中国沙尘天气的区域特征_中国沙尘天气预报图

1.什么是沙尘暴

2.中国治了这么多年沙，怎么还有这么大的沙尘暴？

3.中国北方沙尘暴发生源地调查与沙尘暴物质来源探讨

什么是沙尘暴

沙尘暴

沙尘来源及其路径

从1999年到2002年春季，我国境内共发生53次（ 1999年9次，2000年14次，2001年18次，2002年12次）沙尘天气，其中有33次起源于蒙古国中南部戈壁地区，换句话说，就是每年肆虐我国的沙尘，约有六成来自境外。这是7月2日，中国气象局副局长李黄向媒体公布的研究结果。他说，2002年春季，我国北方共出现了12次沙尘天气过程。具有出现时段集中、发生强度大、影响范围广等3个特点。影响我国的沙尘天气源地，可分为境外和境内两种。分析表明：三分之二的沙尘天气起源于蒙古国南部地区，在途经我国北方时得到沙尘物质的补充而加强；境内沙源仅为三分之一左右。发生在中亚 （哈萨克斯坦）的沙尘天气，不可能影响我国西北地区东部乃至华北地区。新疆南部的塔克拉玛干沙漠是我国境内的沙尘天气高发区，但一般不会影响到西北地区东部和华北地区。我国的沙尘天气路径可分为西北路径、偏西路径和偏北路径：西北1路路径，沙尘天气一般起源于蒙古高原中西部或内蒙古西部的阿拉善高原，主要影响我国西北、华北；西北2路路径，沙尘天气起源于蒙古国南部或内蒙古中西部，主要影响西北地区东部、华北北部、东北大部；偏西路径，沙尘天气起源于蒙古国西南部或南部的戈壁地区、内蒙古西部的沙漠地区，主要影响我国西北、华北；偏北路径，沙尘天气一般起源于蒙古国乌兰巴托以南的广大地区，主要影响西北地区东部、华北大部和东北南部。

近年我国的大风沙尘天气

经统计，60年代特大沙尘暴在我国发生过8次，70年代发生过13次，80年代发生过14次，而90年代至今已发生过20多次，并且波及的范围愈来愈广，造成的损失愈来愈重。现将90年代以来我国出现的几次主要大风和沙尘暴天气的有关情况介绍如下：1993年：4月至5月上旬，北方多次出现大风天气。4月19日至5月8日，甘肃、宁夏、内蒙古相继遭大风和沙尘暴袭击。其中5月5日至6日，一场特大沙尘暴袭击了新疆东部、甘肃河西、宁夏大部、内蒙古西部地区，造成严重损失。1994年：4月6日开始，从蒙古国和我国内蒙古西部刮起大风，北部沙漠戈壁的沙尘随风而起，飘浮到河西走廊上空，漫天黄土持续数日。1995年：11月7日，山东40多个县（市）遭受暴风袭击，35人死亡，121人失踪，320人受伤，直接经济损失10亿多元。1996年：5月29日至30日，自1965年以来最严重的强沙尘暴袭掠河西走廊西部，黑风骤起，天地闭合，沙尘弥漫，树木轰然倒下，人们呼吸困难，遭受破坏最严重的酒泉地区直接经济损失达两亿多元。1998年：4月5日，内蒙古的中西部、宁夏的西南部、甘肃的河西走廊一带遭受了强沙尘暴的袭击，影响范围很广，波及北京、济南、南京、杭州等地。4月19日，新疆北部和东部吐鄯托盆地遭瞬间风力达12级的大风袭击，部分地区同时伴有沙尘。这次特大风灾造成大量财产损失，有6人死亡、44人失踪、256人受伤。5月19日凌晨，新疆北部地区突遭狂风袭击，阿拉山口、塔城等风口地区风力达9至10级，瞬间风速达每秒32米，其他地区风力普遍达到6至7级。狂风刮倒大树，部分地段电力线路被刮断。1999年：4月3日至4日，呼和浩特地区接连两天发生持续大风及沙尘暴天气。这次沙尘暴的范围从内蒙古自治区的西部地区一直到东部的通辽市南部，瞬时风速为每秒16米。伊克昭盟达拉特旗风力最高达到10级。2000年：3月22日至23日，内蒙古自治区出现大面积沙尘暴天气，部分沙尘被大风携至北京上空，加重了扬沙的程度。3月27日，沙尘暴又一次袭击北京城，局部地区瞬时风力达到8至9级。正在安翔里小区一座两层楼楼顶施工的7名工人被大风刮下，两人当场死亡。一些广告牌被大风刮倒，砸伤行人，砸坏车辆。2002年：3月18日到21日，20世纪90年代以来范围最大、强度最强、影响最严重、持续时间最长的沙尘天气过程袭击了我国北方140多万平方公里的大地，影响人口达1.3亿。

