沙尘暴,是沙暴和尘暴的总称,是荒漠化的标志。是指强风从地面卷起大量沙尘,使水平能见度小于1千米,具有突发性和持续时间较短特点的概率小危害大的灾害性天气现象。主要发生在北方地区,带来诸多不良影响。
沙尘暴天气主要发生在冬春季节这是由于冬春季半干旱和干旱区降水甚少,地表极其干燥松散,抗风蚀能力很弱,当有大风刮过时,就会有大量沙尘被卷入空中,形成沙尘暴天气。
中国的沙尘暴主要发生在北方地区,其中南疆盆地、青海西南部、西藏西部及内蒙古中西部和甘肃中北部是沙尘暴的多发区,年沙尘暴日数在10天以上,南疆盆地和内蒙古西部两地的部分地区超过20天;准噶尔盆地、河西走廊、内蒙古北部等地的部分地区又3~10天;西北的东南部、华北的中南部和东部、黄淮、东北的中西部及新疆、青海、四处、湖北等省(区)的部分地区在3天以下。
春季是中国沙尘暴多发季节。沙尘暴主要分布在北方地区,其中南疆盆地、内蒙古中西部、宁夏、甘肃北部及西藏西部是多发区,沙尘暴日数一般在5天左右,局部地区超过10天。
夏季沙尘暴主要发生在西北及内蒙古中西部一带。南疆大部、河西走廊、青海西北部、内蒙古中西部、西藏西北部等地沙尘暴日数有1~3天,塔克拉玛干沙漠西部及巴丹吉林、腾格里两沙漠的部分地区超过5天。
秋季是一年四季中沙尘暴发生最少的一个季节。南疆大部、西藏西北部、内蒙古西部及甘肃、青海等的部分地区季沙尘暴日数有0.5~1天,局部地区超过2天。
冬季沙尘暴主要分布在青藏高原大部及甘肃中西部、宁夏、内蒙古中西部等地,沙尘暴日数一般有1~2天,局部地区超过5天。
年沙尘暴日数极大值分布规律与年沙尘暴日数的分布基本一致。南疆盆地与内蒙古中西部及宁夏、甘肃中北部在30天以上,局部地区又60天左右。另外,西藏西部沙尘暴发生也比较频繁,部分地区亦可达40~50天。
从中国各月沙尘暴的日数占全年的百分比来看,4月最多,占全年的22.7%;5月次之,占全年的16.8%;10月最少,仅占全年的1.8%。
强风、强热力不稳定和沙源分别作为动力因子和物质基础,是沙尘暴形成的三个重要条件。
有利于产生大风或强风的天气形势,有利的沙、尘源分布和有利的空气不稳定条件是沙尘暴或强沙尘暴形成的主要原因。强风是沙尘暴产生的动力,沙、尘源是沙尘暴物质基础,不稳定的热力条件是利于风力加大、强对流发展,从而夹带更多的沙尘,并卷扬得更高。
除此之外,前期干旱少雨,天气变暖,气温回升,是沙尘暴形成的特殊的天气背景;地面冷锋前对流单体发展成云团或飑线是有利于沙尘暴发展并加强的中小尺度系统;有利于风速加大的地形条件即狭管作用,是沙尘暴形成的有利条件之一。
土壤、黄砂主要成分是硅酸盐,当干旱少雨且气温变暖时,硅酸盐表面的硅酸失去水分,
H2SiO4=Si2O3+ H2O(气)↑
这样硅酸盐土壤胶团、砂粒表面就会带有负电荷,相互之间有了排斥作用,成为气溶胶不能凝聚在一起,从而形成扬砂即沙尘暴。沙尘暴本质上是带有负电荷的硅酸盐气溶胶。
总之,沙尘暴的形成需要这三个条件:
一是地面上的沙尘物质。它是形成沙尘暴的物质基础。
二是大风。这是沙尘暴形成的动力基础,也是沙尘暴能够长距离输送的动力保证。
三是不稳定的空气状态。这是重要的局地热力条件。沙尘暴多发生于午后傍晚说明了局地热力条件的重要性。
