沙塵暴是怎么形成的
沙塵暴是怎么形成的
沙塵暴是沙暴和塵暴的總稱，指的是強風(fēng)將地面大量沙塵物質(zhì)吹起并卷入空中，使空氣混濁，能見度小于一千米的嚴(yán)重風(fēng)沙現(xiàn)象，沙塵暴最常見于我國新疆、內(nèi)蒙古，以及華北，赤峰、張家口一帶，北京也是沙塵暴多發(fā)地。那么沙塵暴是如何形成的?為什么會有沙塵暴呢?下面由學(xué)習(xí)啦小編為你詳細(xì)介紹沙塵暴是怎么形成的。
沙塵暴是怎么形成的：
自然條件有利于產(chǎn)生大風(fēng)或強風(fēng)的天氣形勢，有利的沙、塵源分布和有利的空氣不穩(wěn)定條件是沙塵暴或強沙塵暴形
成的主要原因。強風(fēng)是沙塵暴產(chǎn)生的動力，沙、塵源是沙塵暴物質(zhì)基礎(chǔ)，不穩(wěn)定的熱力條件是利于風(fēng)力加大、強對流發(fā)展，從而夾帶更多的沙塵，并卷揚得更高。除此之外，前期干旱少雨，天氣變暖，氣溫回升，是沙塵暴形成的特殊的天氣氣候背景;地面冷鋒前對流單體發(fā)展成云團或颮線是有利于沙塵暴發(fā)展并加強的中小尺度系統(tǒng);有利于風(fēng)速加大的地形條件即狹管作用，是沙塵暴形成的有利條件之一。土壤、黃砂主要成分是硅酸鹽，當(dāng)干旱少雨且氣溫變暖時，硅酸鹽表面的硅酸失去水分，H2SiO4=SiO3 -2 + H2O(氣)↑這樣硅酸鹽土壤膠團、砂粒表面就會帶有負(fù)電荷，相互之間有了排斥作用，成為氣溶膠不能凝聚在一起，從而形成揚砂即沙塵暴。沙塵暴本質(zhì)上是帶有負(fù)電荷的硅酸鹽氣溶膠?？傊?，沙塵暴的形成需要這三個條件：一是地面上的沙塵物質(zhì)。它是形成沙塵暴的物質(zhì)基礎(chǔ)。二是大風(fēng)。這是沙塵暴形成的動力基礎(chǔ)，也是沙塵暴能夠長距離輸送的動力保證。三是不穩(wěn)定的空氣狀態(tài)。這是重要的局地?zé)崃l件。沙塵暴多發(fā)生于午后傍晚說明了局地?zé)崃l件的重要性。物理因素在極有利的大尺度環(huán)境、高空干冷急
流和強垂直風(fēng)速、風(fēng)向切變及熱力不穩(wěn)定層結(jié)條件下，引起鋒區(qū)附近中小尺度系統(tǒng)生成、發(fā)展，加劇了鋒區(qū)前后的氣壓、溫度梯度，形成了鋒區(qū)前后的巨大壓溫梯度。在動量下傳和梯度偏差風(fēng)的共同作用下，使近地層風(fēng)速陡升，掀起地表沙塵，形成沙塵暴或強沙塵暴天氣。
環(huán)境因素在中國科學(xué)院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所專家的努力下，一項為探討沙塵物質(zhì)的啟動、傳輸機理而專門設(shè)立的沙塵暴風(fēng)洞模擬實驗順利完成。通過實驗，專家們發(fā)現(xiàn)，土壤風(fēng)蝕是沙塵暴發(fā)生發(fā)展的首要環(huán)節(jié)。風(fēng)是土壤最直接的動力，其中氣流性質(zhì)、風(fēng)速大小、土壤風(fēng)蝕過程中風(fēng)力作用的相關(guān)條件等是最重要的因素。另外土壤含水量也是影響土壤風(fēng)蝕的重要原因之一。這項實驗還證明，植物措施是防治沙塵暴的有效方法之一。專家認(rèn)為植物通常以3種形式來影響風(fēng)蝕：分散地面上一定的風(fēng)動量，減少氣流與沙塵之間的傳遞;阻止土壤、沙塵等的運動。此外，通過實驗研究人員得出一條結(jié)論：沙塵暴發(fā)生不僅是特定自然環(huán)境條件下的產(chǎn)物，而且與人類活動有對應(yīng)關(guān)系。人為過度放牧、濫伐森林植被，工礦交通建設(shè)尤其是人為過度墾荒破壞地面植被，擾動地面結(jié)構(gòu)，形成大面積沙漠化土地，直接加速了沙塵暴的形成和發(fā)育。