什么是沙尘暴？

沙尘暴 (sand duststorm) 是沙暴 (sandstorm) 和尘暴 (duststorm) 两者兼有的总称，是指强风把地面大量沙尘物质吹起卷入空中，使空气特别混浊，水平能见度小于 1km 的严重风沙天气现象。其中沙暴系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它细粒物质卷入高空所形成的风暴。

沙尘天气概念、规定和标准

一、沙尘天气概念：

沙尘天气分为浮尘、扬沙、沙尘暴和强沙尘暴四类。

浮尘：尘土、细沙均匀地浮游在空中，使水平能见度小于10公里的天气现象；

扬沙：风将地面尘沙吹起，使空气相当混浊，水平能见度在1公里至10公里以内的天气现象；

沙尘暴：强风将地面大量尘沙吹起，使空气很混浊，水平能见度小于1公里的天气现象；

强沙尘暴：大风将地面尘沙吹起，使空气很混浊，水平能见度小于500米的天气现象。

二、沙尘天气过程分类

沙尘天气过程分为四类：浮尘天气过程、扬沙天气过程、沙尘暴天气过程和强沙尘暴天气过程。

浮尘天气过程：在同一次天气过程中，我国天气预报区域内5个或5个以上国家基本（准）站在同一观测时次出现了浮尘天气；

扬沙天气过程：在同一次天气过程中，我国天气预报区域内5个或5个以上国家基本（准）站在同一观测时次出现了扬沙天气；

沙尘暴天气过程：在同一次天气过程中，我国天气预报区域内3个或3个以上国家基本（准）站在同一观测时次出现了沙尘暴天气；

强沙尘暴天气过程：在同一次天气过程中，我国天气预报区域内3个或3个以上国家基本（准）站在同一观测时次出现了强沙尘暴天气。

三、沙尘天气预报警报发布标准：

1、决策服务

预计未来24小时内将有沙尘天气过程发生时，在内部公报、专报及决策服务材料中发布沙尘天气预报。

2、公众预报

国家级标准：

预计未来24小时内将有沙尘天气过程发生，且影响范围较大或影响到京津地区时，向社会公众发布沙尘暴警报。；

预计未来24小时内将有沙尘暴或强沙尘暴天气过程发生，并将造成严重影响时，向社会公众发布沙尘暴警报。

省级标准：

由各省（区、市）气象局参照国家级标准确定。

说明：

1、省级沙尘天气预报警报发布标准报中国气象局备案。

2、沙尘天气预报、警报应包括发生沙尘天气的区域、时段、强度、可能造成的影响及对策。

3、中央气象台向公众发布沙尘天气预报警报前应及时通过有效方式向有关省气象台通报，省级气象台向公众发布沙尘天气预报警报前应及时通过有效方式向中央气象台及有关气象台站通报。

沙尘暴天气成因及物理机制

沙尘暴天气成因

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。

沙尘暴形成的物理机制

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。

沙尘暴主要危害方式

⑴ 强风：携带细沙粉尘的强风摧毁建筑物及公用设施，造成人蓄亡。

⑵ 沙埋：以风沙流的方式造成农田、渠道、村舍、铁路、草场等被大量流沙掩埋，尤其是对交通运输造成严重威胁。

⑶ 土壤风蚀：每次沙尘暴的沙尘源和影响区都会受到不同程度的风蚀危害，风蚀深度可达1～10厘米。据估计，我国每年由沙尘暴产生的土壤细粒物质流失高达106～107 吨，其中绝大部分粒径在10微米以下，对源区农田和草场的土地生产力造成严重破坏。

⑷ 大气污染：在沙尘暴源地和影响区，大气中的可吸入颗粒物（TSP）增加，大气污染加剧。以1993年“5.5”特强沙尘暴为例，甘肃省金昌市的室外空气的TSP浓度达到1016 mg/m3，室内为80 mg/m3，超过国家标准的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10天，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。

