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沙尘暴的原因,找到了!

“人们至少要每年一次做好准备,对付来自蒙古沙漠的大风沙,…届时天空阴暗,太阳看起来泛着黄色。尘土很像一朵厚厚的云,它钻进人们的耳朵和鼻孔里,弄的满嘴砂砾。”

这是林语堂回忆北平20世纪上半叶的文字。近百年的时间里世界格局都已经变化了数次,现代化的力量让生活天翻地覆,但对沙尘暴的无奈却何其相似。

是了,这是青春年华的气味

2021年3月15日,西起喀什,东至哈尔滨的广大地区陷入一片扬沙之中。帝都朋友圈摄影大赛如约而至,这唤起了很多北京孩子的小学记忆,也让北漂的南方朋友们体验到了北方都市的独特景象。

这样的天气,最适合拯救世界了(图:网络)

为什么本应万物生长的美好春季偏偏会刮起沙尘暴?这些沙尘究竟从哪里来?说好的春风十里怎么就变成了如此的样貌?

这次从东到西,北方省份一个都没放过

(参考:中央气象台-全国沙尘天气预报)

沙子从哪里来

沙尘暴并不是一件近代才出现的新鲜事物,《汉书》中就记录过:“夏四月,黄雾四塞。博问公卿大夫,无有所讳。”

唐代边塞诗中,沙尘暴更成为描摹边塞地区严酷环境的重要意象。意气风发时则如“大漠风尘日色昏,红旗半卷出辕门。前军夜战洮河北,已报生擒吐谷浑。”炽热的豪迈表露无疑;思乡心切时则有“出塞复入塞,处处黄芦草。从来幽并客,皆共沙尘老。”苍白的无奈点到即止。

古代边塞难啊

北边是蒙古高原大戈壁,西边是西域大沙漠

春风是如此短暂,日常都是在吹沙

(图:NASA-2013年3月9日)

“异常”的天气现象总能引发观者心中的种种不轻易表露的情感,古人不朽的诗文与今天速朽的朋友圈何其相似。可见沙尘暴是中国边疆地区自古以来就并不罕见的天气现象,我们的民族已经对它感慨了几千年。

千年来没有改变的一点是,沙尘暴只眷顾北方人,因为它的形成需要三个要素――沙源、不稳定的大气环流和强风。

大风刮起来,已经认不出下图哪是哪了

(图:NASA-2011年5月11日)

一旦三者同时具备,强风便会从地面卷起大量沙尘,沙尘过境之处,空气变得污浊,水平能见度也会明显下降。而不稳定的大气环流让沙尘得以被强风携带到更远的地方,否则沙尘会被更快削弱、阻挡,绝不可能让小半个中国沦陷。

原以为这是一张内陆卫星图,没想到是沿海

可惜我只能找到这么多了

各位列文虎克,你们还能找出更多城市么?

(图:NASA-2010年3月20日)

日常用语中的“沙尘暴”,其实指的是沙尘天气。而沙尘天气又以能见度、空气浑浊度、风力大小等标准分为五个等级,分别为浮尘、扬沙、沙尘暴、强沙尘暴、特强沙尘暴。而本次沙尘天气属于十年一遇的强沙尘暴。

也正因有多种要素限制,沙尘天气通常会突然发生,只持续较短时间,便会结束。时间虽然短,它却能带来极大的危害性,是一种灾害性天气现象。

动物也无法幸免

(图:图虫创意)

本次北京沙尘天气的沙源来自蒙古国南部,这里是一片面积高达130万平方千米的巨大沙漠的组成部分(另一部分在中国境内),横跨东戈壁省、中戈壁省、南戈壁省、戈壁阿尔泰省。就像古汉语中江特指长江,河特指黄河一样,这片沙漠名称也非常直接,就叫戈壁沙漠,它便是划分漠北蒙古和漠南蒙古的那个“漠”。

这是一条相当广阔的荒漠地带

大风吹起来,风沙的辐射范围还会更大更大

(底图:在意空气)

蒙古国的国家能力目前尚不足以应对非法采煤、过度放牧的问题,以至于首都乌兰巴托早已不是想象中静谧的漠北天堂,而是一片深受虚假城市化、空气污染之苦的臃肿城市。对如此广大,干旱的沙海进行有效的综合治理也就更无从谈起了。戈壁沙漠自然就成为沙尘暴取之不尽的沙源。

