气候变化对河北坝上不留茬农田土壤风蚀扬尘排放速率的影响

巩 倩，吴建国，王 立

(1.中国环境科学研究院，北京 100021；2.甘肃农业大学林学院，甘肃 兰州 730070)

农田土壤风蚀扬尘是由于农田土壤在风力、人为带动飞扬而进入大气的颗粒物，是空气中总悬浮颗粒物的重要组成部分，也是开放性污染源[1]。气候因素直接影响着土壤风蚀，进而将影响土壤风蚀扬尘排放[1]。全球气候已发生了一定变化，未来变化将更加显著[2]。随着气候变化，土壤风蚀扬尘排放速率将改变，进而将影响到大气中颗粒物浓度和空气质量[3]。系统分析气候变化对土壤风蚀扬尘排放的影响，对科学认识未来气候变化对大气中颗粒物排放和空气质量的影响，准确计算扬尘清单和控制扬尘等有重要意义。对土壤风蚀扬尘研究在国际上引起广泛关注，包括分析农田土壤中PM10和PM2.5的排放[4-5]。随着对气候变化问题的关注，气候变化对土壤风蚀的影响研究也受到关注[6-8]。如Sharratt等[6]用风蚀预测系统(WEPS)分析了气候变化对哥伦比亚高原农田风蚀的影响；Ashkenazy等[7]分析气候变化对非洲南部的喀拉哈里沙漠和澳大利亚的沙漠沙丘移动的影响，得出在未来几十年里由于降雨量的减少和风速增加导致澳大利亚沙丘加速的结论。这些研究分析了气候变化对一些区域风蚀的影响，但气候变化对土壤风蚀扬尘排放的影响还较少有报道。我国学者对土壤风蚀研究展开了广泛研究[9-12]。如王仁德等[9]用粒度对比法对农田风蚀与粉尘释放量进行估算，得出农田风蚀量与粉尘释放量之间有显著的线性相关关系。这些研究多集中于对风蚀量、风蚀特征及风蚀模数进行分析。另外，一些研究也分析了气候变化对土壤风蚀的影响[13]，以及风蚀强度差异原因和农田土壤扬尘排放特征[14-18]。如梅凡兵等[14]定量评价了中国北方粉尘源区地表覆盖类型对表土风蚀强度的影响，利用DPM模型计算了不同地表在不同摩擦速度时的跃移通量，发现不同覆盖条件下地表可蚀性组分粒度分布和粗糙度长度差异是造成风蚀强度差异的主要原因；邢茂等[16]分析了土壤风蚀中粉尘释放规律，通过风洞实验得出粉尘输运率与沙粒输运率比与它们在地表的质量比成正比。也有一些研究计算了土壤风蚀扬尘清单[19-20]。如王社扣等[19]用美国EPA的AP-42 方法估算了南京市扬尘清单。但气候变化对农田土壤风蚀扬尘影响方面的研究报告较少。

坝上地区处在农牧业交错带，气候干旱、土壤风蚀严重，扬尘突出。在这些地区系统进行气候变化对土壤风蚀扬尘方面的研究，对科学认识气候变化下京津冀地区大气颗粒物源排放特征有重要意义。目前对这个地区土壤已经进行了大量研究[12,21]，并且也进行了土壤风蚀扬尘方面的分析[22]，但气候变化对土壤风蚀扬尘影响方面研究报告较少。为此，本文利用新的气候变化情景和土壤风蚀扬尘计算方法，模拟分析了气候变化对该地区农田土壤风蚀扬尘排放速率影响，希望为准确计算土壤风蚀扬尘清单和控制土壤风蚀提供一定依据，为相关研究提供参考。

