤粘土春、夏和秋季分別高約0.28～0.88、≤0.02和0.16～0.49 kg·hm-2·s-1、冬季低31.16～38.85 kg·hm-2·s-1；砂壤土春、夏和秋季分別高約0.73～2.29、0.01和0.41～1.28 kg·hm-2·s-1，冬季低81.39～101.49 kg·hm-2·s-1；砂粘土春、夏和秋季分別高約0.23～0.71、<0.01和0.13～0.40 kg·hm-2·s-1，冬季低25.23～31.46 kg·hm-2·s-1；粘壤土春、夏、秋季分別高約0.48～1.49、≤0.02和0.27～0.84 kg·hm-2·s-1、冬季低53.02～66.11 kg·hm-2·s-1；風沙土春、夏、秋季分別高約0.81～2.52、≤0.01和0.45～1.41 kg·hm-2·s-1、冬季低89.52～111.62 kg·hm-2·s-1?？傮w上，在未來氣候變化下，不同土壤揚塵TSP排放都是春、夏、秋季增加，冬季降低。

表2顯示，不同土壤揚塵PM10季節(jié)排放速率在基準情景和氣候變化情景下不同。在RCP2.6、RCP4.5、RCP6.0、RCP8.5情景與基準情景下比較，砂粘壤土春、夏、秋季分別高約0.75～2.34、0.01～0.06和0.42～1.31 kg·hm-2·s-1、冬季低83.26～103.82 kg·hm-2·s-1；壤粘土春、夏、秋季分別高約0.14～0.44、≤0.01和0.08～0.25 kg·hm-2·s-1、冬季低15.58～19.42 kg·hm-2·s-1；砂壤土春、夏、秋季分別高約0.37～1.15、<0.01和0.21～0.64 kg·hm-2·s-1，冬季低40.89～50.99 kg·hm-2·s-1；砂粘土春、夏、秋季分別高約0.11～0.36、<0.01和0.06～0.20 kg·hm-2·s-1，冬季低12.62～15.73 kg·hm-2·s-1；粘壤土春、夏、秋季分別高約0.24～0.75、≤0.01和0.13～0.42 kg·hm-2·s-1、冬季低26.51～33.06 kg·hm-2·s-1；風沙土春、夏、秋季分別高約0.40～1.26、<0.01和0.23～0.70 kg·hm-2·s-1、冬季低44.76～55.81 kg·hm-2·s-1?？傮w上，未來氣候變化情景下，不同土壤揚塵PM10排放都是春、夏和秋季增加，冬季降低。

表2 不同季節(jié)不同土壤風蝕揚塵排放速率/(kg·hm-2·s-1)

表2顯示，不同土壤揚塵PM2.5季節(jié)排放速率在基準情景和未來氣候變化情景下不同。在RCP2.6、RCP4.5、RCP6.0和RCP8.5情景下與基準情景下比較，砂粘壤土春、夏和秋季分別高約0.15～0.47、≤0.01和0.08～0.26 kg·hm-2·s-1、冬季低16.65～20.76 kg·hm-2·s-1；壤粘土春、夏和秋季分別高約0.03～0.09、<0.01和0.02～0.05 kg·hm-2·s-1、冬季低3.12～3.89 kg·hm-2·s-1；砂壤土春、夏和秋季分別高約0.07～0.23、<0.01和0.04～0.13 kg·hm-2·s-1、冬季低8.14～10.15 kg·hm-2·s-1；砂粘土春、夏和秋季分別高約0.02～0.07、<0.01和0.01～0.04 kg·hm-2·s-1、冬季低2.52～3.15 kg·hm-2·s-1；粘壤土春、夏和秋季分別高約0.05～0.15、≤0.02和0.03～0.08 kg·hm-2·s-1、冬季低5.30～6.61 kg·hm-2·s-1；風沙土春、夏和秋季分別高約0.08～0.24、<0.01和0.05～0.14 kg·hm-2·s-1、冬季低8.95～11.16 kg·hm-2·s-1。總體上，在未來氣候變化下，不同土壤揚塵PM2.5排放都是春、夏和秋季增加，冬季降低。

在RCP2.6、RCP4.5、RCP6.0和RCP8.5情景下與基準情景下比較，各土壤風蝕揚塵TSP、PM10和PM2.5季節(jié)排放速率在春季分別高15%、47%、28%和46%，夏季分別高1%、14%、3%和7%，秋季分別高17%、54%、45%和38%，冬季分別低36%、42%、39%和44%。未來氣候變化下，各土壤風蝕揚塵TSP、PM10和PM2.5季節(jié)排放速率在春、秋季節(jié)明顯增加，冬季降低，夏季變化不大。另外，在基準和未來氣候變化情景下，各土壤風蝕揚塵TSP、PM10和PM2.5季節(jié)排放速率從高到低依次為砂粘壤土、風沙土、砂壤土、粘壤土、壤粘土和砂粘土。