黑风的危害

黑风的危害主要有两个字，一是风二是沙。

大风的危害也有两：一是风力破坏，二是刮蚀地皮。

先说风力破坏。大风破坏建筑物，吹倒或拔起树木电杆，撕毁农民塑料温室大棚和农田地膜等等。此外，由于西北地区四、五月正是瓜果、蔬菜、甜菜、棉花等经济作物出苗，生长子叶或真叶期和果树开花期，此时最不耐风吹沙打。轻则叶片蒙尘，使光合作用减弱，且影响呼吸，降低作物的产量；重则苗死花落，那就更谈不上成熟结果了。例如，993年5月5日黑风，使西北地区8.5万株果木花蕊被打落，10.94万株防护林和用材林折断或连根拔起。此外，大风刮倒电杆造成停水停电，影响工农业生产。1993年5月5日黑风造成的停电停水，仅金昌市金川公司一家就造成经济损失8300万元。

大风作用于干旱地区疏松的土壤时会将表土刮去一层，叫做风蚀。例如1993年5月5日黑风平均风蚀深度十厘米（最多50厘米），也就是每亩地平均有60到70立方米的肥沃表土被风刮走。其实大风不仅刮走土壤中细小的黏土和有机质，而且还把带来的沙子积在土壤中，使土壤肥力大为降低。此外大风夹沙粒还会把建筑物和作物表面磨去一层，叫做磨蚀，也是一种灾害。

沙的危害主要是沙埋。前面说过，狭管，迎风和隆起等地形下，因为风速大，风沙危害主要是风蚀，而在背风凹洼等风速较小的地形下，风沙危害主要便是沙埋了。例如，1993年5月5日黑风中发生沙埋的地方，沙埋厚度平均20厘米，最厚处达到了1.2米。

此外更重要的是，人的生命的损失。例如1993年5月5日黑风中共死亡85人，伤264人，失踪31人。此外，死亡和丢失大牲畜12万头，农作物受灾560万亩，沙埋干旱地区的生命线水渠总长2000多公里，兰新铁路停运31小时。总经济损失超过5.4亿元。

沙尘暴天气的危害

沙尘暴天气是我国西北地区和华北北部地区出现的强灾害性天气，可造成房屋倒塌、交通供电受阻或中断、火灾、人畜伤亡等，污染自然环境，破坏作物生长，给国民经济建设和人民生命财产安全造成严重的损失和极大的危害。沙尘暴危害主要在以下几方面：

1、生态环境恶化

出现沙尘暴天气时狂风裹的沙石、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。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1016毫米/立方厘米，室内为80毫米/立方厘米，超过国家规定的生活区内空气含尘量标准的40倍。

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，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，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。

3、生命财产损失

1993年5月5日，发生在甘肃省金昌、威武、民勤、白银等地市的强沙尘暴天气，受灾农田253.55万亩，损失树木4.28万株，造成直接经济损失达2.36亿元，死亡50人，重伤153人。2000年4月12日，永昌、金昌、威武、民勤等地市强沙尘暴天气，据不完全统计仅金昌、威武两地市直接经济损失达1534万元。

4、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，使汽车、火车车厢玻璃破损、停运或脱轨。

沙尘暴产生的原因

沙尘暴缘起土壤风蚀

据新华社兰州电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近日用品顺利完成。

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。

此外，通过实验研究人员得出一条结论：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。

沙尘暴的元凶：大气环流

北京春天里发生沙尘暴的短暂一幕，只不过是中国北方连绵约30万平方公里的黄土高原在二三百万年中每年都要经历的天气过程，所不同的是，后者的风力更强，刮风的时间更长(可以持续几天)，沙尘的来源并不是50米开外的十字路口，而是上百公里以外的沙漠和戈壁。

就如同上帝在玩一个匪夷所思的游戏：他把中国西北部和中亚地区沙漠和戈壁表面的沙尘抓起来往东南方向抛去，任凭沙尘落下的地方渐渐堆积起一块高地。这个游戏从大约240万年以前就开始了，上帝至今乐此不疲(2002年《自然》杂志发表了中国学者的最新研究成果，把其开始的时间推到了2200万年前)。

事实上，风就是上帝抛沙的那只手。

印度板块向北移动与亚欧板块碰撞之后，印度大陆的地壳插入亚洲大陆的地壳之下，并把后者顶托起来。从而喜马拉雅地区的浅海消失了，喜马拉雅山开始形成并渐升渐高，青藏高原也被印度板块的挤压作用隆升起来。这个过程持续6000多万年以后，到了距今大约240万年前，青藏高原已有2000多米高了。

地表形态的巨大变化直接改变了大气环流的格局。在此之前，中国大陆的东边是太平洋，北边的西伯利亚地区和南边喜马拉雅地区分别被浅海占据着，西边的地中海在当时也远远伸入亚洲中部，所以平坦的中国大陆大部分都能得到充足的海洋暖湿气流的滋润，气候温暖而潮湿。中国西北部和中亚内陆大部分为亚热带地区，并没有出现大范围的沙漠和戈壁。

