阿拉尔市绿洲—塔克拉玛干沙漠过渡带大气降尘变化特征研究

杨晨 郭腾 马涛

摘要 2015年3—8月采用野外定位监测对塔克拉玛干沙漠北部4种不同下垫面大气降尘研究结果表明：大气降尘量为沙漠边缘地带>绿洲荒漠交错地带>农田防护林>城市绿地；6月最大，月降塵量分别为656.35、311.37、267.84、258.24 g/m2。结合气象数据可以说明沙尘暴的发生总天数与大气降尘、扬尘成正相关关系，但降水对大气降尘具有抑制作用，下垫面状况对大气降尘量具有明显的影响。

关键词 大气降尘；防风固沙；绿洲；塔克拉玛干沙漠；新疆阿拉尔

中图分类号 X831 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2016）09-0217-02

Abstract Using field monitoring of the Taklimakan desert in northern four different underlying surface during March to August in 2015. Results showed that the amount of atmospheric dust for desert marginal zones >oasis-desert interlaced zone> farmland protection forest>urban green space，up to 6 months，the monthly amount of dust were 656.35 g/m2，311.37 g/m2，267.84 g/m2 and 258.24 g/m2 respectively. The total number of days of atmospheric dust fall and blowing sand and dust storms occur is a positive correlation. Precipitation has inhibitory effect to the atmospheric dust. Underlying surface conditions of the amount of atmospheric dust has obvious effect.

Key words atmospheric dust fall；wind sheltering and sand fixation；oasis；Taklimakan Desert；Alear Xinjiang

大气降尘是在大气重力作用下自然降落于地面粒径大多在10 μm以上的颗粒物[1]。大气降尘量是指从大气中自然降落在单位面积上的颗粒物重量。大气降尘量是进行大气污染监测作为空气质量评价的选择参数[1-3]。很多研究表明，对区域大气降尘量的监测有利于对环境进行管理，具有重大的研究意义和研究价值[4-7]。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究区域位于塔克拉玛干沙漠北缘与阿拉尔市绿洲过渡带，东经80°30′～81°58′，北纬40°22′～40°57′。多年平均气温10.8 ℃，无霜期180～224 d，年均降水量为40.1～98.8 mm，年均蒸发量1 876.6～2 558.9 mm，属典型的暖温带极端大陆性干旱荒漠气候。沙尘暴平均发生日数13 d，多发生在4—6月，占全年发生频率的67%。浮尘平均每年发生55 d，多在3—5月，占全年发生频率的50%。阿拉尔市绿洲与塔克拉玛干沙漠植被种类较少，主要组成以杨柳科、菊科等为主，其中最有代表性的植物是芦苇（Phragmites communis）、胡杨（Populus euphratica）、柽柳（Tamarix spp.）、罗布麻（Poacynum hendersonii）等，构成了乔木、灌木和草本植物群落。

1.2 研究方法

1.2.1 采样点布设。根据阿拉尔市绿洲与塔克拉玛干沙漠北缘不同的下垫面类型，选择了城市绿地、农田防护林、绿洲荒漠交错地带、沙漠边缘地带4个下垫面作为大气降尘采样点。

1.2.2 样品的采集。收集大气降尘样品时，应当尽量模拟大气颗粒物在地球重力场的作用下沉降的情形[8-9]。集尘缸内壁光滑，内壁直径15 cm、高30 cm的PVC材质作为集尘缸来收集大气降尘，集尘方式为干集尘方式，按月收集各监测样地的降尘，同一个取样点设置3个集尘缸。同时，记录不同下垫面的空气温度和湿度。

1.2.3 样品的处理。将不同采样点的集尘缸内所收集降尘样品对应编号，带回实验室后去除样品中的树叶、虫子、鸟粪等其他杂物后用电子天平（1/1 000精度）进行称量并计算大气降尘量。降尘量计算公式：

M=W/πR2

式中，M为降尘量（g/m2），W为集尘缸内接收的降尘净重（g），R为集尘缸缸口半径（cm）。

2 结果与分析

2.1 不同下垫面大气降尘量年内分布规律

由表1可以看出，城市绿地、农田防护林、绿洲荒漠交错地带、沙漠边缘地带4种不同的下垫面1.5 m高度年内降尘量的分布特征总体表现为3—8月之间降尘量为沙漠边缘地带>绿洲荒漠交错地带>农田防护林>城市绿地，各下垫面年内降尘量6月时达到年内最大值，分别为258.24、267.84、311.37、656.35 g/m2，较3月各下垫面降尘量分别增加了1.88、1.93、2.32、2.08倍。6月以后降尘量逐渐减低，3—8月各下垫面累计降尘量为1 147.02、1 193.74、1 298.27、2 857.15 g/m2，沙漠边缘地带降尘量是绿洲荒漠交错地带、农田防护林和城市绿地的2.20、2.39、2.49倍。引起这一现象是因为含沙气流由沙漠区吹向人工绿洲时，绿洲荒漠交错地带植被的阻碍和抵挡作用，风速逐渐减弱，部分较大粒径的沙尘发生沉降导致增幅迅速。

