哈尔滨市城区积雪粉尘粒径分布特征研究

王笑峰，张原培，陈颖，陈月鑫，龚文峰，孙颖娜

(黑龙江大学 水利电力学院，黑龙江 哈尔滨 150080)

粉尘是指悬浮在空气中的具有不规则形状的固体微粒，其粒径分布范围在一微米至数百微米之间[1]。大气中的粉尘不仅是气候变化的反映，而且其自身在全球气候变化中扮演着重要的角色[2]。反映大气粉尘变化的记录主要有冰芯、陆地粉尘堆积以及深海风尘沉积[3]。积雪中现代大气粉尘粒径分布特征是研究现代城镇气候变化中的一项重要内容，也是反映过去大气粉尘变化的最直接的指标[4]。粉尘微粒一旦在冰芯中沉积，其理化性质基本不再发生变化，这对于城镇气候变化的研究有着重要意义。目前在全球各地的寒区地带，包括青藏高原以及极地地区都进行过有关冰雪微粒特征的研究，并取得了许多研究成果和进展[5]。

目前针对东北地区积雪粉尘的相关研究还较少，本文通过对哈尔滨城区内不同区域的积雪粉尘进行采样测试，分析积雪粉尘粒径的分布特征，探讨积雪粉尘粒径分布与环境的关系。

1 采样点设置

按人口密度高低及生产活跃程度，将哈尔滨城区划分为四个区域，分别为：松北区、二环路以内、二环路三环路之间和平房区，共设置采样点21个，采样点具体分布见图1，采样时间为1月。

2 样品采集及分析方法

2.1 采样时身着洁净的工作服、手部和面部戴有聚乙烯手套和面罩，使用清洁的不锈钢取样器采集雪样，每次采样前对取样器进行清洁。[6]

2.2 从雪层表层到地面均匀采样，应避免地表土壤对雪样的污染。采集到的雪样放置在洁净的取样袋内，每个采集点进行3次重复，每份样本约1 000 g。

2.3 采集的雪样在实验室-18 ℃的温度条件进行保存。

2.4 粒径分布测试采用Bettersize2000型激光粒度分布仪进行分析。

注：1.中源大道祥安大街交口；2.哈尔滨商业大学校园外；3.松花江北极地馆外；4.哈呼路中源大道交口；5.太平公园内；6.靖宇街二十道街交口；7.一面街石头道街交口；8.铁路局公司街；9.省政府外；10.珠江路红旗大街交口；11.省眼科医院；12.哈南站；13.复旦街哈西大街交口；14.哈西站广场；15.群力湿地公园；16.松花江江畔；17.黑龙江大学水利电力学院；18.植物园内；19.东北林业大学校园内；20.松花路哈平路交口；21.731纪念馆院内

图1采样点分布图

3 结果与分析

3.1 城区积雪粉尘粒径分布特征

测定结果表明(见表1)，哈尔滨市城区积雪粉尘粒径分布范围在0.212～633.6 μm，最大区间分布范围在27.12～116.10 μm，粉尘粒径直径平均值为44.97 μm，中位径为30.31 μm；体积平均径为45.7 μm。

现有研究成果显示，在春季融雪后经常发生的轻度污染中：发生浮尘天气的沙尘粒径一般小于10 μm；发生尘暴天气时大于30 μm粒径的含量占7.33%，大于50 μm粒径的含量占0.08%；而发生特强沙尘暴天气时大于30 μm粉尘粒径的占有比例高达39.74%[7]。由哈尔滨市积雪粉尘粒径的最大区间占比来看，市区几乎被粒径10 μm以上的粉尘所覆盖，最大区间高于30 μm的占9.48%。因此，哈尔滨城区在春季融雪后的干燥气候条件下易发生尘暴天气。

