极端撒哈拉沙尘爆发：西班牙西北部空气质量危机（2022 年 3 月）

《Atmospheric Pollution Research》：Extreme Saharan Dust Outbreak: Air Quality Crisis in NW Spain (March 2022)

　　

摘要

伊比利亚半岛极易受到撒哈拉沙尘入侵的影响，近年来这种影响变得越来越频繁和强烈。2022 年 3 月，一次异常的冬季沙尘爆发影响了西班牙西北部，导致多个地点的 PM₁₀ 水平创下纪录。本研究表征了与 2022 年 3 月 14 日至 16 日影响莱昂（西班牙西北部）的事件相关的气溶胶的化学、光学和形态特性。进行了一场为期一个月的采样活动（3 月 1 日至 31 日），并对市中心的 PM₁₀ 样品进行了水溶性无机离子、痕量元素以及有机碳和元素碳的分析。还评估了气溶胶光吸收和柱积分光学特性，并使用 SEM-EDS 检查了选定的样品。在入侵期间，PM₁₀ 达到 370 μg m^-3，远超世卫组织 24 小时指南。平均浓度从非沙尘条件下的 16 ± 7.7 μg m^-3 增加到爆发期间的 89 ± 115 μg m^-3。有机碳显著上升，达到 11 μg m^-3，而背景空气中为 2.2 ± 0.9 μg m^-3。地壳元素（Si, Ca, Al, Fe, K, Mg）和主要离子（SO₄^2-, Ca²⁺, NO₃^-）的强烈增强与强烈的矿物尘埃运输一致。Aethalometer 衍生的铁浓度证实了大量的尘埃负荷，而 ?ngstr?m 吸收指数的增加表明尘埃颗粒的紫外 - 可见光吸收增强。这些结果表明冬季撒哈拉沙尘入侵期间空气质量严重恶化，并突出了整合化学、光学和形态学分析以表征影响南欧的极端沙尘事件的价值。

引言

尘埃或矿物气溶胶由土壤颗粒组成，这些颗粒通过侵蚀被抬升到大气中，并由风输送（Bodenheimer 等人，2019）。这些颗粒在沉积之前可以从其源区长距离运输（Díaz 等人，2017；Prospero 等人，2020），被认为是仅次于海盐的第二大天然气溶胶来源（IPCC，2014；Salvador 等人，2014）。尘埃在生态系统的生物地球化学和营养循环中起着关键作用，因为它携带了大量的不同微量营养素进行长距离运输（Artaxo 等人，2002）。矿物气溶胶通过提供铁（大多数海洋地区的限制营养素）和磷给陆地表面，介导碳吸收（Ginoux 等人，2012）。相反，大量矿物颗粒的运输导致了气候、人类健康（Ruiz-Páez 等人，2024）和环境（Guieu 等人，2002；Mahowald 等人，2010；Middleton，2019）的不同影响。干旱地区，特别是北非（撒哈拉和萨赫勒沙漠）贡献了释放到对流层全球尘埃排放量的近 55%（Ginoux 等人，2012；Millán-Martínez 等人，2021；Querol 等人，2019；Salvador 等人，2016）。西班牙相对靠近撒哈拉沙漠，位于沙漠尘埃运输的主要路线之一，因此是一个容易发生尘埃爆发的地区（Alastuey 等人，2016；Escudero 等人，2007；Middleton 等人，2017），特别是在特定的天气形势下（Francis 等人，2022；Russo 等人，2020；Salvador 等人，2014）。最近，由于这类气溶胶在气候变化和空气质量中的作用，针对矿物气溶胶，特别是地中海盆地和伊比利亚半岛的研究数量增加了。气溶胶光学特性（AOP）在尘埃爆发的影响下可能会发生显著变化，特别是影响辐射平衡。在伊比利亚半岛进行的几项研究分析了这些事件的影响（Casta?er 等人，2017；Ealo 等人，2016；Fernández 等人，2017；López-Caravaca 等人，2021；Pereira 等人，2011；Titos 等人，2017；Valenzuela 等人，2015）。

直接受撒哈拉沙尘爆发影响的地区是地中海盆地（Guieu 等人，2002；Iakovides 等人，2022；Michaelides 等人，2018；Remoundaki 等人，2013）以及西班牙南部和东南部（Escudero 等人，2005；Millán-Martínez 等人，2021；Morales-Baquero 等人，2013；Obregón 等人，2015；Rodríguez 等人，2001）。有一些在加那利群岛（Alastuey 等人，2005；Dominguez-Rodriguez 等人，2020；Liger 等人，2024）和西班牙中部（卡斯蒂利亚 - 拉曼恰）（Moreno 等人，2006）进行的研究，但对于西班牙北部，信息很狭窄。