2.2 不同下垫面空气温度和湿度变化

由表2可以看出，3—5月空气温度沙漠边缘地带>绿洲荒漠交错地带>农田防护林>城市绿地，城市绿地和农田防护林空气温度均相对较低，为典型的冷岛效应[10-14]。但6—7月农田防护林处空气温度有所降低，主要是因为7月植被、林带、农作物生长最旺期及大面积农业灌溉时间，植被可以吸收和反射一部分太阳辐射，所以随着地表植被覆盖度增加，地表温度将会降低；同时由于植物蒸腾作用可以消耗热量，所以植被覆盖度增加也会使气温降低。3—8月城市绿地、农田防护林、绿洲荒漠交错地带较沙漠边缘地带降低空气温度6.08、4.83、1.52 ℃。

各下垫面空气湿度逐渐增加，7月达到最大，城市绿地、农田防护林、绿洲荒漠交错地带和沙漠边缘地带4种下垫面空气湿度为30%、23%、18%和13%，城市绿地比农田防护林、绿洲荒漠交错地带和沙漠边缘地带空气湿度分别增加30.44%、66.67%和130.77%。引起这一原因城市绿地及农作物灌溉改善和增加了下垫面地表土壤水分条件，而绿洲荒漠交错地带和沙漠边缘地带土壤表面含水率较低，空气干燥，空气湿度降低[15-17]。

3 结论与讨论

3.1 结论

阿拉尔市绿洲区与塔克拉玛干沙漠过渡带之间大气降尘量为沙漠边缘地带>绿洲荒漠交错地带>农田防护林>城市绿地，3—8月各下垫面累计月降尘量为2 857.15、1 298.27、1 193.74、1 147.02 g/m2。下垫面空气温度为沙漠边缘地带>绿洲荒漠交错地带>农田防护林>城市绿地，而空气湿度为沙漠边缘地带<绿洲荒漠交错地带<农田防护林<城市绿地。

沙尘暴发生的总天数与大气降尘与扬沙成正相关关系，降水对大气降尘具有抑制作用，下垫面状况对大气降尘量具有明显的改善作用，为了减少降尘量，可以通过地表植被的防风固沙、减少就地起尘和增加绿地面积来实现。

3.2 讨论

从以前的研究结果可以得出，大气降尘量与浮尘、扬沙和沙尘暴天气的持续时间和强度都有关系，此外，植被的覆盖情况与人类生存活动有着密切的关系。本文从气象条件和下垫面状况2个方面进行分析。

3.2.1 大气降尘量与气象条件的关系。塔克拉玛干沙漠北缘降尘量的这种时间变化特征可以结合表1和表3来解释，4月的扬尘和沙尘暴发生天数以及大风持续时间都明显较高。可以看出大风持续时间、扬沙和沙尘暴发生天数与降尘量有很大的关系。

3.2.2 下垫面状况对大气降尘的影响。研究区4种不同下垫面的大气降尘量有着极显著的差异，降尘量年内平均值从小到大依次为城市绿地>农田防护林>绿洲荒漠交错地带>沙漠边缘地带。总结原因，下垫面的植被对大气降尘有抑制作用。众所周知，植被可以防风固沙功能。地表通过被植被覆盖，植物根系在土壤中起到了抓牢的作用，使得土壤不容易松散，此外，植物的上部结构可以防风，大量的植被可以降低风速，起到了防风的作用，防止风对地表土壤的风化、侵蚀作用，进而减少起尘量。这正是绿洲防护林带样地和农田样地的降尘量较外围沙丘样地的降尘量低的原因。

3.2.3 人工活动及生态系统对大气的降尘的影响。阿拉尔地区的植被覆盖面积在20世纪80年代以后一直持续减少，其中一部分的原因来自于人类的活动。一方面，为了扩大人工绿洲的面积，大量引用河流水，使得绿洲外部土壤缺水严重，导致植被稀少，表面的土壤容易松散，遇到有风的天气就容易产生浮尘。另一方面，人类活动中，水资源利用不合理，使得地下水位不断上升，土壤盐渍化。在绿洲-荒漠交错带，经过开荒后的土壤，由于管理等方面的不合理，使土壤肥力严重下降，发生盐碱化。此外，由于原有的植被已经受到破坏，很难再有新的植被重新生长，从而成为新的风沙源。因此，这些植被面积的减少主要是土地开发、耕地面积增加造成的，进行天然植被的生态恢复刻不容缓。

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