沙尘暴(sand-dust storm)是沙暴(sand storm)和尘暴(dust storm)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。 其中沙暴是指大风把大量沙粒吹入近地层所形成的挟沙风暴;尘暴则是大风把大量尘埃及其他细颗粒物卷入高空所形成的风暴。
我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。
2021年3月15日,据中国气象局国家卫星气象中心最新卫星监测显示,受锋面气旋云系后部大风影响,内蒙古、华北北部、东北地区西部、西北地区东部等地出现沙尘天气
定义沙尘暴是指强风将地面尘沙吹起使空气很混浊,水平能见度小于1km的天气现象。 沙尘暴是风蚀荒漠化中的一种天气现象,它的形成受自然因素和人类活动因素的共同影响。自然因素包括大风、降水减少及其沙源。人类活动因素是指人类在发展经济过程中对植被的破坏以后,导致沙尘暴爆发频数增加。
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。
空间分布我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。
沙尘暴历史沙尘暴作为干旱半干旱地区的自然灾害之一,并非现代的产物。据科学家对深海岩芯和冰盖沉积物的测定,早在白垩纪末(距今7000万年)地球上就有沙尘暴出现。
3000多年前,我国史书便有西北地区发生“黄沙”、“雨尘”、“雨尘土”、“黄霆”等记录。中国古人将风后降尘称为“霾”,《诗经》注释中称:“终风且霾,传霾雨土”。《尔雅》曰:“风尔雨土曰霾”。“终风”、“风尔”讲的都是风后降尘的天气现象,由于古代扬沙降尘天气不时发生,因此“霾”就成了这一天气现象的专称。《朔方通志》载天启元年(公元1621年)“四月乙亥午宁夏洪广堡,风霾大作,坠灰片如瓜籽,纷纷不绝,逾时而止,日将沉,作红黄色”。晋惠帝永康元年(公元300年),甘肃“十一戊午朔,大风从西北来,折木飞沙走石,六日始息”。表明这场风形成的沙尘暴摧折树木,沙石均被吹起,持续6天方平息。可见,沙尘暴在我国古代就成为一种对人类产生危害的天气现象。
据史料记载,公元前3世纪—1949年的2154年间,我国发生沙尘暴70次,平均31年发生一次。但自20世纪50年代以来我国沙尘暴发生次数却迅速增加,并且我国沙尘暴出现了发生时间早、影响范围大等新动向。我国沙尘暴发生的空间规律是西部多于东部,北部多于南部,主要集中在我国西北和华北的干旱和半干旱地区;沙尘暴在发生时间上表现为一年四季均有发生。据赵景波等对我国494例载有月份的沙尘暴记录统计表明,沙尘暴主要出现在2—5月份,占总数的78.3%,其中又以3—4月份最频繁,占总数的49.2%,2月、5月次之,其它月份较少。沙尘暴发生的日变化表现为主要集中在中午至傍晚,夜间至午前则相对较少。
形成原因强风、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。
自然条件戈壁滩上的沙尘暴
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,
H2SiO3=SiO2 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。
物理因素巨型沙尘暴
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。
环境因素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。
人为因素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。
气象因素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