2.3 氣候變化影響下土壤風蝕揚塵年排放速率

表3顯示，不同土壤風蝕揚塵TSP年排放速率在基準和未來氣候情景下不同。在RCP2.6、RCP4.5、RCP6.0和RCP8.5情景下與基準情景下比較，按年氣候因子計，砂粘壤土高1.19～2.62 kg·hm-2·a-1、壤粘土高0.22～0.49 kg·hm-2·a-1、砂壤土高0.58～1.28 kg·hm-2·a-1、砂粘土高0.18～0.40 kg·hm-2·a-1、粘壤土高0.38～0.83 kg·hm-2·a-1、風沙土高0.64～1.41 kg·hm-2·a-1。按月排放量累加計算，在RCP2.6、RCP4.5、RCP6.0和RCP8.5情景比基準情景下，砂粘壤土分別低431.78、5 284.06、4 802.43和高7 636.32 kg·hm-2·a-1，壤粘土分別低80.78、988.59、898.48和高1 428.67 kg·hm-2·a-1，砂壤土分別低211.06、2 582.86、2 347.43和高3 732.64 kg·hm-2·a-1，砂粘土分別低65.42、800.62、727.64和高1 157.02 kg·hm-2·a-1，粘壤土分別低137.48、1 682.45、1 529.10和高2 431.42 kg·hm-2·a-1，風沙土分別低232.11、2 840.44、2 581.54和高4 104.90 kg·hm-2·a-1。

表3顯示，不同土壤風蝕揚塵PM10年排放速率在基準和未來氣候情景下不同。在RCP2.6、RCP4.5、RCP6.0和RCP8.5情景下與基準情景下比較，按年氣候因子計算，砂粘壤土高0.60～1.31 kg·hm-2·a-1、壤粘土高0.11～0.25 kg·hm-2·a-1、砂壤土高0.29～0.64 kg·hm-2·a-1、砂粘土高0.09～0.20 kg·hm-2·a-1、粘壤土高0.19～0.42 kg·hm-2·a-1、風沙土高0.32～0.70 kg·hm-2·a-1。按月排放量累加計算，RCP2.6、RCP4.5、RCP6.0和RCP8.5情景比基準情景下，砂粘壤土分別低215.89、2 642.03、2 401.22 kg·hm-2·a-1和高3 818.16 kg·hm-2·a-1；壤粘土分別低40.39、494.29、449.24 kg·hm-2·a-1和高714.33 kg·hm-2·a-1，砂壤土分別低106.03、1 297.52、1 179.25 kg·hm-2·a-1和高1 875.13 kg·hm-2·a-1，砂粘土分別低32.71、400.31、363.82 kg·hm-2·a-1和高578.51 kg·hm-2·a-1，粘壤土分別低68.74、841.23、764.55 kg·hm-2·a-1和高1 215.71 kg·hm-2·a-1，風沙土分別低116.05、1 420.22、1 290.77 kg·hm-2·a-1和高2 052.45 kg·hm-2·a-1。

表3顯示，不同土壤風蝕揚塵PM2.5年排放速率在基準和未來氣候變化情景下不同。在RCP2.6、RCP4.5、RCP6.0和RCP8.5情景下與基準情景下比較，按年氣候因子計算，砂粘壤土高0.12～0.26 kg·hm-2·a-1，壤粘土高0.02～0.05 kg·hm-2·a-1，砂壤土高0.06～0.13 kg·hm-2·a-1，砂粘土高0.02～0.04 kg·hm-2·a-1，粘壤土高0.04～0.08 kg·hm-2·a-1，風沙土高0.06～0.14 kg·hm-2·a-1。按月排放量累加計算，在RCP2.6、RCP4.5、RCP6.0和RCP8.5情景比基準情景下，砂粘壤土分別低43.18、528.41、480.24 kg·hm-2·a-1和高763.63 kg·hm-2·a-1；壤粘土分別低8.08、98.86、89.85 kg·hm-2·a-1和高142.87 kg·hm-2·a-1；砂壤土分別低21.21、259.50、235.85 kg·hm-2·a-1和高375.03 kg·hm-2·a-1；砂粘土分別低6.54、80.06、72.77 kg·hm-2·a-1和高115.70 kg·hm-2·a-1；粘壤土分別低13.75、168.25、152.91 kg·hm-2·a-1和高243.14 kg·hm-2·a-1；風沙土分別低23.21、284.04、258.16 kg·hm-2·a-1和高410.49 kg·hm-2·a-1。