氣候因素沙塵暴的元兇：大氣環(huán)流(如今沙塵暴，追根溯源卻還有個元兇，約莫是人類的)北京春天里發(fā)生沙塵暴的短暫一幕，只不過是中國北方連綿約30萬平方公里的黃土高原在二三百萬年中每年都要經(jīng)歷的天氣過程，所不同的是，后者的風(fēng)力更強，刮風(fēng)的時間更長(可以持續(xù)幾天)，沙塵的來源并不是50米開外的十字路口，而是上百公里以外的沙漠和戈壁。就如同上帝在玩一個匪夷所思的游戲：他把中國西北部和中亞地區(qū)沙漠和戈壁表面的沙塵抓起來往東南方向拋去，任憑沙塵落下的地方漸漸堆積起一塊高地。
這個游戲從大約240萬年以前就開始了，上帝至今樂此不疲(2002年《自然》雜志發(fā)表了中國學(xué)者的最新研究成果，把其開始的時間推到了2200萬年前)。[2] 事實上，風(fēng)就是上帝拋沙的那只手。印度板塊向北移動與亞歐板塊碰撞之后，印度大陸的地殼插入亞洲大陸的地殼之下，并把后者頂托起來。從而喜馬拉雅地區(qū)的淺海消失了，喜馬拉雅山開始形成并漸升漸高，青藏高原也被印度板塊的擠壓作用隆升起來。這個過程持續(xù)6000多萬年以后，到了距今大約240萬年前，青藏高原已有2000多米高了。地表形態(tài)的巨大變化直接改變了大氣環(huán)流的格局。在此之前，中國大陸的東邊是太平洋，北邊的西伯利亞地區(qū)和南邊喜馬拉雅地區(qū)分別被淺海占據(jù)著，西邊的地中海在當(dāng)時也遠(yuǎn)遠(yuǎn)伸入亞洲中部，所以平坦的中國大陸大部分都能得到充足的海洋暖濕氣流的滋潤，氣候溫暖而潮濕。中國西北部和中亞內(nèi)陸大部分為亞熱帶地區(qū)，并沒有出現(xiàn)大范圍的沙漠和戈壁。
沙塵暴然而東西走向的喜馬拉雅山擋住了印度洋暖濕氣團的向北移動，久而久之，中國的西北部地區(qū)越來越干旱，漸漸形成了大面積的沙漠和戈壁。這里就是堆積起了黃土高原的那些沙塵的發(fā)源地。體積巨大的青藏高原正好聳立在北半球的西風(fēng)帶中,240萬年以來，它的高度不斷增長著。青藏高原的寬度約占西風(fēng)帶的三分之一，把西風(fēng)帶的近地面層分為南北兩支。南支沿喜馬拉雅山南側(cè)向東流動，北支從青藏高原的東北邊緣開始向東流動，這支高空氣流常年存在于3500—7000米的高空，成為搬運沙塵的主要動力。與此同時，由于青藏高原隆起，東亞季風(fēng)也被加強了，從西北吹向東南的冬季風(fēng)與西風(fēng)急流一起，在中國北方制造了一個黃土高原。在中國西北部和中亞內(nèi)陸的沙漠和戈壁上，由于氣溫的冷熱劇變，這里的巖石比別處能更快地崩裂瓦解，成為碎屑，地質(zhì)學(xué)家按直徑大小依次把它們分成：礫(大于2毫米)，沙(2—0.05毫米)，粉沙(0.05—0.005毫米)，黏土(小于0.005毫米)。黏土和粉沙顆粒，能被帶到3500米以上的高空，進(jìn)入西風(fēng)帶，被西風(fēng)急流向東南方向搬運，直至黃河中下游一帶才逐漸飄落下來。二三百萬年以來，亞洲的這片地區(qū)從西北向東南搬運沙土的過程從來沒有停止過，沙土大量下落的地區(qū)正好是黃土高原所在的地區(qū)，連五臺山、太行山等華北許多山的頂上都有黃土堆積。
