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近50年来中国沙尘暴的分布、变化及预测

时间:2005-06-02 12:38来源:中华环保互联网 作者: 点击:
近50年来中国沙尘暴的分布、变化及预测    (2001/08/24)   编者按:今年年初,国家环境保护总局自然司组织中国科学院寒区旱区研究所、植物所的有关专家分东西两线深入沙漠、戈壁、绿洲、草原,对我国沙漠化形成原因作了考察,揭
近50年来中国沙尘暴的分布、变化及预测
    (2001/08/24)

  编者按:今年年初,国家环境保护总局自然司组织中国科学院
寒区旱区研究所、植物所的有关专家分东西两线深入沙漠、戈壁、
绿洲、草原,对我国沙漠化形成原因作了考察,揭示了沙尘暴发生
的机理。根据考察情况及多年科研成果,自然司组织有关学者撰写
出研究报告,回答了有关沙尘暴发生原因及发展趋势等社会关注的
热点焦点问题。

  本文将介绍几种沙尘天气,近50年来我国沙尘暴的分布特征及
成因,它的变化趋势及其预测等。

  几种沙尘天气

  公众和媒体报道常常混淆扬沙、浮尘及沙尘暴这三种既有联系
又有区别的沙尘天气,它们虽都与风沙有关,但其形成情况、强度
和危害程度却不相同。

  一般说来,地面出现6~9米/秒以上的强风即能将地面沙尘吹
到空中。扬沙常为本地起沙现象,多发生在地面附近;浮尘多由远
处的沙尘随高空强风飘移来;扬沙和浮尘属轻度沙尘天气,因风和
空气中的含沙量还不算大,对地面能见度的影响还较小,地面能见
度常在1~10公里之间。沙尘暴则指地面能见度小于1公里的更强的
沙尘天气。沙尘暴也有轻重之分。刚达到或稍稍超过上述标准的沙
尘暴还是一般强度的弱沙尘暴;目前还进一步分出最低能见度≤
200米,且最大风速≥20米/秒的强沙尘暴和最低能见度≤50米,最
大风速≥25米/秒的特强沙尘暴。因为它们的强度更强、危害更重。

  不同沙尘天气时,空气中的沙尘含量不同。据牛生杰等近年在
多沙尘的巴丹吉林和腾格里等沙漠边缘区春季的观测取样,(非沙
尘天气的)背景大气、扬沙、浮尘及一股强度沙尘暴时地面空气的
平均沙尘浓度分别为0.083,0.356,1.206和3.955公斤/立方米,
即从背景大气,到扬沙、浮尘、一般沙尘暴,地面沙尘的浓度后者
依次较前者增长了3~4倍。又例如,北京地区2000年4~5月共出现
8次沙尘天气,但以4月6日的沙尘天气最强,当天的最低能见度为
500米,最大风速为14米/秒,地面含沙量才1公斤/立方米,属一
般沙尘暴,仅对空气质量及交通等有轻微影响。而1993年5月5日,
甘肃金昌的沙尘暴则是特强沙尘暴,当天金昌最大风速达34米/秒,
最低能见度为0米,地面空气含沙量为1017公斤/立方米,是2000年
4月6日北京地区一般沙尘暴含沙量的1000倍。所以,午后天黑得伸
手不见五指,酿成生命和财产的严重损失,是重大灾害性天气。

  历史上,北京地区的沙尘天气主要是扬沙(占74%),浮尘较
少(占20%),沙尘暴就更少了(约5%),还全是一般沙尘暴,且
多出在60年代。30多年久违了的强沙尘天气,去年突然又在北京频
频出现,给人们的印象特别深。

  自然,我们更关注强度强、危害重的强或特强沙尘暴。

  分布特征及变化趋势

  人们关心沙尘暴源区的分布。按上述沙尘暴分级标准,6年前我
们曾得到一个我国1952~1994年间48次强和特强沙尘暴的个例表。
但当时未包括近年及内蒙古中、西部的资料,早年的资料也有遗漏。
最近我们又根据近期可以得到的气象资料等,按同样的分级标准,
统计得到我国西北及内蒙古中西部1952~2000年间共发生强或特强
沙尘暴近130次。至于各地包括一般强度在内的沙尘暴次数那就更多
了,如甘肃民勤和新疆和田两地平均每年都多达30次左右。