乌兰巴托所在的蒙古北部已经是相对湿润的地区了

再往北是更湿润的森林地带

往南则从草原逐步过渡到茫茫大漠

(乌兰巴托周边,图:shutterstock)

其实,受本轮沙尘天气影响最严重的地区并不是北京,于国外是蒙古国,目前已经造成数人死亡,数十人失踪。

于国内是黄河几字湾周边,即宁夏和内蒙古的巴彦淖尔与呼包鄂地区。这里不但会受到蒙古国沙源的影响,其周边就有巴丹吉林沙漠、腾格里沙漠、毛乌素沙地等中国八大沙漠中的四个。只不过受限于人口规模和经济政治地位,这里往往不受区域外的人关注。

也就是这一区域

可以说是中国阻挡沙漠化的前沿,非常重要

(底图? 2008-2019Chelys srl)

之前地球知识胡局捐助的公益林也建于这一区域

点击下图查看相关

风沙如何来

秋冬季节,大陆降温快,海洋降温慢,大陆的温度会比海洋更低,靠近地面的空气同样如此。而欧亚大陆作为世界上最大的大陆,这种海陆热力性质差异表现得尤其明显。在亚洲内陆高纬度的蒙古国北部、或以北地区,空气尤为寒冷致密,自然要向周边温度较高、密度较低的地区扩散。由此便出现了一个影响范围几千千米的顺时针旋转气团,这就是蒙古-西伯利亚冷高压。

就属你最显眼

(图:wikipedia@Sinysee)

高压生成后会向东南方移动,带来大风和降温,让冬季的亚洲东部比同纬度其他地区更为寒冷。在高压裹挟的冷气团向南“倾轧”暖气团的过程中,大气环流变得不稳定,所以秋天沙尘暴多发。而冬季,中国北方已经被冷气团控制,南方距离沙源太远,所以冬季虽然会刮起寒冷的北风,却很少见到沙尘天气。

虽然不见沙尘,但极地涡旋南下还是非常可怕的

气候变化导致的各种灾害越发显现

(今年年初的超级寒潮)

原本的高压向南移动后,因为海陆热力性质差异没有逆转,西伯利亚还是会再次生成新的高压,周而复始,带来一轮轮的寒潮。当春季到来,太阳直射点即将北移至北半球,北半球接受到的太阳能越来越多,并带来气压带风带的北移。此时冷气团与暖气团此消彼涨,南方的暖气团再次北上,与南下的冷气团再次相遇,大气环流变得不稳定。

一月初(上)与三月初(下)

冷空气向北方退却了

但中国北方到蒙古国的沙漠地带也成了交锋前线

所以从2月中下旬,中国北方开始出现沙尘天气,3月后进入高发期,4月通常为沙尘天气出现的峰值。进入5月暖气团控制地区越来越多,越来越靠北,而冷气团变得非常弱势,沙尘天气出现频率开始下降。

一月初(上)与八月初(下)

具体到本次沙尘天气。新一轮南下的冷空气非常强劲,在蒙古国境内刮起了每秒20米的强风,经过戈壁沙漠时卷起了大小沙尘。从直径5-0.05毫米的沙,到直径小于0.05毫米的尘都被卷起。受重力和地表建筑物、植被的影响,直径较大的沙很快落下,尘则随着风继续南侵。

3月14日左右,冷气团抵达中国,并将南方暖气团与被“晒热”的上一轮冷气团挤逐渐挤压到长江沿线一代,来自蒙古国的尘被刮到北京。而黄河几字湾周边因为有就近的沙源,所以表现为强沙尘暴,而北京等华北城市,能见度在500米至1千米之间,也达到了沙尘暴级别。

大规模重度污染来得如此之快

沿着沙漠带横扫中国北方

(图:彩云天气)

防沙多年有用吗

其实,北京的沙尘暴在以前更为严重。

受不合理开发的影响,到1966年时,北京的沙尘暴天气创造了20天的纪录。那时离北京最近的沙源是仅仅180千米之外河北承德的塞罕坝,所以那时北京的沙尘暴,是刮到嘴里可以嚼出颗粒感的真正的沙尘暴。

如今的承德塞罕坝,环境比曾经已经改善很多

(图:ImZ318-图虫创意)