當(dāng)然，中國北部包括黃河在內(nèi)的幾條大河以及數(shù)不清的溝谷對地表的沖刷作用與黃土的堆積作用正好相反，否則的話，黃土高原一定不會是現(xiàn)在這樣，厚度不超過409.93米。太行山以東的華北平原也是沙土的沉降區(qū)，但是這里是一個不斷下沉的區(qū)域，同時又發(fā)育了眾多河流，所以落下來的沙子要么被河流沖走，要么就被河流所帶來的泥沙埋葬了。
中國古籍里有上百處關(guān)于“雨土”、“雨黃土”、“雨黃沙”、“雨霾”的記錄，最早的“雨土”記錄可以追溯到公元前1150年：天空黃霧四塞，沙土從天而降如雨。這里記錄的其實就是沙塵暴。雨土的地點主要在黃土高原及其附近。古人把這類事情看成是奇異的災(zāi)變現(xiàn)象，相信這是“天人感應(yīng)”的一種征兆。晉代張華編的博物志中就記有：“夏桀之時，為長夜宮于深谷之中，男女雜處，十旬不出聽政，天乃大風(fēng)揚沙，一夕填此空谷。”1966—1999年間，發(fā)生在中國的持續(xù)兩天以上的沙塵暴竟達(dá)60次。中科院劉東生院士認(rèn)為，黃土高原應(yīng)該說是沙塵暴的一個實驗室，這個實驗室積累了過去幾百萬年以來沙塵暴的記錄。中國西北部沙漠和戈壁的風(fēng)沙漫天漫地灑過來，每年都要在黃土高原上留下一層薄薄的黃土。
沙塵暴的主要危害：
黑風(fēng)的危害主要有兩個：一是風(fēng)二是沙;
大風(fēng)的危害也有二：一是風(fēng)力破壞，二是刮蝕地皮。
風(fēng)力破壞：大風(fēng)破壞建筑物，吹倒或拔起樹木電桿，撕毀農(nóng)民塑料溫室大棚和農(nóng)田地膜等等。此外，由于西北地區(qū)四、五月正是瓜果、蔬菜、甜菜、棉花等經(jīng)濟作物出苗，生長子葉或真葉期和果樹開花期，此時最不耐風(fēng)吹沙打。輕則葉片蒙塵，使光合作用減弱，且影響呼吸，降低作物的產(chǎn)量;例如,1993年5月5日黑風(fēng)，使西北地區(qū)8.5萬株果木花蕊被打落,10.94萬株防護林和用材林折斷或連根拔起。此外，大風(fēng)刮倒電桿造成停水停電，影響工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。1993年5月5日黑風(fēng)造成的停電停水，僅金昌市金川公司一家就造成經(jīng)濟損失8300萬元。
刮蝕地皮：大風(fēng)作用于干旱地區(qū)疏松的土壤時會將表土刮去一層，叫做風(fēng)蝕。例如1993年5月5日黑風(fēng)平均風(fēng)蝕深度十厘米(最多50厘米)，也就是每畝地平均有60到70立方米的肥沃表土被風(fēng)刮走。其實大風(fēng)不僅刮走土壤中細(xì)小的黏土和有機質(zhì)，而且還把帶來的沙子積在土壤中，使土壤肥力大為降低。此外大風(fēng)夾沙粒還會把建筑物和作物表面磨去一層，叫做磨蝕，也是一種災(zāi)害。
沙的危害：的危害主要是沙埋。前面說過，狹管，迎風(fēng)和隆起等地形下，因為風(fēng)速大，風(fēng)沙危害主要是風(fēng)蝕，而在背風(fēng)凹洼等風(fēng)速較小的地形下，風(fēng)沙危害主要便是沙埋了。例如,1993年5月5日黑風(fēng)中發(fā)生沙埋的地方，沙埋厚度平均20厘米，最厚處達(dá)到了1.2米。