  虽然我国西北及华北许多地区都会出现少量的强或特强沙尘暴,
但频次在10次以上的中心仅有3片,即:1)以民勤为中心的河西及
内蒙古西部地区;2)以和田为中心的南疆盆地南缘区;3)以朱日
和为中心的内蒙古中部区。另外,以盐池、鄂托克旗为中心的宁、
蒙、陕交界处也是一个相对高的中心区。因春、夏季我国纬度35度
线以北地区主要处在西风带中,若中途无降水对沙尘的清洗作用,
则西北及内蒙古中西部的沙尘常能随西风或西北风带到华北及长江
中、下游地区。所以上述四地也是影响我国东部的主要沙尘源地,
特别是前二者。因其频次更高,都在40次以上,远大于后两者,沙
尘更浓;而且夏、秋季都时有发生,影响季节更长。

  需要指出,个别年份(如2000年及1996年),当入侵我国的冷
空气路径偏东偏北时,内蒙古中部的沙尘源对华北南部及长江中、
下游的影响要大些。

  多年统计表明,虽然一年四季都可发生强或特强沙尘暴,但它
们主要发生在3~5月;在一日中它主要发生在午后至傍晚间。

  丰富的沙源、强风及不稳定的空气层结是产生强或特强沙尘暴
的3个主要因素。沙源是物质基础,因而上列四大沙尘暴的多发区都
处在大沙漠边缘或几片沙漠的中间地带。强风是吹起和向下游传输
沙尘的动力,因而上列4个多发区正好分别位于冬春季入侵我国的西
北路、西路及北路冷空气通道上的多强风区(特别是朱日和地区)。
不稳定的气柱是促发起沙和对流的最佳热力条件,而冷暖空气交绥
频繁,地表植被覆盖状况差,土层疏松,地面增温快的春季午后,
更容易产生不稳定。所以,上列多沙尘多风的四地区成了沙尘暴的
多发区,气柱最易不稳定的春季午后成了多发季节和时段。自然,
这四地区也应是我国防沙治沙和沙尘暴监测与预测的重点地区,春
季和午后应该是监测和预测的重点季节和时段。

  变化原因初步分析

  人们更关心沙尘暴过去的变化和未来的趋势。过去由于不同作
者使用了不同的沙尘暴资料及标准,或分析了不同地区的沙尘暴,
对近50年来我国沙尘暴年代际变化趋势曾有不同的看法。我们自己
曾认为近50年来强和特强沙尘暴的频数是增加的;有的甚至认为
90年代增加得特别明显;如前述,在增加新资料后,前两看法需要
修改。还有的把一般强度的沙尘暴也包括在内,认为自50年代以来
沙尘暴频数是一直在减少的,下面可见,这种提法也不很准确。还
有的指出内蒙古中部60年代特强沙尘暴多,但80~90年代内蒙古西
部的特强沙尘暴在增多。根据最新的沙尘暴资料看,无论是全区
(包括西北五省区及内蒙古中、西部),还是两个最多发区中心民
勤及和田的强或特强沙尘暴频数,抑或是各地包括一般沙尘暴在内
的频数,总体说来,自50~90年代(截止于1999年),我国北方沙
尘暴频数呈波动减少之势。其中,60和70年代沙尘暴频数确实呈波
动上升之势,但在新增补了部分早期和近期资料,并考虑内蒙古中
西部沙尘暴频数后,新资料序列显示:80年代的频数略有减少,
90年代减少更加明显,特别是民勤及和田地区。但1999年,特别是
2000年沙尘暴频数又急剧增加,达9次之多,为近50年来的最多年。
2000年沙尘暴出现频数多,时间集中(仅4月中旬至5月中旬就出现
5次),出现位置偏北偏东。2001年截至目前为止民勤已出现3次强
沙尘暴过程。这种沙尘暴频数由总体波动减少到开始回升的增加趋
势1999年已初见端倪,内蒙古西部的拐于湖回升更早,90年代中期
即已开始。这些迹象似乎预示着,继80~90年代沙尘暴不活跃期后,
可能开始了新一轮活跃期,而且沙尘暴多发区有从南疆及河西向内
蒙古西部、宁夏北部北移的趋势,这种趋势值得我们严加注意。

