近日，环境领域期刊ACS ES&T Air在线发表了海洋与大气学院最新综述论文“A Review of Water-Soluble Ions in Natural Dust Particles Over East Asia: Abundance, Spatial Distributions, and Implications”（东亚天然沙尘气溶胶中水溶性离子的丰度和空间分布特征及环境意义）。该研究第一作者为海洋与大气学院2023届博士毕业生李文帅，通讯作者为学院周杨教授和日本熊本县立大学张代洲教授，合作者为中国科学院地球环境研究所以及山西大学等单位的中外学者。
沙尘气溶胶作为全球大气中最重要的自然源气溶胶之一，对地球能量平衡、生物地球化学循环及区域环境气候具有深远影响。东亚是全球主要沙尘源区之一，年排放量约600Tg，其中塔克拉玛干沙漠和戈壁沙漠尤为突出，源自这里的沙尘气团影响范围极广（图1），包括我国中东部大部分地区、日韩、俄罗斯东部、北太平洋，甚至可以在西风带的作用下绕地球一圈。沙尘气溶胶的环境和气候效应与其含盐量密切相关，尤其是水溶性离子（WSIs）的组成与含量。然而，沙尘气团从沙漠向远洋地区进行长距离传输的过程中，其盐分含量与组成会发生显著变化——这一关键科学问题此前缺乏系统性梳理。
研究发现，在塔克拉玛干沙漠、戈壁等沙尘源区，沙尘气溶胶中WSIs的质量占比为4%–14%，主要组分为Na⁺、Cl⁻、SO42⁻和Ca2⁺。与地表土相比，沙尘气溶胶中的WSIs含量更高，且数值分布更集中。来自塔克拉玛干沙漠和戈壁沙漠地区的沙尘气团中Cl⁻和Na⁺的含量有所不同，这可能与源区土壤的地质背景有关，如塔克拉玛干沙漠在几千万年前曾是浅海生态系统，含盐量显著高于其他沙漠。当沙尘气团进行长距离传输时，WSIs组成随环境条件变化显著变化：在沙漠毗邻地区，虽然WSIs含量仍相对较低（6.0%–10.0%），但NO3⁻（0.0%–2.4%）和NH4⁺（0.0%–1.2%）的占比已显著高于沙尘源区（NO3⁻最高为0.8%）。进入我国北方和东部后，若沙尘气团处于冷锋后低湿绝热状态，沙尘中WSIs组成与源区相近。而随着亚洲高压深入南下，其绝热状态逐渐被打破，大陆气团发生变性（如“沙尘回传”现象），伴随相对湿度升高和污染物前体物增加，会触发大量SO42⁻、NO3⁻和NH4⁺二次生成，同时酸性物质溶解沙尘中的碳酸钙，释放Ca2⁺。在华东沿海，受海盐气溶胶的影响进一步提升Na⁺和Cl⁻含量。传输至朝鲜半岛和日本列岛时，与海盐气溶胶的相互作用则加剧WSIs的复合变化，部分细粒子中WSIs占比可超30%（图2）。若沙尘气团与生物质燃烧排放物混合，K⁺的占比也可能会上升。不过，目前关于海洋区域沙尘气溶胶中WSIs含量的记录仍较为稀少。由于沙尘气团传输过程中会与局地大气污染物相互混合，使得利用全样分析方法定量评估沙尘颗粒表面二次WSIs的含量具有很大不确定性。
基于现有研究，本综述提出了以下几点未来须重点突破的研究方向：
（1）强化观测网络建设与技术优化，夯实数据基础
亟需构建覆盖戈壁沙漠、远洋及高海拔地区等关键区域的长期观测网络，形成“源区-传输路径-沉降区”全链条观测网络，实现沙尘气团时空演变的高分辨率追踪。同时优化采样技术，精准界定沙尘事件采样时段，确保样品代表性。
（2）融合多学科技术方法，揭示微观转化机制
推动单颗粒分析与全样定量技术的结合，以精确识别沙尘-污染物混合类型并量化WSIs的二次生成过程。改进实验模拟体系，避免使用地表土壤，采用沙尘气溶胶发生器制备真实大气沙尘样品（https://doi.org/10.1016/j.partic.2022.02.007），提升WSIs转化模拟的准确性。
（3）深化沙尘传输过程研究，拓展全球视野
重点研究沙尘气溶胶在垂直剖面上（尤其对流层中、高层）的理化特征，阐明大气中不同高度下沙尘的老化差异。加强对中东、北非等北半球主要沙尘源区的跨洲际对比研究，揭示全球沙尘中WSIs的长距离传输演变规律及其环境影响。
（4）量化多圈层影响，服务气候与生态治理
明确WSIs含量与沙尘辐射强迫的定量关系，减少气候效应评估的不确定性。深入研究WSIs对海洋氮、磷沉降及生物可利用铁、铝等输入的影响，阐明其对海洋生物地球化学循环及初级生产力的调控机制。
图1.东亚受尘影响的主要区域及观测点位置。其中，棕色箭头表示沙尘的主要传输路径，黑点、红点、蓝点和绿点分别表示沙漠毗邻地区、华北地区、华东地区及日韩地区的观测点。
图2.不同区域沙尘气团中大气细粒子中的水溶性离子（WSIs）质量占比。DR、AAD、NC和EC分别代表沙漠地区、沙漠毗邻地区、华北地区和华东地区。最后一幅图（右下角）展示了各地区沙尘气团中WSIs的总质量占比。
图3.东亚地区沙尘气溶胶在长距离传输过程中WSIs含量增加的示意图。
发表文章列表：
Wenshuai Li, Yang Zhou, Weihang Zhang, Donghui Liu, Tafeng Hu, Feng Wu, Hong Geng, Daizhou Zhang, A Review of Water-Soluble Ions in Natural Dust Particles over East Asia: Abundance, Spatial Distributions, and Implications. ACS ES&T Air, 2025. 2(8): 1379–1393.
文章链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsestair.5c00014