然而东西走向的喜马拉雅山挡住了印度洋暖湿气团的向北移动，久而久之，中国的西北部地区越来越干旱，渐渐形成了大面积的沙漠和戈壁。这里就是堆积起了黄土高原的那些沙尘的发源地。体积巨大的青藏高原正好耸立在北半球的西风带中，240万年以来，它的高度不断增长着。青藏高原的宽度约占西风带的三分之一，把西风带的近地面层分为南北两支。南支沿喜马拉雅山南侧向东流动，北支从青藏高原的东北边缘开始向东流动，这支高空气流常年存在于3500—7000米的高空，成为搬运沙尘的主要动力。与此同时，由于青藏高原隆起，东亚季风也被加强了，从西北吹向东南的冬季风与西风急流一起，在中国北方制造了一个黄土高原。

在中国西北部和中亚内陆的沙漠和戈壁上，由于气温的冷热剧变，这里的岩石比别处能更快地崩裂瓦解，成为碎屑，地质学家按直径大小依次把它们分成：砾(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)。黏土和粉沙颗粒，能被带到3500米以上的高空，进入西风带，被西风急流向东南方向搬运，直至黄河中下游一带才逐渐飘落下来。

二三百万年以来，亚洲的这片地区从西北向东南搬运沙土的过程从来没有停止过，沙土大量下落的地区正好是黄土高原所在的地区，连五台山、太行山等华北许多山的顶上都有黄土堆积。当然，中国北部包括黄河在内的几条大河以及数不清的沟谷对地表的冲刷作用与黄土的堆积作用正好相反，否则的话，黄土高原一定不会是现在这样，厚度不超过409.93米。太行山以东的华北平原也是沙土的沉降区，但是这里是一个不断下沉的区域，同时又发育了众多河流，所以落下来的沙子要么被河流冲走，要么就被河流所带来的泥沙埋葬了。

中国古籍里有上百处关于“雨土”、“雨黄土”、“雨黄沙”、“雨霾”的记录，最早的“雨土”记录可以追溯到公元前1150年：天空黄雾四塞，沙土从天而降如雨。这里记录的其实就是沙尘暴。

雨土的地点主要在黄土高原及其附近。古人把这类事情看成是奇异的灾变现象，相信这是“天人感应”的一种征兆。晋代张华编的博物志中就记有:“夏桀之时，为长夜宫于深谷之中，男女杂处，十旬不出听政，天乃大风扬沙，一夕填此空谷。”

1966—1999年间，发生在我国的持续两天以上的沙尘暴竟达60次。中科院刘东生院士认为，黄土高原应该说是沙尘暴的一个实验室，这个实验室积累了过去几百万年以来沙尘暴的记录。中国西北部沙漠和戈壁的风沙漫天漫地洒过来，每年都要在黄土高原上留下一层薄薄的黄土。

沙尘暴的治理和预防措施

1.加强环境的保护，把环境的保护提到法制的高度来。

2.恢复植被，加强防止风沙尘暴的生物防护体系。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。

3.根据不同地区因地制宜制定防灾、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，以点带面逐步推广，进一步完善区域综合防御体系。

4.人们对自然资源进行长期掠夺式开发，因而造成对自然生态环境的严重破坏，而环境的恶化又为沙尘暴提供了丰富的沙尘物质来源。

5.控制人口增长，减轻人为因素对土地的压力，保护好环境。

6.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破坏，就很难恢复，不仅加剧沙尘暴等自然灾害，还会形成恶性循环，所以人们要自觉地保护自己的生存环境。