1 材料与方法

1.1 研究区基本特征

河北省坝上地区位于北京北部、内蒙古高原最南端，包括河北张家口坝上的张北、尚义、康保、沽源县和承德坝上的丰宁、围场县，北与内蒙古相接，西为山西省，是沟通晋、冀、内蒙，连接内地与蒙古、俄罗斯等周边国家的纽带。坝上地区面积1.25万km2，平均海拔1 200.00～1 500.00 m，地势高耸[23]；气候类型属于中温带干旱半干旱季风气候，是北方农牧交错带中部典型区域，年均气温约1.40～5.00℃，年平均降水量不足400.00 mm，蒸发量1 500.00～1 900.00 mm。冬、春季风大，土壤风蚀严重[24]。这个区域的行政范围包括河北的康保、张北、沽源、丰宁、尚义、围场县等，考虑到土壤风蚀分布及植被和人类活动等特点，本研究选择范围为113.83°～119.25°E、40.57°～42.37°N。

1.2 土壤风蚀扬尘计算

2014年，国家原环境保护部公布了颗粒物排放清单计算指南[25]，根据这个指南并参考有关文献[1]，按照公式(1)计算农田土壤风蚀扬尘排放速率：

Es=k×α×Ι×K×C×L×V

(1)

式中，Es为风蚀起尘因子；k为粒径系数；α为悬浮系数；Ι为土壤风蚀指数；K为地面粗糙因子；С为气象因子；L为无屏蔽宽度因子；V为植被覆盖因子。

根据文献[1,25-26]，式(1)中计算土壤风蚀中总可悬浮颗粒物(Total suspended particle，TSP)、PM10粒径系数k分别为1.00和0.50，PM10和PM2.5比例为1.00∶0.22。据文献记载[27-28]，坝上地区属于中温干草原栗钙土带，土壤类型包括栗钙土、栗褐土、风沙土、草甸土，其中土壤栗钙土类和风沙土分布面积最大，栗钙土包括6个亚类、23个土属、47个土种，这些土壤质地类型包括了砂粘壤土、粘壤土、壤粘土、砂壤土、砂粘土；风沙土也是该地区主要农田土壤类型。所以，式(1)中土壤风蚀指数按照我国环境保护部并参考美国国家环境保护局推荐的对应土壤质地风蚀值进行分析[25-26]。根据文献[1]，式(1)平均悬浮系数α约为0.03，但不同质地土壤悬移系数不同[26]。因此，本文参考相关文献[1,25-26]确定不同土壤质地类型下土壤风蚀指数和悬移系数(见表1)。

表1 土壤质地类型与风蚀指数和悬移系数

根据文献[27-28]，该地区农田包括留茬与不留茬类型，本研究选择不留茬农田进行分析，留茬农田将另文分析。参考文献[1]，地面粗糙度因子K取0.50，无屏蔽宽度因子L取1.00，植被覆盖因子V取0.70。

式(1)中气候因子C需要计算平均风速、桑子威特降水-蒸发指数而得到，具体计算按式(2)～(4)进行：

(2)

式中，pe为桑子威特降水-蒸发指数;P为年降水量;E为年潜在蒸发量。

Ε=(0.5949+(0.1189×Tα))×365

(3)

式中，Tα为年均气温。

(4)

