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沙尘暴气象特点与伤害研讨

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作者:白俊明刘利利王荣杨旺林单位:武川县气象局呼和浩特市气象局和林格尔县气象局

扬沙的特征

风力大风力大是沙尘暴的主要特征,在气象因子中,大风日数和沙尘暴日数相关性最好,平均相关系数可达0.9,大风日数多,沙尘暴日数也多。例:武川县2011年4月29日8:00时后的风速都大于6.0m/s,也是造成这次沙尘暴发生的主要动力因子,日极大风速可达22.0m/s,本月月平均风速3.8m/s(图1)。

降水少武川县春季的降水较少,雨量主要集中在夏季,降水量年内分配极不均匀,冬春雨雪少,春旱较严重,降水少的地区沙尘暴出现频率高;降水对沙尘暴的发生起着抑制作用,从年际变化看,一般降水少的干旱年,尤其是春季干旱时,大风也多,下垫面干燥,容易出现沙尘暴天气。降水和大风的产生都是由于大气环流特征决定的,降水既反映了大气环流背景,也起到沙尘抑制作用。因此,降水是沙尘暴发生的环境因子。2011年春季降水少,容易发生沙尘暴。4月份降水量4.9mm,比历年同期平均偏少59%(图2),2011年1-3月总降水量9.3mm。

气温高气温相对高,气温对沙尘暴的发生也有影响,当气温升高时,地表蒸发大,土壤将进一步变干。春季气温高的年份,促使下垫面更加干燥,同时由于下垫面的热力作用,增加了近地面层的热力湍流作用,配合有大风天气时,容易夹杂起地表沙尘,产生沙尘暴,气温是沙尘暴产生的热力因子。4月份月平均气温为4.7℃,比本月历年平均气温偏高(图3),相对湿度较小,最小湿度为0。

能见度低能见度较低,使空气特别混浊,有效水平能见度低于1km,南山的颜色、细微部分很难分辨(表1)。可见,沙尘天气发生时,气温上升,气压下降,相对湿度下降,风力逐渐增大。在2011年4月29日到17:00时冷锋开始逼近呼和浩特地区时,气压、相对湿度降到这一天的谷底,而气温上升至当日最高,前期升温降压和比较干燥的大气为沙尘的发生提供了有利条件。冷锋过境,扰动增强,触发不稳定能量释放,风速大增,冷锋携带和大风卷起的沙尘铺天盖地而来,形成我县大范围的沙尘天气。冷锋过境后,气温下降,气压升高,风速相对减小,相对湿度仍然维持较小但略有增大。

扬沙形成的原因

一般认为,扬沙通常由气候特征、天气形势以及人类活动等多种因素引起,成因比较复杂。同时,源地特征以及其他自然客观原因、经济落后、投资不足的社会客观因素也是造成扬沙天气的形成原因。

1武川县的气候影响

武川县是典型的中温带大陆性气候,日较差大,风沙大,风力大,年平均降水量336.7mm。2010年全年降水224.0mm,入春以来降水稀少,气候干燥,无水汽补给,给扬沙的形成造成一个良好的机会。

2天气形势及大气环流特征的影响

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、尘源是沙尘暴的物质基础,有利于风力加大、强对流发展的不稳定的热力条件,使风夹带更多的沙尘,并将其卷扬得更高。除此之外,武川县前期干旱少雨,天气变暖,气温回升,是沙尘暴形成的特殊的天气气候背景;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。另外,较强的空气入侵、具备产生强风的环流条件是导致沙尘产生的另一个重要原因。武川县2010年春季气温较常年偏低,温度上升快,蒸发量大,地表沙土无法固定,地面状况较差。同时,冷暖空气较活跃,大风天气较多,风吹沙土,沙尘自然出现。