在极有利的大尺度环境、高空干冷急流和强垂直风速、风向切变及热力不稳定层结条件下,引起锋区附近中小尺度系统生成、发展,加剧了锋区前后的气压、温度梯度,形成了锋区前后的巨大压温梯度。在动量下传和梯度偏差风的共同作用下,使近地层风速陡升,掀起地表沙尘,形成沙尘暴或强沙尘暴天气。
在中国科学院寒区旱区环境与工程研究所专家的努力下,一项为探讨沙尘物质的启动、传输机理而专门设立的沙尘暴风洞模拟实验顺利完成。
通过实验,专家们发现,土壤风蚀是沙尘暴发生发展的首要环节。风是土壤最直接的动力,其中气流性质、风速大小、土壤风蚀过程中风力作用的相关条件等是最重要的因素。另外土壤含水量也是影响土壤风蚀的重要原因之一。
这项实验还证明,植物措施是防治沙尘暴的有效方法之一。专家认为植物通常以3种形式来影响风蚀:分散地面上一定的风动量,减少气流与沙尘之间的传递;阻止土壤、沙尘等的运动。
沙尘暴发生不仅是特定自然环境条件下的产物,而且与人类活动有对应关系。人为过度放牧、滥伐森林植被,工矿交通建设尤其是人为过度垦荒破坏地面植被,扰动地面结构,形成大面积沙漠化土地,直接加速了沙尘暴的形成和发育。
沙尘暴的形成是以东亚特殊的大气环流为背景,并与冬季风紧密联系在一起,它的发生主要与冬半年西伯利亚-----蒙古高压驱动下的冷锋过境有关,属冷锋型沙尘暴。
沙尘暴天气是中国西北地区和华北北部地区出现的强灾害性天气,可造成房屋倒塌、交通供电受阻或中断、火灾、人畜伤亡等,污染自然环境,破坏作物生长,给国民经济建设和人民生命财产安全造成严重的损失和极大的危害。
沙尘暴危害主要在以下几方面:
⒈环境污染
⒉生产生活受影响
沙尘暴天气携带的大量沙尘蔽日遮光,天气阴沉,造成太阳辐射减少,几小时到十几个小时恶劣的能见度,容易使人心情沉闷,工作学习效率降低。轻者可使大量牲畜患染呼吸道及肠胃疾病,严重时将导致大量“春乏”牲畜死亡、刮走农田沃土、种子和幼苗。沙尘暴还会使地表层土壤风蚀、沙漠化加剧,覆盖在植物叶面上厚厚的沙尘,影响正常的光合作用,造成作物减产。沙尘暴还使气温急剧下降,天空如同撑起了一把遮阳伞,地面处于阴影之下变得昏暗、阴冷。
⒊生命财产损失
1995 年5 月5 日,甘肃省一场特大沙尘暴降尘量高达1 .2431 ×107t, 相当于省内最大水泥厂15 年的产量。1998 年4 月西北12 个地、州遭受沙尘暴袭击,46.1 万亩农作物受灾,11.09 万头(只)牲畜死亡,156 万人受灾,直接经济损失8 亿元。这次沙尘暴影响地区东至长江下游,其影响范围之大是历史罕见的。内蒙古自治区阿拉善盟行政公署以特急文件上报该盟受沙尘暴危害情况:8~10 级强风袭击12h,环境质量TSP 浓度平均值为62.4 mg·m-3,超过国家空气质量标准200 倍以上,且持续时间长、范围广。据当地统计,连续6 天的沙尘暴造成的直接经济损失(不包括土地的损失)超过10 亿元。
⒋影响交通安全
影响交通安全(飞机、火车、汽车等交通事故)沙尘暴天气经常影响交通安全,造成飞机不能正常起飞或降落,使汽车、火车车厢玻璃破损、停运或脱轨。
⒌危害人体健康
当人暴露于沙尘天气中时,含有各种有毒化学物质、病菌等的尘土可透过层层防护进入到口、鼻、眼、耳中。这些含有大量有害物质的尘土若得不到及时清理将对这些器官造成损害或病菌以这些器官为侵入点,引发各种疾病。大气中高的沙尘浓度容易引起呼吸系统的疾病,例如风沙尘肺病就是在干旱、半干旱环境中因严重的大气沙尘造成的地方病。