四道防线阻击沙尘暴

第一，在北京北部的京津周边地区建立以植树造林为主的生态屏障；

第二，在内蒙古浑善达克中西部地区建起以退耕还林为中心的生态恢复保护带；

第三，在河套和黄沙地区建起以黄灌带和毛乌素沙地为中心的鄂尔多斯生态屏障；

第四，尽快与蒙古国建立长期合作防治沙尘暴的计划框架，设置到蒙古国的保护屏障。

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所不能或缺的部份，例如澳洲的赤色沙暴中所夹带来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，因此沙暴的影响层级并非全为负面。或许在另一层面来说，沙尘暴也许也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。为研究沙暴提供塔斯曼海养分以及其它诸多效应等，澳洲曾汇集了许多气候学者。他们发现澳洲沙暴的红色石英沉积物也可在新西兰找到，并且反而肥沃了新西兰的土地；因此澳洲沙尘暴所造成的养分损失却可造成新西兰土地的养分收获。而像是夏威夷当地肥沃的土壤沉积物根据分析资料也可证明有许多的养料成分也是来自遥远的欧亚大陆内部。正因为两地相隔万里，普通的风无法把内陆的尘埃吹到这么遥远的地方，因此正是沙尘暴，把细小却包含养分的尘土携上3000米高空，穿越大洋，再播种一般把它们撒下来。除了夏威夷群岛，科学家还发现，地球上最大的绿肺―亚马孙盆地的雨林也得益于沙尘暴，它的一个重要的养分来源也是空中的沙尘。沙尘暴能把盘石变得葱葱郁郁的秘密在于，沙尘气溶胶含有铁离子等有助于植物生长的成分。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05.-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。”也因此，沙尘暴虽然危害甚大，却也是地球自然生态当中的一个必经的过程，因为自人类有史以来，便有沙尘暴的出现了。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所对于环境的危害性。

沙尘暴预防措施

1.加强环境的保护，把环境的保护提到法制的高度来。

2.恢复植被，加强防止风沙尘暴的生物防护体系。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。

3.根据不同地区因地制宜制定防灾、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，以点带面逐步推广，进一步完善区域综合防御体系。

4.人们对自然资源进行长期掠夺式开发，因而造成对自然生态环境的严重破坏，而环境的恶化又为沙尘暴提供了丰富的沙尘物质来源。

5.控制人口增长，减轻人为因素对土地的压力，保护好环境。

6.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破坏，就很难恢复，不仅加剧沙尘暴等自然灾害，还会形成恶性循环，所以人们要自觉地保护自己的生存环境。

四道防线阻击沙尘暴

第一，在北京北部的京津周边地区建立以植树造林为主的生态屏障；

第二，在内蒙古浑善达克中西部地区建起以退耕还林为中心的生态恢复保护带；

第三，在河套和黄沙地区建起以黄灌带和毛乌素沙地为中心的鄂尔多斯生态屏障；

第四，尽快与蒙古国建立长期合作防治沙尘暴的计划框架，设置到蒙古国的保护屏障

中国治了这么多年沙，怎么还有这么大的沙尘暴？

沙尘暴产生的原因是强风、强热力不稳定和沙源分别作为动力因子和物质基础。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。

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。

沙尘暴是一种风与沙相互作用的天气现象,即由于强风将地面沙尘吹起，使大气能见度急剧降低的灾害性天气。沙尘暴形成的原因是多种多样的，既有自然原因，也有人为原因。其中，人口膨胀导致的过度开发自然资源、过量砍伐森林、过度开垦土地是形成沙尘暴的主要原因，并加重了其强度和频度。

中国北方沙尘暴发生源地调查与沙尘暴物质来源探讨

王永　迟振卿　姚培毅　刘训　闵隆瑞

（中国地质科学院地质研究所，北京，100037）

摘要　本文通过对北京—临河—额济纳旗地表沙尘样品的地球化学、同位素组成等调查，分析了中国北方地区沙尘暴发生源地之一额济纳旗沙尘暴形成的原因与天气条件，并讨论了额济纳旗—北京地表沙尘样品的物质组成与来源问题。Sm/Nd同位素与氧化物特征表明，额济纳旗—北京的地表沙尘主要来源于基岩或土壤就地风化侵蚀，异地成分的贡献较小。北方沙尘暴的发生主要是由于当地气候条件与生态环境的恶化造成的。

关键词　沙尘暴　地球化学　组成　来源

1　沙尘暴概况

沙尘天气分为浮尘、扬沙、沙尘暴和强沙尘暴四类。沙尘暴是指强风将地面大量尘沙吹起，使空气很混浊，水平能见度小于1km的天气现象；沙尘暴的形成至少要有三个条件，一是有利于产生大风或强风的天气形势，二是有利的沙、尘源分布，三是有利的空气不稳定条件。强风是沙尘暴产生的动力，沙、尘源是沙尘暴形成的物质基础，不稳定的空气状态是重要的局地热力条件，利于风力加大、强对流发展，从而夹带更多的沙尘。

关于沙尘暴现象国内外已进行了许多研究，但多数是现象和灾情的描述，仅限于个例分析，或者天气形势的特征分析等方面。迄今尚没有弄清被风刮起的沙尘是以什么样的途径运动的，因为人们无法跟踪沙尘的整个运动过程。卫星所提供的图像也只能看到沙尘飞越太平洋的情景，但在陆地上的运动无法观察。由于缺乏各种数据，目前还无法建立沙尘暴的计算模型。沙尘飘得远近取决于其沙粒在空气中的漂浮高度，到目前为止，观察沙尘漂浮高度还只能靠专门的激光测量仪。但是，激光测量仪的缺陷是测量范围小，只能探测到空中很小区域，还无法判断沙尘的运动方向。