  这样,对近50年来我国沙尘暴年代际变化趋势的认识就统一了。

  那么,西北及华北北部地区的沙尘暴频数为什么80年代略有减
少,90年代明显减少(特别是民勤及和田地区),而2000年又急剧
增多呢(尤其是内蒙西部及宁夏北部)?

  造成上列变化的原因自然应从生态环境,特别是气象条件的变
化两方面综合考虑。

  从生态环境来说,因人口的压力、发展经济的驱动、上述沙尘
暴源区过垦、过牧、过樵、过采地下水、乃至滥开矿、挖药材等强
度经济活动都使西北及内蒙古草场退化,沙漠边缘隔离带缩小。结
果,地表裸露面积扩大,罗布泊和居延海先后于1972及1992年完全
干涸,塔里木及黑河等内陆河断流,地下水位明显下降。这些与
60及70年代全区沙尘暴频数呈波动上升的事实相符,也与内蒙古西
部80和90年代的强沙尘暴增加的事实相符合。但难以解释80(特别
是90)年代河西、南疆及内蒙古中部沙尘暴频数的减少。

  从气象条件来讲,许多气象专家们分别提及风速、降水、全球
增暖,以及海温的影响。值得注意的是海温和冬季东亚大气环流的
年代际变化等与上述沙尘暴频数的年代际变化的关系。如2000年3月
中旬至5月上旬的50余天中我国共有14次冷空气活动,并在内蒙古西
部、宁夏北部及河西等产生强沙尘暴5次,这与去年春季东亚大槽及
乌山脊都偏强有关,因而中、高纬环流经向度大,冷空气南下频繁,
几乎3~4天一次,仅4月份就出现了5天大风。历史上,民勤地区4~
5月平均出现5天大风以上的50和70年代强沙尘暴分别达12及9次;而
强沙尘暴次数少的60、80及90年代,民勤站4~5月的平均大风日数
分别为2.2、4.3和3.1天。不仅如此,我国东部地区的冀北张北站等
也有相同特征。当然风速大小仅是环流变化的结果。施能等、陈隆
勋及林学椿等曾指出冬季东亚大气环流在70年代末出现了较明显的
年代际变化,戴新刚等最近进一步指出近20年比前20年冬季东亚大
槽的平均位置偏东偏弱。故80和90年代的冬春风速偏小可能和东亚
大槽偏东偏弱有关;而2000年春季多大风似乎表示东亚大槽已回复
到它的正常偏强状态了。上述环流的年代际变化与80年代以来的海
温变化相当一致,所以海温可能是引起冬季东亚大气环流变化的原
因之一。

  沙尘暴既是干旱气候的产物,在干旱时段自然也更多沙尘暴。
如刘景涛等指出内蒙古1965~1975年间干旱少雨,1976~1996年间
相对较湿,因而60年代特强沙尘暴最多达16次,且主要出现在
1965年后,仅1966年就有8次。而80年代后期至90年代河西及南疆沙
尘暴次数明显减少也可能和同期内该两地区降水偏多有关,特别是
南疆。据杨青等分析,近10年在易发生沙尘暴的春、夏季降雨量分
别比前几年平均增长41%及30%左右。

  综合考虑到西北及内蒙古中、西部近期生态环境恶化的势头还
未得到扼制,过去生态环境恶化的滞后影响还在起作用;全球增温
会使春季地表解冻期提前;内蒙古中部及西北区东部的干旱还无明
显缓减迹象,但河西及南疆降水倒有减少之势;再考虑到目前海温
及冬、春季东亚大槽强度等的年代际变化的突变,有新一轮沙尘暴
活跃期的可能,所以未来沙尘暴活动可能将处于活跃期。

钱正安 宋敏红 中国环境报

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