式中，μ为年均风速。

1.3 气候变化情景数据

气候变化情景数据采用全球气候模式NorESM1-M产生的RCP2.6、RCP4.5、RCP6.0和RCP8.5情景数据(RCP2.6、RCP4.5、RCP6.0和RCP8.5分别代表大气中辐射强迫为2.60、4.50、6.00、8.50 W·m-2)。RCP2.6情景中，未来人类将采取大力减排措施，使得辐射强迫在21世纪达到顶峰并下降，到2100年大气中CO2浓度仍将达到421.00×10-6，2100年辐射强迫达2.60 W·m-2、升温幅度达0.30～1.70℃；RCP8.5是最高的温室气体排放情景，假定人口增长最快，技术革新水平较低、能源改善缓慢,导致持续过高的能源需求及大量的温室气体排放，到2100年大气中CO2浓度将达936.00×10-6，2100年辐射强迫高达8.50 W·m-2，升温幅度将达2.60～4.80℃；RCP4.5和RCP6.0情景介于RCP2.6和RCP8.5情景之间，在RCP4.5情景下2100年辐射强迫高达4.50 W·m-2，升温幅度将达1.10～2.60℃，在RCP6.0情景下2100年辐射强迫高达6.00 W·m-2，升温幅度将达1.40～3.10℃[29-30]。这些情景数据是由中国科学院地理与资源研究所从多领域间影响模型比较计划(The inter-sectional impact model inter-comparison project，ISI-MIP)获取的经过空间降尺度、偏差校正的RCP情景下的全球气候模式模拟数据，中国农业科学院进行了数据检验订正，在我们承担的国家“十二五”科技支撑课题中已使用。我们在应用中对比分析了NorESM1-M、MIROC-ESMCHEM、GFDL-ESM2M、HadGEM2-ES和IPSL-CM5A-LR气候模式模拟结果发现：相比基准情景，到2050年5个模式年均升温幅度分别为1.69～3.16℃、 2.37～4.57℃、 2.51～3.01℃、 3.01～3.70℃和1.19～1.99℃；相比基准情景，到2050年，5个气候模式下年降水变化幅度分别为20%～58%、-30%～39%、-6%～52%、-44%～40%、-52%～52%。从对比结果可知，NorESM1-M模式模拟结果更为合理[31]。另外，其他研究也表明，NorES-M基于气候系统模式，采用等密度坐标海洋模型和先进化学-气溶胶-云-辐射相互作用方案[32]，模拟未来气候变化情景有一定的优点[33]。作为模式结果应用者，比较模拟升温幅度， NorESM1-M气候模式模拟增温情景速率中等，模拟升温幅度相对合理[34]，对降水模拟性能较好[35]。因此，本研究选择NorES-M模式进行未来气候变化情景模拟分析。

图1 研究区地理位置图

1.4 气候变化影响下土壤风蚀扬尘排放速率计算

首先按照公式(2)～(4)计算基准和未来气候变化情景下的气候因子C，然后把基准和未来气候变化情景下气候因子值代入公式(1)，并同时把其它参数代入公式(1)，计算基准和未来不同气候变化情景下土壤风蚀扬尘中TSP、PM10和PM2.5季节和年排放速率，通过比较基准和未来气候变化情景下土壤风蚀扬尘TSP、PM10和PM2.5的季节和年排放速率的差异，确定气候变化对土壤风蚀扬尘排放速率的影响。以上计算都在Visual Fortran6.6平台中进行。

2 结果与分析

2.1 气候变化特征

图2～图4给出了坝上地区未来到2050年年均气温、降水量和风速变化特征。图2显示，以1951—2000年为基准情景，分析表明2001—2050年坝上地区年均气温呈明显上升趋势。相比1951—2000年，到2050年坝上地区年均气温在RCP2.6、RCP4.5、RCP6.0和RCP8.5情景下上升幅度分别为1.48℃、1.55℃、1.50℃和1.90℃(图2)。相比1951—2000年，2001—2025年时段年均气温在RCP2.6、RCP4.5、RCP6.0和RCP8.5情景下上升幅度分别为1.08℃、1.02℃、1.03℃和1.26℃；到2026—2050年时段，年均气温上升幅度在RCP2.6、RCP4.5、RCP6.0和RCP8.5情景下分别为1.88℃、2.05℃、1.96℃和2.54℃。

图2 2001—2050年相比基准情景(1951—2000年)平均气温变化趋势

图3显示，以1951—2000年为基准情景，2001—2050年坝上地区年降水量呈较大波动趋势，不同情景下变化不同。相比1951—2000年，2050年坝上年降水量在RCP2.6和RCP6.0情景下将分别增加14.91 mm和9.12 mm，在RCP4.5和RCP8.5情景下分别减少14.91 mm和0.06 mm(图3)。相比1951—2000年时段，2001—2025年时段年降水量在RCP2.6、RCP6.0和RCP8.5情景下分别增加12.40 mm、9.67 mm和5.36 mm，在RCP4.5情景下减少27.96 mm；到2026—2050年，年降水量在RCP2.6和RCP6.0情景下分别增加17.42 mm和8.56 mm，在RCP4.5和RCP8.5情景下分别减少1.87 mm和5.48 mm。