大气环流影响中国北方沙尘天气发生,影响内蒙古沙尘有贝加尔湖地区蒙古气旋和乌拉尔高压,冬季武川县气温低,2010年气温最低为-22.9℃,春季回暖快。

3人类活动的干预

扬沙的形成与地球的温室效应、厄尔尼诺现象、滥用土地、森林锐减、植被破坏、围湖造田、物种灭绝有不可分割的关系,随着武川县人口的增长,人们的活动干预,陆地表面特性在一定程度上加剧了问题的严重性。土地开发和不合理耕作,围湖造田,超载放牧,不节约用水,破坏了大量草场,增加了裸地面积,大量开垦土地造成土地大面积贫瘠,破坏植被,形成大量的裸露土地,为沙尘发生提供大量沙尘源。

扬沙的危害分析

1生态环境恶化

出现沙尘暴天气时狂风裹着沙石、浮尘到处弥漫,凡是经过地区空气浑浊,呛鼻迷眼,呼吸道等疾病人数增加。也造成大气污染,大气中的可吸入颗粒物(TSP)增加,大气污染加剧。如1993年5月5日发生在金昌市的强沙尘暴天气,监测到的室外空气含尘量为1016mm/cm3,室内为80mm/cm3,超过国家规定的生活区内空气含尘量标准的40倍。2000年3-4月,北京地区受沙尘暴的影响,空气污染指数达到4级以上的有10d,同时影响到我国东部许多城市。3月24-30日,包括南京、杭州在内的18个城市的日污染指数超过4级。另外,每次沙尘暴都会受到不同程度的风蚀危害,风蚀深度可达1~10cm。据估计,我国每年由沙尘暴产生的土壤细粒物质流失高达106~107t,其中绝大部分粒径在10μm以下,对源区农田和草场的土地生产力造成严重破坏。

2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,持续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。畜牧业是武川县的支柱产业,其产值占全县国民生产总值的40%左右,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。扬沙中至少38种化学元素,它的发生增加了大气固态污染的浓度,给起源地、周边地区的大气环境、土壤农业生产造成长期潜在危害。特别是农作物赖以生存的土地,贫瘠的土地将严重影响作物的产量,造成了恶性循环。

3影响交通安全

(飞机、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。目前,沙尘暴是影响航空安全重要因素,也使汽车车厢玻璃破损。由于呼武公路是国家一级公路,沙尘暴的发生使得通过的车辆不得不停运,给出行的人们带来了很大不便。

4生命财产损失

1999年的沙尘暴天气,农作物受灾面积7733hm2,损失树木1.28万株,造成直接经济损失达2.36亿元,2006年的沙尘暴天气,粮食作物减产71333hm2,因灾减产粮食2.36万t,各类经济损失3550万元。

沙尘暴在生态系统中的作用

沙尘暴的危害虽然甚多,但整个沙尘暴的过程却也是自然生态系统所不可或缺的部分。例如澳洲的赤色沙暴中所夹带的大量铁质已证明是南极海浮游生物重要的营养来源,而浮游植物又可消耗大量的二氧化碳,以减缓温室效应的危害。因此,沙尘暴的影响层级并非全为负面,或许从另一层面来说,沙尘暴也许是地球为了应对环境变迁的一种症候,就像我们感冒了会发生咳嗽是为了排除气管中的废物一样。此外,由于沙尘暴多诞生在干燥高盐碱的土地上,沙尘暴所挟带的一些土粒当中也经常带有一些碱性的物质。所以,往往可以减缓沙尘暴附近沉降区的酸雨作用或土壤酸化作用。中国科学院大气物理研究所的王自发先生曾说:“沙尘暴的确降低了酸雨的酸性。沙尘及其土壤粒子的中和作用使中国北方降水的pH值增加0.8~2.5,韩国增加0.5~0.8,日本增加0.2~0.5。如果没有沙尘的作用,那么很多北方地区的酸雨危害要严重得多”。因此,沙尘暴虽然危害甚大,却也是地球自然生态当中一个必经的过程,只是我们应该更积极的找寻异常沙尘暴频率发生的机制,以真正解决异常气候变迁对环境的危害。