沙尘暴是我国北方地区的一种主要灾害性天气，它突发性强、破坏力大，难以预报和防御。我国西北、华北大部、青藏高原和东北平原地区沙尘暴年平均日数普遍大于1天（钱正安等，1997），是沙尘暴的主要影响区（高尚玉，2000；胡金明，1999），天山以南大部分地区沙尘暴年平均日数大于10天，是沙尘暴的多发区；塔里木盆地及其周围地区、阿拉善和河西走廊东北部是沙尘暴的高频区，沙尘暴年平均日数达20天以上，局部接近或超过30天，如新疆民丰36天、柯坪31天、甘肃民勤30天等（徐启运等，1997）。

目前我国正处于沙尘天气非频发期的上升期。近年来，我国沙尘暴的强度有所增强，强沙尘暴的次数增加，统计表明，上世纪60年代特大沙尘暴在我国发生过8次，70年代发生过13次，80年代发生过14次，而90年代至今已发生过20多次，并且波及的范围愈来愈广，造成的损失愈来愈重。

本文拟从北方沙尘暴发生源地之一及途径地区地表沉积物的地质、地球化学等方面入手，分析不同地区地表沉积物的变化特征，研究沙尘暴发生与移动过程中源地物质对局地沙尘的贡献，探讨沙尘暴发生源地及其传播路径。本次工作中的样品取自北京至额济纳旗沿途地表风积物（图1）。

图1　北京—额济纳旗地表沙尘样品取样路线

2　我国北方沙尘暴物质组成特点及来源探讨

内蒙古额济纳旗位于巴丹吉林沙漠边缘，河西走廊北部。该地区靠近沙漠，具备丰富的沙源条件，河西走廊是冷空气活动的通道，是我国沙尘暴天气发生运移路径（北方路径）中的主要源地之一。据统计，1952～1994年我国有记载的48次强和特强沙尘暴中，仅额济纳旗就发生了6次。不仅给农牧业生产造成严重损失，有时还造成人畜伤亡。对该地区沙尘暴发生的特征进行调查分析，并探讨其发生的天气条件，可以为沙尘暴天气的预报预防工作提供依据。

2.1　沙尘样品的Sm-Nd同位素特征

2.1.1　Sm-Nd同位素原理

稀土元素Nd在自然界中存在143Nd和144Nd两种同位素，144Nd由放射性元素147Sm衰变而来，因而也称其为放射性成因Nd。143Nd则多富集于酸性铝硅酸盐中，通常称为陆源Nd。Nd同位素组成用143Nd/144Nd比值来表示。一般认为，在许多地质过程中w（Sm）/w（Nd）的分异很小，Sm-Nd体系可以保持封闭。

利用Nd同位素进行物源、古环境演化研究（刘季花，1998；孟宪伟，2001）始于对海洋沉积物的研究。近些年来，有人通过将海底沉积物的细粒组分（粘土）、洋面上的尘埃和气溶胶的Nd同位素组成与古地盾、沙漠的Nd同位素值进行比较，借此确定风成物质的来源（Grousset,1988；Donald,1988）。许多研究已经证明，细碎屑沉积物可以代表相当大区域内大陆地壳的平均成分，由于沉积过程中几乎可以忽略不计的Sm/Nd分异，碎屑沉积岩的Nd模式年龄被认为可反映沉积物源区的平均地壳存留年龄；碎屑沉积物本身也可反映物源供给区的化学成分和同位素成分的特征。

利用大陆沉积物Nd同位素组成进行物源识别是一种新的尝试，尚属于探索阶段。细碎屑沉积岩为原岩机械破坏的产物，在岩石风化、破碎、搬运、沉积过程中，Sm//Nd比值保持不变，形成的沉积岩保持原岩的Sm/Nd比值和同位素特征，模式年龄和原岩相同，因而可以鉴别沉积物的源区。

2.1.2　实验分析方法

Sm-Nd同位素测定在地科院地质所同位素实验室进行，采用MAT-261固体同位素质谱仪测定。电离带用Re带，蒸发带用Ta带，M+离子形式，可调多法拉弟筒接收器接收。质量分馏用143Nd/144Nd=0.7219校正，标准测定结果：J.M.Nd2O3143Nd/144Nd=0.511125±8,GBW04419143Nd/144Nd=0.512725±10。Sm,Nd流程空白为5×10-11g。年龄用ISOPLOT EX2计算，衰变常数为6.54×10-12a-1。