表3 不同土壤風蝕揚塵年排放速率/(kg·hm-2·a-1)

總體上，在RCP2.6、RCP4.5、RCP6.0和RCP8.5情景下與基準情景下比較，按月排放量累加計算，各土壤風蝕揚塵TSP、PM10和PM2.5年排放速率分別低6%、75%、72%和高103%；按年氣候因子排放計，各土壤風蝕揚塵TSP、PM10和PM2.5年排放速率分別高25%、54%、35%和54%。另外，在基準和未來氣候變化情景下，各土壤風蝕揚塵TSP、PM10和PM2.5年排放速率從高到低依次為砂粘壤土、風沙土、砂壤土、粘壤土、壤粘土和砂粘土。

3 討 論

本研究結果說明，未來氣候變化下壩上地區(qū)氣溫呈現(xiàn)上升趨勢，這與全球趨勢比較一致[2]。另外，本研究結果也表明，未來氣候變化下壩上地區(qū)年降水量變化波動明顯，在不同情景下呈現(xiàn)不同變化趨勢。相比1951—2000年，到2050年壩上年降水量在RCP2.6和RCP6.0情景下分別增加14.91 mm和9.12 mm，在RCP4.5和RCP8.5情景下分別減少14.91 mm和0.06 mm。同時，氣候變化下壩上地區(qū)風速波動狀態(tài)也比較大，相比1951—2000年，到2050年壩上日均風速在RCP2.6情景下下降小于0.01 m·s-1，在RCP4.5、RCP6.0和RCP8.5情景下分別增加0.05、0.03和0.06 m·s-1。這些趨勢與全球氣候變化預測一致[2]。當然，這里主要反映了壩上區(qū)域內(nèi)總的變化趨勢，不同區(qū)域變化特征則不同。

一些研究表明，未來氣候變化將導致土壤風蝕程度增加。如Ashkenazy 等[7]分析發(fā)現(xiàn)氣候變化影響下Kalahari 和澳大利亞沙漠將發(fā)生改變、沙丘將更加容易改變；Gao等[13]研究發(fā)現(xiàn)溫度升高1.00℃，土壤風蝕增加31.00 t·km-2·a-1；Sharratt等[6]研究發(fā)現(xiàn)氣候變化下土壤風蝕PM10排放增加。本研究表明，氣候變化影響下，河北壩上各土壤風蝕揚塵TSP、 PM10和PM2.5排放速率增加。這意味著未來溫室氣體高排放情景下將導致壩上地區(qū)土壤風蝕揚塵排放增加，反映了不同氣候變化情景下降水、溫度和風速變化不同對土壤風蝕造成不同影響。

土壤風蝕存在明顯的季節(jié)性[18]。本研究表明，氣候變化影響下，各土壤風蝕揚塵TSP、 PM10和PM2.5排放在春季RCP2.6、RCP4.5、RCP6.0、RCP8.5情景下比基準情景下高；在夏季RCP2.6、RCP4.5、RCP6.0、RCP8.5情景下與基準情景下差異不大(-1%～+14%)；在秋季RCP2.6、RCP4.5、RCP6.0、RCP8.5情景下比基準情景下高；在冬季在RCP2.6、RCP4.5、RCP6.0、RCP8.5情景下比基準情景下要低。說明氣候變化影響下土壤風蝕揚塵TSP、 PM10和PM2.5季節(jié)排放速率在春季和秋季較高。這主要是春季和秋季風速高、覆蓋少、土壤干燥，土壤風蝕揚塵排放速率高；夏季降水多、植被覆蓋多，土壤風蝕揚塵排放速率低。

由于風速存在月份差異，按照年和月氣候因子計算的土壤風蝕排放速率存在明顯差異[1]。本研究表明，利用年氣候因子計算和月排放速率進行累加計算，土壤風蝕揚塵年排放速率不同。這主要因為在計算土壤風蝕揚塵中年氣候因子是按照年風速和年平均氣溫進行計算，而月和季節(jié)性土壤風蝕揚塵排放速率是按照月和季節(jié)風速、溫度等氣候因子進行計算，按照年平均氣候因子、月和季節(jié)平均氣候因子存在差異，導致按照年平均土壤風蝕揚塵排放速率和季節(jié)、月平均土壤風蝕揚塵排放速率存在差異。這說明利用不同時間尺度的氣候因子平均計算年風蝕揚塵存在差異。

不同質地土壤風蝕揚塵排放速率不同[1,9]。本研究表明，相同氣候變化情景下，不同質地土壤在氣候變化影響下土壤風蝕揚塵月、季節(jié)和年排放速率不同。這主要因為不同土壤中不同粒徑顆粒含量或比例不同，以及土壤可蝕性不同所致。