扬沙的治理

1加大绿化面积

人类不能从根本上消除沙尘天气,但可通过对土地的根治,有效降低其频度与强度,武川县仅2010年完成人工造林4000hm2,全民义务植树88万株,义务植树尽责率进一步提高。禁牧工作和林木管理、封山育林移民工作扎实有效,把防沙工作作为重点,贯彻落实可持续发展战略。增加科学讲座,提高人民意识,加强沙尘暴的发生、危害与人类活动的关系的科普宣传,使人们认识到所生活的环境一旦被破坏,就很难恢复,不仅加剧沙尘暴等自然灾害,还会造成恶性循环。因此,人们要自觉地保护自己的生存环境,这既是为了他人也是为了自己,防沙治沙是一项全民事业,扬沙、沙尘不是哪一个国家、哪一个民族、哪一个地区造成的,是全球性问题,远离沙尘地区的同胞们同样也应该积极参与防沙治沙中,这项事业需全民的支持与配合。比如,防沙、治沙的一个关键环节就是水资源保护。水是流动的,此处过度利用必将导致彼处水资源短缺。因此,大家应行动起来,把防沙工作、退耕还林等工作放在首位,以科学理论为指导,科技兴农、提高建设质量和成效,进一步深化改革,完善林业政策,保证林业生态建设可持续发展。

2加强防止沙尘暴的生物防护体系建设

恢复植被,加强防止沙尘暴的生物防护体系建设。实行依法保护和恢复林草植被,防止土地沙化进一步扩大,尽可能减少沙尘源地。加大植树造林、种草力度,2008年末,全县林地总面积(包括林地、疏林地、灌木林地、苗圃地和宜林地等)18.26万hm2,占全县总土地面积32.46%。其中林地有2.79万hm2,占林地总面积的17.62%;灌木成林4.78万hm2,占林地总面积30.15%;全县森林覆盖率15.58%;森林活立木蓄积量143.92万m2。林地总面积中,防护林15.30万hm2、特种用途林246.67hm2、用材林4673hm2、经济林613hm2。2000-2009年,武川县按照国家要求实行退耕还林(草),到2008年末,完成退耕还林5.71万hm2,占任务的101.5%,其中退耕地造林1.636万hm2,占计划任务的100%;荒山造林完成4.07万hm2,占全任务的102.2%。2000-2009年武川县退耕面积1.636万hm2,荒山荒坡还林面积4.06万hm2。开发太阳能、风能、减少温室气体向大气的排放,进而降低沙尘暴的危害程度。

3建设一批示范工程

根据武川县的实际情况,因地制宜制定防灾、抗灾、救灾规划,积极推广各种减灾技术,并建设一批示范工程。我县制定了三北防护林体系工程(1978-2006年),工程分四期实施:1978-1985年为一期工程,完成人工造林2.08万hm2;1986-1995年为二期工程,完成人工造林2.37万hm2;1996-2000年为三期工程,完成人工造林0.37万hm2;2006-2008年为四期工程,完成人工造林0.21万hm2,进一步完善区域综合防御体系。

小结

防治沙尘暴需要调节人类与自然的关系,大力保护和改善生态环境。预防加强环境保护,有效地控制人口增长,提高人民意识,减轻人为因素对土地的压力,保护环境,向着长远利益方向发展。落实可持续发展战略,一切从实际出发,种树、种草、扩大植被覆盖面。生态建设将继续坚持保护和建设并行原则,建立以森林植被为主,林草结合的国土生态安全体系,为建设社会主义和谐社会提供生态安全保障。我国目前已经对沙尘暴的成因有了比较明确的认识,沙尘暴的监测和预报体系也已经初步形成,这些成果为预防沙尘天气打下了基础,但真正要做到有风无沙,还需注意气象条件研究和生态环境治理的配合,采取有针对性的措施,并加大生态建设的力度。也许再过几十年,沙尘暴将淡化为我们的记忆,我们的子孙后代看到的将是一个山川秀美的大西北。

沙尘暴气象特点与伤害研讨责任编辑:陈老师    阅读:人次