70年代风沙依旧频繁,为了改变这一环境问题,1979年,三北防护林工程正式上马。这一工程西起新疆的乌孜别里山口,东至黑龙江宾县,分三个阶段、八期工程进行,规划造林5.34亿亩,预计到2050年正式完成。

三北防护林工程范围与中国风沙带区域大致对应

(向右滑动,三北防护林工程大致范围)

植物的根系可以固定住土壤和砂砾,起到减少沙源的作用,成林后还可以减缓北风,过滤风沙,降低沙尘暴的强度和频率。

如今三北防护林的建设已经成果初现,沙尘经过越来越密,越来越厚的防护林,被显著减弱、过滤,让近年来北京每年的沙尘暴天数,确实呈现出波动下降的态势。从60年代的年均5.3日,6.6小时,变为80年代的年均0.9日,0.72小时5年未发生,再变为变为2010年代的年均0.1日。不光是北京,全国沙尘天气的也下降到2011-2019年的,年平均11.4次。

当然,建防护林并不是指要在广大的范围内种树

北方沙化最严重的其实是曾经的草原

而草原生态与沙漠生态都相当脆弱

除了种树,如何逐渐恢复沙化的草原才是治本

(图:图虫创意)

防护林抵御沙尘暴效果确实显著,但是,做不到杜绝风沙天气。因为沙尘中沙的高度通常只有40厘米,地表植被可以很好的起到阻挡、过滤的作用。但是轻飘飘的尘可以被上升气流刮得很高,甚至进入距地面5000米左右的平流层,对此植被能起到的作用非常有限。

秋冬季节的西伯利亚高压不会消失,强风和不稳定的大气环流就不会消失。想彻底解决沙尘天气,就只能解决沙尘暴沙源,但这同样并不现实。

治理沙源才是根本,但是也最难

(科尔沁塔敏查干沙漠,孝庄太后很伤心)

(图:yangyi380-图虫创意)

防风固沙需要成本,也需要自然条件。植树造林可以把年降水量490毫米的塞罕坝变成森林;把沙化的草原逐渐恢复成绿地。但是对于面积过于巨大,距海过于遥远,蒸发量巨大的地区,植物种植之后能否存活就是个问题了。

而且还要进行农业开发

水源往往在农业之外就所剩无几了

(西辽河流域,图:google map)

经过对于环保的重视和多年的环境治理,西北地区的年降雨量呈现出波动上升趋势,但是,其上升幅度很小,平均每十年只增加0.11毫米,部分地区的降水量甚至呈小幅下降趋势。西北地区的防风治沙工作依旧不简单。

内蒙古东部降水量尚可支持相当规模的草原

到了西部则愈发恶劣

广阔沙漠与蒙古的戈壁省连为一体,只能遏制其扩张

更尴尬的问题在于,最重要的沙源在蒙古国,中国显然无法直接把三北防护林扩展到他国境内,只能依赖于国际合作,而戈壁沙漠自古环境恶劣,想要改造恐怕成本巨大,且结局难以预料。

所以未来北京的沙尘暴可能会成为历史,但是扬沙、浮尘天气消失的可能性不大。不如换种心态来面对这些自然现象,想到那些飞上5000米高空的尘穿越荒野、农田与城市,最终降落到海中,成为浮游生物饕餮的营养物质,最终随着食物链滋养整片海洋,沙尘是不是也变得浪漫了起来。

毕竟,沙尘暴也是东亚气象系统的一部分

黄土高原与华北平原的形成均受益于此

既要解决问题,也要适应环境

(图:NASA)

参考文献:

黄小燕,王圣杰,王小平.1960-2015年中国西北地区大气可降水量变化特征[J].气象,2018:1191-1199.2.汪彪,曾新民,刘正奇,周霄林,所靖东.中国西北地区参考作物蒸散量的估算与变化特征[J].干旱气象,2016:34-42.3.郭军宁.北京“沙尘暴”新解[J].百科知识,2009:22-23.4.宋立宁,朱教君.沙暴、尘暴和沙尘暴[J].防护林科技,2015:5-7.5.邹受益.北京沙尘暴溯源[J].大自然,2008:61-63.

6.http://124.205.185.62:8080/lssbs/18/20200515/142357552882883.html

7.http://www.weather.com.cn/zt/tqzt/2859615.shtml#p=1

*本文内容为作者提供,不代表地球知识局立场

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