2.1.3　测试结果

测试结果见表1。

表1　临河—额济纳旗地表沙尘样品Sm-Nd同位素测试结果

所有样品的模式年龄都落在中—晚元古代。这些地表样品的物源区可能主要为中—晚元古代的老地壳。这些碎屑沉积物可能代表中—晚元古代两个端元组分以不同比例混合的产物。因此，地表沙尘样品可能是中元古代从地幔分异出来的地壳。碎屑沉积物的Nd模式年龄（TDM）分布在0.9～1.75Ga之间，支持这一结论。其中比较年轻的模式年龄显然是由于大量年轻物质的加入而造成的。从表1可以注意到，绝大部分样品的147Sm/143Nd值介于0.11～0.13之间，表明在沉积过程中Sm/Nd并没有明显的分异，因而这些以亏损地幔线性演化为假设前提而计算的Nd模式年龄是有意义的。地表沙尘样品中高的Nd同位素表明老的地壳（中元古代）可能是主要源区。

从Sm-Nd关系来看，所有沙尘样品的Sm/Nd比值变化不大，但143Nd/144Nd有一定变化，模式年龄的变化也较大（图2）。并未显示相同源区的特征。

图2　沙尘样品的143Nd/144Nd与模式年龄

2.2　沙尘样品的地球化学成分特征

地球化学方法用于沉积物的物源判别，具有直观、经济、有效的特点，利用地球化学组合成因专属性来定性识别沉积物物源属性已成为一种新趋势。但对于陆源碎屑沉积物而言，由于其来源复杂，需要配合其他方法才能更有效地识别物源的变化特征。

利用XRF方法对采集自北京—额济纳旗的地表沙尘样品进行氧化物含量分析，了解沙尘样品地球化学的变化特征，探讨可能的沙尘来源问题。

表2为所测试样品的氧化物含量特征，从表中可以看出，SiO2、CaO含量变化较大。

Sc24、Sc25样品SiO2含量最低，而CaO含量最高，该样品采集自北京西北山区，周围主要为碳酸岩区，表明地表沙样为就地风化产物。Sc29、Sc30样品SiO2含量最高，而CaO含量最低，该样品采集自内蒙古西部固阳—五原一带。

Si,Al,Ca,K,Mg,Mn,Na,Ti等属于亲石元素，它们的原子结构呈惰性气体型，因而在自然迁移过程中表现较稳定。Fe、P为亲铁元素。图3显示，沙样中的亲石元素与亲铁元素含量在沙尘源区—远离沙尘源区变化比较大，这表明沙尘的主要来源随搬运过程发生变化。可能局地岩石风化对沙样中氧化物含量影响最大。

表2　北京—额济纳旗地表沙尘样品的氧化物特征　单位：%

图3　北京—额济纳旗地表沙样主要氧化物变化特征

沙尘来源于某一地区地表土的风力起尘，而各类土壤的化学元素组分都有一定的特点，相互间有一定的差别，且特定的土壤都有一定的集中分布区域。对不同种类的地表土其元素之间的硅铝率w（SiO2）/w（Al2O3）和硅铝铁率[w（SiO2）/w（Al2O3+Fe2O3）]是相对稳定的，因此常用于初步定性判别某一土壤的源地。将地表沙尘样品的元素成分之间的这两个比率与我国几个典型地表土壤相应的比率进行比较（表3）。从表中可以看出，不同地表土壤类型其两个比率的差别是十分明显的。地表沙尘样品与黄绵土和棕漠土的两个比值较接近。对照我国土壤类型分布图，棕漠土主要分布于新疆北部，黄绵土主要分布于新疆、甘肃西北、内蒙古和宁夏西北及陕西广大地区。因此，该地区可能是沙尘的主要源地。

根据上述分析，沙样中沙尘的硅铝率w（SiO2）/w（Al2O3）和硅铝铁率w（SiO2）/w（Al2O3+Fe2O3）接近于棕漠土，其来源主要是包括我国西北地区在内的土壤尘。当然沙尘中还可能包括沿途混入的局地沙尘，以及由它们组成的地面二次扬尘。

表3　北京—额济纳旗地表沙尘样品与几种典型土壤的硅铝比

漠土系列是中国西北荒漠地区的重要土壤资源，包括灰漠土、灰棕漠土、棕漠土和龟裂土等，共同特征是：具有多孔状的荒漠结皮层，腐殖质含量低，且表聚性强，石膏和易溶性盐分在剖面不大的深度内聚积，存在较明显的残积粘化和铁质染红现象以及整个剖面的厚度较薄和石砾含量多（龟裂土和灰漠土除外）等。在成土过程中主要表现为钙化作用（石灰聚积）、石膏化与盐化作用、弱的铁质化作用，同时风成作用相当明显。