Querol 等人（2019）报告称，撒哈拉沙尘爆发呈现出明显的季节性，在伊比利亚半岛大部分地区，67-77% 的发生率在春季和夏季。这些事件与伊比利亚半岛东部或东南部的反气旋条件发生有关。这种模式与它们在伊比利亚半岛西北部秋季和春季的普遍性（76%）形成对比。在冬季，沙尘爆发很少见，但近年来它们发生得更频繁且强度更大。根据 Fernández 等人（2019）、López-Caravaca 等人（2021）和 Oduber 等人（2019），近年来在伊比利亚半岛冬季季节记录到了三次异常冬季沙尘事件（2016 年 2 月、2017 年和 2021 年）。这些事件导致了 PM₁₀ 的日限值（50 μg m^-3，根据 2008/50/EC 欧洲指令）超标。最近，在 2022 年 3 月，记录了另一次这类异常事件，影响了半岛的西北部。该事件由于其强度和地理范围而显得异常（至少在目前的世纪内未在西班牙本土观察到），在许多地点记录了创纪录的 PM₁₀ 水平（García-Valero，2022；Gomes 等人，2022；Schulz 等人，2022）。

尽管有关于地中海盆地和伊比利亚半岛南部撒哈拉沙尘入侵的广泛文献，但关于影响伊比利亚半岛西北部沙尘爆发的详细表征仍然稀缺，特别是在冬季，此时此类事件传统上很少见。2022 年 3 月的异常入侵结合了异常强度、地理范围和晚冬季发生的情况，导致多个地点的 PM₁₀ 水平创下纪录。本研究通过提供这一罕见事件的整合化学、光学和形态学表征，填补了明显的知识缺口，从而推进了当前对撒哈拉沙尘爆发在南欧演变行为的理解。

本研究的主要目的是对源自 2022 年 3 月 14 日至 16 日影响莱昂市（西班牙西北部）的特定冬季沙尘爆发的大气气溶胶的化学和光学特性提供深入表征。

章节摘要

研究区域

采样活动于 2022 年 3 月 1 日至 31 日在莱昂市中心进行，在一栋建筑的露台上，高度约为街道水平以上 20 米（42° 35′ 59.47" N 5° 34′ 34.329" W）（图 1）。为澄清起见，在全文中我们将定义“沙尘期”为 3 月 14 日至 16 日，即主要沙尘爆发事件发生的日子。研究月份中的其余日子将被视为“非沙尘期”。莱昂是位于伊比利亚半岛西北部的一个城市

气象条件和天气形势

监测期间记录的气象数据显示，2022 年 3 月，莱昂的平均日温为 8.3 ± 2.6°C，相对湿度平均为 70 ± 8.4%。平均日温从最小值 3.4°C 变化到最大值 13°C。总累积降水量达到 82 mm。

如图 A1（补充材料）所示，沙尘期和非沙尘期的主导风向均为东南风（SE）。平均风

结论

2022 年 3 月，有利的大气条件导致了异常沙尘爆发事件的发生。这些独特特征受事件的季节性、强度和地理范围影响。本研究调查了沙尘爆发对空气质量的影响，并提供了全面的化学和光学表征。

莱昂市记录的 PM₁₀ 值表明有重大影响，浓度值在 3 月 15 日达到 370 μg m^?3 并

CRediT 作者贡献声明

Roberto Fraile: 写作 - 回顾与编辑，验证，监督，资源，项目管理，资金获取。 Carla Candeias: 方法学，数据管理。 Estela Vicente: 写作 - 回顾与编辑，验证，调查，形式分析，数据管理。 Cátia Gon?alves: 写作 - 初稿，可视化，验证，方法学，调查，形式分析，数据管理，概念化。 Ana Calvo: 写作 - 回顾与编辑，验证，监督，资源，

未引用参考文献

2023ecs_2023; UNE-EN, 2015; WHO - 世界卫生组织 E.C. for E., 2021.

利益冲突声明

? 作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系，这些可能会影响本论文中报告的工作。

致谢

这项工作部分得到了 卡斯蒂利亚议会 与莱昂（与欧洲 FEDER 资金共同资助，资助号：LE025P20）的支持，得到了 AEROHEALTH 项目（科学与创新部，与欧洲 FEDER 资金共同资助。资助号：PID2019-106164RBI00）和 AMPLIO 项目（科学、创新和大学部。资助号：PID2023-152799OB-I00）。这是 ITINERIS 项目的一部分，由 欧洲联盟 - 下一代 欧盟 PNRR - 任务 4 “教育和研究”资助并支持

Cátia Gon?alves|Estela D. Vicente|Carlos Blanco-Alegre|Ana Isabel Calvo|Ma del Mar Sorribas|Fabio Giardi|Silvia Nava|Giulia Calzolai|Alberto Rodríguez-Fernández|Carla Candeias|Roberto Fraile

物理学系，莱昂大学，Vegazana 校区，24071，莱昂，西班牙