本文在分析氣候變化對土壤風蝕揚塵排放速率影響時，不確定性主要來源包括:(1)計算土壤風蝕揚塵排放系數(shù)中，土壤揚塵不同粒徑顆粒物在土壤風蝕揚塵中所占比例采用原環(huán)境保護部揚塵源顆粒物排放清單編制技術指南(試行)中推薦值，這些值應用到河北壩上地區(qū)因為局地條件差異造成的誤差。(2)分析土壤風蝕揚塵排放速率可能隨時間變化不同方法不同，對土壤風蝕揚塵排放估算結果會造成一定的誤差。(3)本研究沒有考慮不同種植作物差異對土壤風蝕揚塵的影響，也可能對土壤風蝕揚塵排放估算結果造成一定誤差。(4)本研究采用原環(huán)境保護部揚塵源顆粒物排放清單編制技術指南(試行)，考慮地表粗糙度、植被覆蓋度，以及周邊遮蔽參數(shù)，也可能對土壤風蝕揚塵排放估算結果造成一定誤差[1]。(5)本研究分析了壩上區(qū)域平均土壤風蝕揚塵排放速率，使用到更小尺度區(qū)域風蝕揚塵排放速率可能存在一定的誤差。(6)氣候變化情景本身存在的不確定性，對分析氣候變化對土壤風蝕揚塵排放速率影響存在一定的誤差。

同時，需要指出，本研究主要利用一種氣候模式產(chǎn)生的氣候變化情景數(shù)據(jù)，不同氣候模式模擬結果可能存在差異。另外，本研究利用了環(huán)境保護部推薦的土壤風蝕揚塵的計算方法，這個方法雖然使用方便，但缺少機理考慮，需要在以后研究中充分考慮相關機理[15]。同時，氣候變化引起種植方式改變將引起風蝕揚塵改變，本研究設氣候變化下種植方式不變，這需要以后研究中進一步考慮。另外，本研究分析不留茬耕作方式?jīng)]有區(qū)別不同種植作物差異對土壤風蝕揚塵的影響，也可能存在一定差異。同時，本研究沒有考慮氣候變化下由于土壤性質連續(xù)改變將引起土壤風蝕揚塵速率改變。另外，本研究中考慮地表粗糙度、覆蓋程度，以及周邊遮蔽的影響參數(shù)都存在一定的誤差[1]。這些都需要在以后研究中進一步考慮。不過，本研究利用新的氣候情景數(shù)據(jù)，從宏觀上分析了氣候變化對土壤風蝕揚塵排放速率的影響，對科學認識氣候變化對大氣中顆粒物排放的影響還是有一定的參考意義。

4 結 論

1)在未來氣候變化下，河北壩上地區(qū)年均氣溫呈現(xiàn)上升趨勢，年降水量和日平均風速波動比較大、不同情景下呈現(xiàn)不同的趨勢(增加或者減少)。

2)在氣候變化影響下，河北壩上不留茬農(nóng)田土壤風蝕揚塵TSP、PM10和PM2.5月排放速率春季在RCP2.6、RCP4.5、RCP6.0和RCP8.5情景下比基準情景下分別高15%、47%、28%和46%，夏季在RCP2.6、RCP4.5、RCP6.0和RCP8.5情景下與基準情景下差異不大(1%～14%)，秋季在RCP2.6、RCP4.5、RCP6.0和RCP8.5情景下比基準情景下分別高17%、54%、45%和38%，冬季在RCP2.6、RCP4.5、RCP6.0和RCP8.5情景下比基準情景下分別低36%、42%、39%和44%。

3)未來氣候變化影響下，按月排放累計，河北壩上不留茬農(nóng)田土壤風蝕揚塵TSP、 PM10和PM2.5年排放速率在RCP2.6、RCP4.5、RCP6.0和RCP8.5情景下比基準情景下分別低6%、75%、72%和高103%；按年氣候因子計算，各類土壤風蝕揚塵TSP、 PM10和PM2.5年排放速率在RCP2.6、RCP4.5、RCP6.0和RCP8.5情景下比基準情景下分別高25%、54%、35%和54%。

4)在基準和未來氣候變化情景下，河北壩上地區(qū)不留茬農(nóng)田不同土壤風蝕揚塵TSP、 PM10和PM2.5的月、季和年排放速率從高到低依次為砂粘壤土、風沙土、砂壤土、粘壤土、壤粘土和砂粘土。

5)氣候變化對土壤風蝕揚塵影響有了一定認識，但氣候變化不確定性(不同情景下降水量和風速變化差異)，以及影響土壤風蝕揚塵參數(shù)的準確性，也使氣候變化對土壤風蝕揚塵影響存在一定的不確定性，對此需要深入研究。