棕漠土是温带荒漠条件下和粗骨母质上发育的土壤，在西北占有很大的面积，同灰漠土比较，腐殖质的累积作用更弱，几乎无腐殖质层，表层有机质含量很少超过0.5%，且随深度增加含量亦无多大变化。

与西北荒漠地区的土壤地球化学特征相比较，地表沙尘样品明显具有较高的w（SiO2）/w（Al2O3）比值。其原因可能是由于沙尘样品经过更长时间的风化、磨蚀，具有更高的成熟度。

3　北方沙尘暴物质来源与传播路径讨论

沙尘暴的形成必须满足地表疏松细粒物质和风力搬运的动力条件，同时要具备不稳定的空气状态（邱新法，2001；张仁健，2002）。当动力条件满足时，沙尘暴的发生发展就随不同的地表条件而定，有植被保护的地表和未耕作的耕地抗风蚀力强，难以成为沙尘暴物质源地，而无植被覆盖或植被覆盖度低的裸露疏松细粒物质的地表都可以是潜在的沙尘暴物质源地。西北地区的几大山系由于气候较湿、植被覆盖好，土壤风蚀小，为非沙尘源区，除此以外的其他地区由于气候干旱、植被稀疏都有可能为沙尘暴源区，存在大量沙尘暴物质源地。同时，由于工业化程度的提高，城市规模扩大，在局部地区造成城市与周围地区显著的温度差异，使局部地温梯度增大，形成不稳定的空气热力状态，促进沙尘暴的产生。

在沙尘暴源区内沙尘暴物质源地判定的依据是：在土地资源类型中，裸岩、水体和建设用地都不具备有细粒物质的条件，构不成沙尘暴物质源地。林地和中高覆盖度草地由于植被覆盖度高，地表物质在植被保护下难以被风蚀，也不具备构成沙尘暴物质源地的条件。耕地由于地表植被覆盖率在年内变化与农事活动有极高的一致性，耕地是否是沙尘暴物质源地是由种植制度和农事活动特点决定的，每年的11月至第二年的3月为休耕期，降水少，耕作后的土壤破坏了地表植被和土壤持结力，抗风蚀力弱，成为强尘物暴质源地。从4月初至5月底，为旱地作物播种及发芽出苗期，虽植被盖度低，但由于灌溉土壤含水量高土壤抗风蚀力较强，为弱沙尘暴物质源地；从5月初至10月底，作物生长旺盛期，降水丰富，地表覆盖率高，此期间耕地属于非沙尘暴物质源地。干旱区的低覆盖度草地由于植被稀疏难以对地表土壤进行有效保护和阻止土壤细粒物质被风蚀，属于弱沙尘暴物质源地。戈壁由于砾石间夹有细粒沙土，也属于弱沙尘暴物质源地。

因此，沙尘暴源地的构成冬春季（前年11月至本年4月）主要是沙地、盐碱地、砾质戈壁、裸土、低覆盖度草地和耕地等6种类型，夏秋季（5月至10月）主要是沙地、盐碱地、砾质、裸土和低覆盖度草地等5种类型。

从地表沙尘样品的同位素组成及地球化学特征来看，北京－额济纳旗地表沙尘的主要来源均为成熟度高的沙地就地风蚀产物，异地成分较少。

由于沙尘源地与移动路径的差异，沙尘的影响范围会存在很大的差别。沙尘由于输送路径长，通过沉降清除，浓度会发生显著降低，一般演变为浮尘，因此在地表沙样中的贡献明显较小。

4　结语

北京—额济纳旗地表沙尘的主要来源均为成熟度高的就地风蚀产物，异地成分较少。沙尘由于输送路径长，通过沉降清除，浓度会发生显著降低，一般演变为浮尘，因此在地表沙样中的贡献明显较小。

通过额济纳旗、兰州及北京的气候资料记录的沙尘暴分析，前二者的沙尘暴天气可能增加北京上空的浮尘，但更多的沙尘暴天气不是直接受前二地的影响，区域性气候更是北京沙尘暴天气的主要原因。

北方沙尘暴的发生主要是由于风力作用吹蚀就地地表沉积物而形成。工业化程度提高，城市规模扩大，人口增多，形成热岛效应作用也使该地区与周围地区之间的温差日趋加大，地温梯度增加，促进沙尘暴的发生。

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