此外更重要的是，人的生命的損失。例如1993年5月5日黑風(fēng)中共死亡85人，傷264人，失蹤31人。此外，死亡和丟失大牲畜12萬頭，農(nóng)作物受災(zāi)560萬畝，沙埋干旱地區(qū)的生命線水渠總長2000多公里，蘭新鐵路停運31小時?？偨?jīng)濟損失超過5.4億元。[3]
?、艔婏L(fēng)：攜帶細(xì)沙粉塵的強風(fēng)摧毀建筑物及公用設(shè)施，造成人畜傷亡。
?、粕陈瘢阂燥L(fēng)沙流的方式造成農(nóng)田、渠道、村舍、鐵路、草場等被大量流沙掩埋，尤其是對交通運輸造成嚴(yán)重威脅。
?、峭寥里L(fēng)蝕：每次沙塵暴的沙塵源和影響區(qū)都會受到不同程度的風(fēng)蝕危害，風(fēng)蝕深度可達(dá)1～10厘米。據(jù)估計，中國每年由沙塵暴產(chǎn)生的土壤細(xì)粒物質(zhì)流失高達(dá)106～107 噸，其中絕大部分粒徑在10微米以下，對源區(qū)農(nóng)田和草場的土地生產(chǎn)力造成嚴(yán)重破壞。
?、却髿馕廴荆涸谏硥m暴源地和影響區(qū)，大氣中的可吸入顆粒物(TSP)增加，大氣污染加劇。以1993年“5.5”特強沙塵暴為例，甘肅省金昌市的室外空氣的TSP濃度達(dá)到1016 mg/m3,室內(nèi)為80 mg/m3,超過國家標(biāo)準(zhǔn)的40倍。2000年3—4月，北京地區(qū)受沙塵暴的影響，空氣污染指數(shù)達(dá)到4級以上的有10天，同時影響到中國東部許多城市。3月24—30日，包括南京、杭州在內(nèi)的18個城市的日污染指數(shù)超過4級。
防治措施：
1.加強環(huán)境的保護，把環(huán)境的保護提到法制的高度來。
2.恢復(fù)植被，加強防止風(fēng)沙塵暴的生物防護體系。實行依法保護和恢復(fù)林草植被，防止土地沙化進(jìn)一步擴大，盡可能減少沙塵源地。
3.根據(jù)不同地區(qū)因地制宜制定防災(zāi)、抗災(zāi)、救災(zāi)規(guī)劃，積極推廣各種減災(zāi)技術(shù)，并建設(shè)一批示范工程，以點帶面逐步推廣，進(jìn)一步完善區(qū)域綜合防御體系。
4.控制人口增長，減輕人為因素對土地的壓力，保護好環(huán)境。
5.加強沙塵暴的發(fā)生、危害與人類活動的關(guān)系的科普宣傳，使人們認(rèn)識到所生活的環(huán)境一旦破壞，就很難恢復(fù)，不僅加劇沙塵暴等自然災(zāi)害，還會形成惡性循環(huán)，所以人們要自覺地保護自己的生存環(huán)境。
應(yīng)急要點：
1.及時關(guān)閉門窗，必要時可用膠條對門窗進(jìn)行密封。
2.外出時要戴口罩，用紗巾蒙住頭，以免沙塵侵害眼睛和呼吸道而造成損傷。應(yīng)特別注意交通安全。
3.機動車和非機動車應(yīng)減速慢行，密切注意路況，謹(jǐn)慎駕駛。
4.妥善安置易受沙塵暴損壞的室外物品。
專家提示：
1.發(fā)生強沙塵暴天氣時不宜出門，尤其是老人、兒童及患有呼吸道過敏性疾病的人。
2.平時要做好防風(fēng)防沙的各項準(zhǔn)備。
3.在沙漠地區(qū)種植適宜沙漠干旱地區(qū)生長的植物，如沙棘等，形成地被植物層，從而改善地被環(huán)境，固定土壤，降低風(fēng)速，增加空氣濕度，改善小氣候環(huán)境。
4.在沙漠邊緣種植鄉(xiāng)土品種的低矮灌木和小喬木，改善植被分布。