表1采样点积雪粉尘粒径测试结果及采样点概况

分区样品编号积雪深度/cm粒径分布/μm最大区间值/μm占百分比/%最大粒径百分比/%交通流量/级植被覆盖率/%周边环境松北区1220.271～188.534.569.120.18Ⅲ80路边草坪,周围无高楼2280.271～240.334.568.740.04Ⅱ70树林3290.212～147.927.129.930.23Ⅰ80草坪及树林4230.212～147.927.129.960.23Ⅱ70路边草坪二环内5250.345～188.534.569.640.21Ⅲ60居民区,附近有草坪6300.271～188.534.569.480.19Ⅲ40在建楼房7270.271～188.534.569.560.24Ⅳ30居民区,附近有铁路8220.345～390.271.529.180.03Ⅴ20居民区附近9300.271～390.271.529.440.12Ⅴ20道路两侧有绿化带10180.212～147.944.049.190.22Ⅴ60居民区内11240.271～240.334.569.260.35Ⅲ30周边无植被二环路三环路之间12190.271～390.271.528.940.02Ⅴ20树林内13310.271～188.534.569.610.38Ⅲ50排污沟,有煤场14300.271～147.927.129.870.26Ⅱ85草坪,无居民区15260.212～147.927.129.770.22Ⅰ90草坪,无居民区16270.212～188.534.569.990.13Ⅰ80草坪,靠近江边17220.271～306.244.049.450.03Ⅳ65少量树木和草坪18130.271～188.534.569.170.2Ⅱ90植被丰富19190.271～240.334.569.330.05Ⅰ85靠近街道平房区20150.271～390.271.528.540.04Ⅴ20靠近街道21260.561～633.6116.112.450.08Ⅰ20工业区、周边少量树木

3.2 不同区域粉尘颗粒分布差异

由表2可知，松北区的积雪粉尘粒径分布区间最小，介于0.377～181.2 μm；二环内与二环三环之间的粒径分布区间其次，分别为0.256～224.8 μm和0.284～247.7 μm；平房区的粒径分布区间最大，为0.416～511.9 μm。积雪粉尘粒径分布区间由小到大依次为松北区、二环内、二环三环之间、平房区。不同区域积雪粉尘粒径最大区间由小到大依次为松北区(30.84 μm)、二环三环之间(33.66 μm)、二环内(46.47 μm)、平房区(93.81 μm)。

表2 不同区域粉尘粒径分布

以上排序说明，哈尔滨城区积雪粉尘粒径分布状况与人类活动强度密切相关，最低值均出现在新开发的松北区，最高值均出现在工业活动最活跃的平房区，其他两个区域排序略有不同，且差异不显著。

3.3 粉尘粒径分布与环境条件的相关性

3.3.1 交通状况与粉尘粒径分布关系 根据取样点周边30 m范围内道路交通状况，把取样点按交通流量由高到低分成Ⅴ级～Ⅰ级5个等级，粒径分布-交通流量关系如图2所示：

图2 粒径分布-交通流量关系图

图2中粒径分布-交通流量趋势线(图中虚线)表明，粒径分布与交通流量之间显著正相关，积雪粉尘粒径的最大区间值随着取样点交通流量的降低而降低；实测数据曲线(图中实线)也表明了这一关系。其中，交通流量最低的Ⅰ级取样点实测数据高于Ⅳ、Ⅲ、Ⅱ级取样点，主要是由于唯一位于工业区的21号取样点受工业粉尘及居民燃煤烟尘影响，导致此采样点的分析数据偏高造成的。如去除21号取样点数据，则Ⅰ级取样点实测数据平均值降为30.84 μm，低于其余采样点。

图3 植被盖度-粒径分布关系图

3.3.2 植被状况与粉尘粒径分布关系 从图3可知，积雪粉尘粒径分布呈3个梯次，植被覆盖率低于20% 的采样点粉尘粒径最大区间平均为80.44 μm，植被覆盖率在30%～65% 之间的采样点粉尘粒径最大区间平均为35.75 μm，植被覆盖率70%以上取样点，粉尘粒径的最大区间平均为34.56 μm。植被覆盖程度与积雪粉尘粒径大小总体上表现为负相关，随着采样点地表植被覆盖率的增高，积雪中粉尘粒径最大区间不断降低，但对植被覆盖率高于30%的各取样点，粒径分布差异不显著。

4 结论

4.1 哈尔滨市城区积雪粉尘粒径整体范围在0.212～633.6 μm之间，最大区间分布范围在27.12～116.10 μm之间，在春季融雪后的干燥气候条件下易发生尘暴天气。

4.2 哈尔滨城区积雪粉尘粒径分布状况与工业化程度密切相关，粒径最大区间由小到大依次为松北区、二环三环之间、二环内、平房区。

4.3 粉尘粒径分布与交通流量之间呈显著正相关，积雪粉尘粒径的最大区间值随着取样点交通流量的降低而降低；

4.4 植被覆盖率与粉尘粒径分布呈负相关关系，但植被覆盖率高于30%的各取样点，粒径分布差异不显著。