图3 2001—2050年相比基准情景(1951—2000年)年降水量的变化趋势

图4显示，以1951—2000年为基准情景，2001—2050年坝上地区日均风速变化呈现较大波动趋势，不同情景下风速变化幅度不同。相比1951—2000年，到2050年坝上日均风速在RCP2.6情景下下降小于0.01 m·s-1，在RCP4.5、RCP6.0和RCP8.5情景下分别增加0.05、0.03 m·s-1和0.06 m·s-1。相比1951—2000年，2001—2025年时段日风速在RCP2.6、RCP4.5、RCP6.0和RCP8.5情景下分别增加0.01、0.04、0.03 m·s-1和0.07 m·s-1；到2026—2050年时段，日均风速在RCP2.6情景下下降0.02 m·s-1，在RCP4.5、RCP6.0和RCP8.5情景下分别增加0.05、0.04 m·s-1和0.06 m·s-1。

图4 2001—2050年相比基准情景(1951—2000年)坝上地区风速变化趋势

2.2 气候变化影响下土壤风蚀扬尘季节排放速率

表2显示，不同土壤扬尘TSP季节排放速率在基准情景和气候变化情景下不同。在RCP2.6、RCP4.5、RCP6.0和RCP8.5情景下与基准情景下比较，砂粘壤土春、夏和秋季分别高约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、夏和秋季分别高约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、夏和秋季分别高约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、夏和秋季分别高约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、秋季分别高约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；风沙土春、夏、秋季分别高约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。总体上，在未来气候变化下，不同土壤扬尘TSP排放都是春、夏、秋季增加，冬季降低。

表2显示，不同土壤扬尘PM10季节排放速率在基准情景和气候变化情景下不同。在RCP2.6、RCP4.5、RCP6.0、RCP8.5情景与基准情景下比较，砂粘壤土春、夏、秋季分别高约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、秋季分别高约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、秋季分别高约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、秋季分别高约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、秋季分别高约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；风沙土春、夏、秋季分别高约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。总体上，未来气候变化情景下，不同土壤扬尘PM10排放都是春、夏和秋季增加，冬季降低。

表2 不同季节不同土壤风蚀扬尘排放速率/(kg·hm-2·s-1)

表2显示，不同土壤扬尘PM2.5季节排放速率在基准情景和未来气候变化情景下不同。在RCP2.6、RCP4.5、RCP6.0和RCP8.5情景下与基准情景下比较，砂粘壤土春、夏和秋季分别高约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、夏和秋季分别高约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、夏和秋季分别高约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、夏和秋季分别高约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、夏和秋季分别高约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；风沙土春、夏和秋季分别高约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。总体上，在未来气候变化下，不同土壤扬尘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情景下与基准情景下比较，各土壤风蚀扬尘TSP、PM10和PM2.5季节排放速率在春季分别高15%、47%、28%和46%，夏季分别高1%、14%、3%和7%，秋季分别高17%、54%、45%和38%，冬季分别低36%、42%、39%和44%。未来气候变化下，各土壤风蚀扬尘TSP、PM10和PM2.5季节排放速率在春、秋季节明显增加，冬季降低，夏季变化不大。另外，在基准和未来气候变化情景下，各土壤风蚀扬尘TSP、PM10和PM2.5季节排放速率从高到低依次为砂粘壤土、风沙土、砂壤土、粘壤土、壤粘土和砂粘土。

2.3 气候变化影响下土壤风蚀扬尘年排放速率

表3显示，不同土壤风蚀扬尘TSP年排放速率在基准和未来气候情景下不同。在RCP2.6、RCP4.5、RCP6.0和RCP8.5情景下与基准情景下比较，按年气候因子计，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、风沙土高0.64～1.41 kg·hm-2·a-1。按月排放量累加计算，在RCP2.6、RCP4.5、RCP6.0和RCP8.5情景比基准情景下，砂粘壤土分别低431.78、5 284.06、4 802.43和高7 636.32 kg·hm-2·a-1，壤粘土分别低80.78、988.59、898.48和高1 428.67 kg·hm-2·a-1，砂壤土分别低211.06、2 582.86、2 347.43和高3 732.64 kg·hm-2·a-1，砂粘土分别低65.42、800.62、727.64和高1 157.02 kg·hm-2·a-1，粘壤土分别低137.48、1 682.45、1 529.10和高2 431.42 kg·hm-2·a-1，风沙土分别低232.11、2 840.44、2 581.54和高4 104.90 kg·hm-2·a-1。

表3显示，不同土壤风蚀扬尘PM10年排放速率在基准和未来气候情景下不同。在RCP2.6、RCP4.5、RCP6.0和RCP8.5情景下与基准情景下比较，按年气候因子计算，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、风沙土高0.32～0.70 kg·hm-2·a-1。按月排放量累加计算，RCP2.6、RCP4.5、RCP6.0和RCP8.5情景比基准情景下，砂粘壤土分别低215.89、2 642.03、2 401.22 kg·hm-2·a-1和高3 818.16 kg·hm-2·a-1；壤粘土分别低40.39、494.29、449.24 kg·hm-2·a-1和高714.33 kg·hm-2·a-1，砂壤土分别低106.03、1 297.52、1 179.25 kg·hm-2·a-1和高1 875.13 kg·hm-2·a-1，砂粘土分别低32.71、400.31、363.82 kg·hm-2·a-1和高578.51 kg·hm-2·a-1，粘壤土分别低68.74、841.23、764.55 kg·hm-2·a-1和高1 215.71 kg·hm-2·a-1，风沙土分别低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显示，不同土壤风蚀扬尘PM2.5年排放速率在基准和未来气候变化情景下不同。在RCP2.6、RCP4.5、RCP6.0和RCP8.5情景下与基准情景下比较，按年气候因子计算，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，风沙土高0.06～0.14 kg·hm-2·a-1。按月排放量累加计算，在RCP2.6、RCP4.5、RCP6.0和RCP8.5情景比基准情景下，砂粘壤土分别低43.18、528.41、480.24 kg·hm-2·a-1和高763.63 kg·hm-2·a-1；壤粘土分别低8.08、98.86、89.85 kg·hm-2·a-1和高142.87 kg·hm-2·a-1；砂壤土分别低21.21、259.50、235.85 kg·hm-2·a-1和高375.03 kg·hm-2·a-1；砂粘土分别低6.54、80.06、72.77 kg·hm-2·a-1和高115.70 kg·hm-2·a-1；粘壤土分别低13.75、168.25、152.91 kg·hm-2·a-1和高243.14 kg·hm-2·a-1；风沙土分别低23.21、284.04、258.16 kg·hm-2·a-1和高410.49 kg·hm-2·a-1。

表3 不同土壤风蚀扬尘年排放速率/(kg·hm-2·a-1)

总体上，在RCP2.6、RCP4.5、RCP6.0和RCP8.5情景下与基准情景下比较，按月排放量累加计算，各土壤风蚀扬尘TSP、PM10和PM2.5年排放速率分别低6%、75%、72%和高103%；按年气候因子排放计，各土壤风蚀扬尘TSP、PM10和PM2.5年排放速率分别高25%、54%、35%和54%。另外，在基准和未来气候变化情景下，各土壤风蚀扬尘TSP、PM10和PM2.5年排放速率从高到低依次为砂粘壤土、风沙土、砂壤土、粘壤土、壤粘土和砂粘土。

3 讨 论

本研究结果说明，未来气候变化下坝上地区气温呈现上升趋势，这与全球趋势比较一致[2]。另外，本研究结果也表明，未来气候变化下坝上地区年降水量变化波动明显，在不同情景下呈现不同变化趋势。相比1951—2000年，到2050年坝上年降水量在RCP2.6和RCP6.0情景下分别增加14.91 mm和9.12 mm，在RCP4.5和RCP8.5情景下分别减少14.91 mm和0.06 mm。同时，气候变化下坝上地区风速波动状态也比较大，相比1951—2000年，到2050年坝上日均风速在RCP2.6情景下下降小于0.01 m·s-1，在RCP4.5、RCP6.0和RCP8.5情景下分别增加0.05、0.03和0.06 m·s-1。这些趋势与全球气候变化预测一致[2]。当然，这里主要反映了坝上区域内总的变化趋势，不同区域变化特征则不同。

一些研究表明，未来气候变化将导致土壤风蚀程度增加。如Ashkenazy 等[7]分析发现气候变化影响下Kalahari 和澳大利亚沙漠将发生改变、沙丘将更加容易改变；Gao等[13]研究发现温度升高1.00℃，土壤风蚀增加31.00 t·km-2·a-1；Sharratt等[6]研究发现气候变化下土壤风蚀PM10排放增加。本研究表明，气候变化影响下，河北坝上各土壤风蚀扬尘TSP、 PM10和PM2.5排放速率增加。这意味着未来温室气体高排放情景下将导致坝上地区土壤风蚀扬尘排放增加，反映了不同气候变化情景下降水、温度和风速变化不同对土壤风蚀造成不同影响。

土壤风蚀存在明显的季节性[18]。本研究表明，气候变化影响下，各土壤风蚀扬尘TSP、 PM10和PM2.5排放在春季RCP2.6、RCP4.5、RCP6.0、RCP8.5情景下比基准情景下高；在夏季RCP2.6、RCP4.5、RCP6.0、RCP8.5情景下与基准情景下差异不大(-1%～+14%)；在秋季RCP2.6、RCP4.5、RCP6.0、RCP8.5情景下比基准情景下高；在冬季在RCP2.6、RCP4.5、RCP6.0、RCP8.5情景下比基准情景下要低。说明气候变化影响下土壤风蚀扬尘TSP、 PM10和PM2.5季节排放速率在春季和秋季较高。这主要是春季和秋季风速高、覆盖少、土壤干燥，土壤风蚀扬尘排放速率高；夏季降水多、植被覆盖多，土壤风蚀扬尘排放速率低。

由于风速存在月份差异，按照年和月气候因子计算的土壤风蚀排放速率存在明显差异[1]。本研究表明，利用年气候因子计算和月排放速率进行累加计算，土壤风蚀扬尘年排放速率不同。这主要因为在计算土壤风蚀扬尘中年气候因子是按照年风速和年平均气温进行计算，而月和季节性土壤风蚀扬尘排放速率是按照月和季节风速、温度等气候因子进行计算，按照年平均气候因子、月和季节平均气候因子存在差异，导致按照年平均土壤风蚀扬尘排放速率和季节、月平均土壤风蚀扬尘排放速率存在差异。这说明利用不同时间尺度的气候因子平均计算年风蚀扬尘存在差异。

不同质地土壤风蚀扬尘排放速率不同[1,9]。本研究表明，相同气候变化情景下，不同质地土壤在气候变化影响下土壤风蚀扬尘月、季节和年排放速率不同。这主要因为不同土壤中不同粒径颗粒含量或比例不同，以及土壤可蚀性不同所致。

本文在分析气候变化对土壤风蚀扬尘排放速率影响时，不确定性主要来源包括:(1)计算土壤风蚀扬尘排放系数中，土壤扬尘不同粒径颗粒物在土壤风蚀扬尘中所占比例采用原环境保护部扬尘源颗粒物排放清单编制技术指南(试行)中推荐值，这些值应用到河北坝上地区因为局地条件差异造成的误差。(2)分析土壤风蚀扬尘排放速率可能随时间变化不同方法不同，对土壤风蚀扬尘排放估算结果会造成一定的误差。(3)本研究没有考虑不同种植作物差异对土壤风蚀扬尘的影响，也可能对土壤风蚀扬尘排放估算结果造成一定误差。(4)本研究采用原环境保护部扬尘源颗粒物排放清单编制技术指南(试行)，考虑地表粗糙度、植被覆盖度，以及周边遮蔽参数，也可能对土壤风蚀扬尘排放估算结果造成一定误差[1]。(5)本研究分析了坝上区域平均土壤风蚀扬尘排放速率，使用到更小尺度区域风蚀扬尘排放速率可能存在一定的误差。(6)气候变化情景本身存在的不确定性，对分析气候变化对土壤风蚀扬尘排放速率影响存在一定的误差。

同时，需要指出，本研究主要利用一种气候模式产生的气候变化情景数据，不同气候模式模拟结果可能存在差异。另外，本研究利用了环境保护部推荐的土壤风蚀扬尘的计算方法，这个方法虽然使用方便，但缺少机理考虑，需要在以后研究中充分考虑相关机理[15]。同时，气候变化引起种植方式改变将引起风蚀扬尘改变，本研究设气候变化下种植方式不变，这需要以后研究中进一步考虑。另外，本研究分析不留茬耕作方式没有区别不同种植作物差异对土壤风蚀扬尘的影响，也可能存在一定差异。同时，本研究没有考虑气候变化下由于土壤性质连续改变将引起土壤风蚀扬尘速率改变。另外，本研究中考虑地表粗糙度、覆盖程度，以及周边遮蔽的影响参数都存在一定的误差[1]。这些都需要在以后研究中进一步考虑。不过，本研究利用新的气候情景数据，从宏观上分析了气候变化对土壤风蚀扬尘排放速率的影响，对科学认识气候变化对大气中颗粒物排放的影响还是有一定的参考意义。

4 结 论

1)在未来气候变化下，河北坝上地区年均气温呈现上升趋势，年降水量和日平均风速波动比较大、不同情景下呈现不同的趋势(增加或者减少)。

2)在气候变化影响下，河北坝上不留茬农田土壤风蚀扬尘TSP、PM10和PM2.5月排放速率春季在RCP2.6、RCP4.5、RCP6.0和RCP8.5情景下比基准情景下分别高15%、47%、28%和46%，夏季在RCP2.6、RCP4.5、RCP6.0和RCP8.5情景下与基准情景下差异不大(1%～14%)，秋季在RCP2.6、RCP4.5、RCP6.0和RCP8.5情景下比基准情景下分别高17%、54%、45%和38%，冬季在RCP2.6、RCP4.5、RCP6.0和RCP8.5情景下比基准情景下分别低36%、42%、39%和44%。

3)未来气候变化影响下，按月排放累计，河北坝上不留茬农田土壤风蚀扬尘TSP、 PM10和PM2.5年排放速率在RCP2.6、RCP4.5、RCP6.0和RCP8.5情景下比基准情景下分别低6%、75%、72%和高103%；按年气候因子计算，各类土壤风蚀扬尘TSP、 PM10和PM2.5年排放速率在RCP2.6、RCP4.5、RCP6.0和RCP8.5情景下比基准情景下分别高25%、54%、35%和54%。

4)在基准和未来气候变化情景下，河北坝上地区不留茬农田不同土壤风蚀扬尘TSP、 PM10和PM2.5的月、季和年排放速率从高到低依次为砂粘壤土、风沙土、砂壤土、粘壤土、壤粘土和砂粘土。

5)气候变化对土壤风蚀扬尘影响有了一定认识，但气候变化不确定性(不同情景下降水量和风速变化差异)，以及影响土壤风蚀扬尘参数的准确性，也使气候变化对土壤风蚀扬尘影响存在一定的不确定性，对此需要深入研究。