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2012第七章、沙尘暴形成与发展

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2012第七章 沙尘暴形成与发展
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第七章、沙尘暴形成与发展 印度西北部地区——安德海(Andhi) 在非洲和阿拉伯地区—哈布(Haboob) 有的地区——称为“phantom”,即“鬼怪”的意思。 计划 6学时 全球范围内:沙尘暴每年都在发生 又是一年春来到,满城尽戴黄金甲。 沙尘暴对北京的影响:浮尘天气. 2006年“沙尘4月”北京只有9天蓝 ,中重度污染出现17天 ¡ 2006年4月 9~11日,西伯 利亚冷空气从新 疆入境,在内蒙 古、甘肃、宁夏 造成了一定的人 员和财产损失, 其中以新疆吐鲁 番地区最为严重 ,在吐鲁番地区 因为沙尘暴死伤 的有2个人,造 成的财产损失可 能比较大,T7 0次列车在吐鲁 番遭受飞沙走石 侵袭双层钢化玻 璃被击碎. 4月11日杨凌浮 尘天气,降 尘雨. 2006年4月9日晚7时 ,从乌鲁木齐发往北京的T 70次列车运行至小草湖至 红层之间时,遭遇特大沙尘 暴袭击,沙尘暴卷起的沙石 将车体运行方向左侧窗户玻 璃全部损坏,车上700余 名旅客和乘务人员与沙尘暴 几乎搏斗了24小时,在乘 务人员和旅客的全力协同努 力下,没有一人受伤,也无 旅客财物丢失,在晚点32 个小时后,安全到达兰州站 2006年4月17日 无数北京市民当 天收到同样一条 八卦短信:据 CNN报道,中国 导演张艺谋花1亿 元,从蒙古购 200万吨黄土, 飞机抛洒,已于 昨晚抵达北京上 空,用以宣传新 片《满城尽带黄 金甲》,效果相 当震撼。 降下的沙土据说超过了30万吨,京城人均摊上20公斤? 2006年4月9日~11日,强沙尘暴出 现在塔克拉玛干沙漠周围和内蒙古中东 部,浮尘天气东到北京,南到西安。杨 陵11日浮尘加小泥雨。 2006年4月16~18日强沙尘暴中心在 内蒙古东部朱日和地区(能见度200m), 所以北京17日浮尘、降尘严重,30吨砂尘 在北京落户。杨陵没有浮尘天气。 沙尘暴起源 地、运移路 径不同。 ¡引言:感性认识沙尘暴 (光盘) ¡一. 沙尘暴概念 (20) ¡二. 沙尘暴时空分布的统计特征 (22) ¡三、黑风暴的表现特征 (38) ¡四、沙尘暴的危害与优点 (45) ¡五、沙尘暴成因分析 (53) ¡六、沙尘暴的影响因素 (68) ¡七、沙尘暴的防治 (78) 6~8学 时 一. 沙尘暴概念 沙尘天气分为浮尘、扬沙和沙尘暴3个等级 浮尘:指在无风或风力较小的情况下,尘土、粉沙均 匀地漂浮在空中,使水平能见度小于10公里的天气现象 。 扬沙:指由于风力较大,将地面沙尘吹起,使空气相 当浑浊,水平能见度1-10公里的天气现象。 沙尘暴:系指强风把地面大量沙土卷入空中,使空气 特别浑浊,使水平能见度小于1公里的天气现象。 沙尘暴(sand-dust storm)是沙暴(sand storm )和尘暴(dust storm)两者兼有的总称,其中沙暴系 指大风把大量沙粒吹入近地面气层所形成的携沙风暴; 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。 什么是沙尘天气:沙尘天气是沙尘暴、扬沙和浮尘天气的统称,它是一 种由大风将地面沙尘吹(卷)起、或被高空气流带到下游地区而造成的 一种大气混浊现象。 印度西北部的沙尘暴划分为3个等级 强 度风 速能 见 度 1.弱沙尘暴4级﹤ 风速 ≦6级500m﹤ 能见度 1000m 2.中等强度沙尘暴 6级﹤ 风速 ≦8级200m﹤ 能见度 500m 3.强沙尘暴风速 ≧9级能见度 200m 我国西北地区沙尘暴强度等级划分 强度瞬时时极大风风速最小能见见度 特级级(黑风风暴) ≧10级级;≧25m/s0级级;0-50m 强8-10级级;≧20m/s1级级;50-200m 中6-8级级;≧17m/s2级级;200-500m 弱4-6级级;≧10m/s3级级;500-1000m Western Kansas 29 May 2004 二. 沙尘暴时空分布的统计特征 (1)空间分布 ¡全世界有四大沙尘暴多发区。 中亚(亚洲中亚部分和中国西北部)、 北美(美国中西部北美)、 中非(非洲撒哈拉沙漠中的中非)、 澳大利亚(澳大利亚沙漠中部)。 ¡我国的沙尘暴区属于中亚沙尘暴区的一部分,主要发生 在北方地区。总的特点是: 西北多于东北地区, 平原(或盆地)多于山区, 沙漠及其边缘多于其它地区。 1952-2000年我国强和特强沙尘暴频次分布图 频数在10次以上的中心仅有三大片 ①以民勤为中心(达43次)的河西走廊及内蒙古阿拉善高原区; ②以和田为中心(达42次)的南疆盆地南缘区; ③以朱日和为中心(达10次)的内蒙古中部区。 主要集中在两大区域(王式功1995): 西北地区涉及范围最大的沙尘暴多发区,其 中最大中心在腾格里沙漠南缘的民勤,年平均沙 尘暴日数为37.7d;其次是库布齐沙地的杭锦旗 和毛乌素沙地南部的定边分别为27d和25.9d。 塔里木盆地的塔克拉玛干沙漠,在其西南部 又有两个中心,即从麦盖提经巴楚至柯坪为一中 心,平均年沙尘暴日数为20d-38.8d;从莎车经 和田到且末为另一个中心区,平均年沙尘暴日数 为25-35d。从巴丹吉林沙漠东部,南至甘肃河西 走廊,经腾格里沙漠、乌兰布和沙漠,至库布齐 沙地和毛乌素沙地。 西北地区强和特强沙尘暴个例谱的统计分析表明: 我国西北地区最大的强沙尘暴出现区域,是西起吐 鲁番、哈密地区,东接蔓延达l 000km的甘肃河西走廊, 北连内蒙古阿拉善盟,东延伸到河套地区。 另外在北疆克拉玛依地区、南疆的和田地区和青海 西北部地区还有三个局地性沙尘暴区。 强沙尘暴天气最多发生区 76.9% 15.59% 7.7% 空间分布特征 ¡地理纬度高、面积大 ¡强沙尘暴天气多发区集中 ¡沙尘暴天气分散在8大沙漠或其边缘地区 ¡强沙尘暴天气多发区与地理环境有关 (高大山脉走向、沙漠化地表) ¡特强沙尘暴有3条路径(徐启远等) 西北路径:占76.9%,移动迅速,强度大,影响面积 大,灾害重(哈密-张掖-中宁一线。 西方路径:占15.4%,沙尘暴持续时间较西北路径长 。 北方路径:最少,占7.7% 10~50微米颗粒为主 戈壁—沙漠—沙黄土—粘黄土分带沉积的黄土高原风成学说 阴山下—榆林-北京、洛川、兰州、西峰—宝鸡、西安 1868年F.V.李希霍芬目睹华北地区尘暴现象,并于1882年在 论文“黄土成因模式”记述到“尘暴遮荫数日,并在广大地区 沉积一定厚度的黄土粉尘。”开创了黄土风成之说。 刘东生。黄土高原、农业起源、水土保持[M],地震出版社,2004 张天曾。黄土高原论纲[M],中国环境科学出版社,1993 水成 说 (2)时间分布 地质时期沙尘暴 对深海岩心和冰盖沉积物的测定,早在 白垩纪末(距今7000万年),就有风沙尘暴 出现。 在漫长的地质历史中沙尘暴显示出周期 性变化,它与地质时期气候变化和地面沙 尘物质的消长有关,遇气候暖湿时期,地 面植被生长茂密,生态环境条件好,沙尘 暴发生频率低;反之,在冷干气候时期, 则沙尘暴发生频率高。 世纪发生 次数 世纪发生 次数 世纪发生 次数 公元前第3世纪1公元第6世纪1公元第14世纪1 公元前第2世纪0公元第7世纪0公元第15世纪2 公元前第1世纪1公元第8世纪0公元第16世纪7 公元第1世纪0公元第9世纪1公元第17世纪4 公元第2世纪0公元第10世纪0公元第18世纪10 公元第3世纪1公元第11世纪0公元第19世纪17 公元第4世纪3公元第12世纪0公元第20世纪17 公元第5世纪1公元第13世纪3共计70 中国历史时期各世纪沙尘暴发生次数 (夏训诚、杨振声 1996) 2154年有历史记载的沙尘暴 70次。平均31年发生1次。 据地方志记载,公元351年甘肃 武威一带就有强沙尘暴发生,造 成房屋倒塌和人员与生畜伤亡。 20 世纪中后期我国西北地区 沙尘暴时间 分布状况 时 间50年代60年代70年代80年代90年代 次 数 58131423 1999nian 9ci 2000nian 14次; 2001年 18次; 2002年 12 近期年际变化特征 1999年9次,2000年14次,2001年18次,2002年12次 2003年 2004年 2005年 2006年 ¡春季最多,约占全年总数的1/2,夏季次之,秋季(新 疆地区为冬季)最少;(北半球3-4月,南半球9-11月。 ) ¡按月份来看.4月份发生频率最高,3月和5月份次之。秋 季的9月份(新疆为12月或1月份)最低; 刘景涛等对内蒙古中西部地区的分析结果也表明,4 月份沙尘暴出现频率最高,春季(3-5月)占全年的73%, 特大沙尘暴1993年5月4-6日,1998年4月16-18日, 1999年4月16日,2000年4月12日。 ¡强沙尘暴天气最早出现在3月6~7日(1957年民 勤、武威),最晚出现在7月12日(1971年民勤 、内蒙古额济纳旗)。2001年却惊人地发生在1月 1日内蒙古等地 季节变化特征 ¡强沙尘暴天气过程持续时间最长的是民勤 14小时57分钟(1959年4月27 日),和田为8小时56分钟(1993 年6月23~24日)。 墨西哥城的沙尘暴是3月份发生频率最高,一般在连 续3个月降水量小于13 mm的3月份,容易出现沙尘暴,在 秋季的9月份出现频率最低。 在印度西北部的沙尘暴也主要发生在4-6月份,这与我 国新疆境内沙尘暴的多发期相一致。 持续时间 日变化特征 在甘肃河西走廊中部 地区,黑风暴大都出现 在中午12时至晚上22时 的时段内。说明局地热 力条件使大气不稳定。 沙尘暴主要发生在 午后到傍晚时段内,占 总数的 65.4%;清晨到 中午时段内,仅占34.6 %。 1993年5月5 日下午3点42分开始 甘肃金昌持续31分钟 伸手不见五指的黑夜, 30万吨矿粉沙卷入空 中;4点45分沙尘暴 到达武威;5点20分 到达古浪. 三、黑风暴的表现特征 ¡风沙墙耸(song)立 远看风沙墙高耸如山,极像一道城墙;近看形状像 菜花向上拱起,内部沙尘不断翻滚,很想原子弹爆炸时 蘑菇状烟云。侧看有一个“冷空气鼻” ¡天昏地暗 近地面空气很不稳定,下面热空气上升,周围空气 流过来补充,以致空气中携带大量的石头、砂土上下翻 滚,形成无数大小不一的沙尘团在空中交汇冲腾,浓密 的沙尘铺天盖地,瞬间遮住了阳光,伸手不见五指。 ¡流光溢彩 风沙墙的颜色流光溢彩。上黄、中红、下黑三种颜 色的旋转式沙尘团。 1993年5月5 日强沙尘暴录像图 像及其示意图 冷空气 比较重 金昌市 气象要素变化特征 特强沙尘暴的风头象一道黑墙,一般自西向东(或 自西北向东南)迅速推移。 在其过境前后,气象要素变化十分剧烈,过境前 温度很高,气压很低,天气晴好,风速很小;黑风暴 一到,顿时狂风大作、沙尘飞扬,气压猛升、温度剧 降。 沙尘暴过境干旱、半干旱地区,春季空气十分干 燥,所以一般沙尘暴发生时没有降雨过程,有时有雷 声,有微量阵性雨雪。若空气湿度较大,在半干旱半 湿润区或对周边地区可能出现降雪过程。 1993年5月5日甘肃金昌的特强沙尘暴 ,最大风速达34 m/s,最低能见度0 m, 地面空气含沙量1017mg.m-3。 据当时金昌等气象站的目击者记述, 黑风暴临近前,可看到300-400 m高的“沙 暴壁”,形似原子弹爆炸后的蘑菇状姻云, 呈现上“黄”、中“红”、下“黑”三种颜色的旋 转式沙尘团。 上“黄”、中“红”、下“黑” ¡上层主要是浮尘 ——散射黄色光 ——上“黄” ¡中层粒径次之 ——散射红色光 ——中“红” ¡沙尘粒径最大 ——七种颜色的光已被全部散射、反射或遮挡 住 ——下“黑” 太阳光是由赤、橙、黄、绿、蓝、靛、紫7种颜色的 单色光组成的,且它们的波长是依次递减的,太阳光通 过大气层时,由于大气层最上层中的微粒直径量小,它 能散射掉一部分太阳光中的紫色光,所以,高层大气中 天空是呈紫色的。太阳光再通过中上层大气时,该层大 气中的尘埃微粒直径因与蓝光波长相当,故又把太阳光 中的蓝色光散射掉一部分,所以我们看到该层的天空是 蔚蓝色的。 在沙暴壁中,由上升气流产生的上举力较大,沙暴 壁低层的沙尘粒径最大,中层次之,上层主要是浮尘。 因浮尘微粒能把太阳光中的黄色光散射掉,所以我们看 到的是黄颜色。太阳光再通过沙暴壁中层时,较大直径 的微粒又将太阳光中红色光散射掉.所以看到中层呈红 色。因太阳光通过整个大气层,再穿过沙暴壁的上层和 中层时,其七种颜色的光已被全部散射、反射或遮挡住 了,故沙暴壁最下层为黑色的。 ¡在 1977年4月22日发生在甘肃河西走廊的 黑风暴天气过程中,张掖站黑风暴过后 10min内,气压猛升2.8hPa,气温下降 6.8℃,风向由偏东转为西北偏西,平均风 速猛增到20m/s以上,瞬时最大风速超过 30m/s。 ¡在1993年1月1日的黑风暴天气过程中,甘 肃省的金昌市,10min内气压涌升 3.1hPa ,永昌3min内气压涌升2hPa,并且气压曲 线都出现涌升后又降低的“气压鼻”现象 h — hundred ¡Joseph对印度西北部Andhi型对流沙尘暴 的研究结果表明:当强沙尘暴过境时,能 见度可由3km迅速降至 200m,甚至近 100m,风速可由4m/s增至近20 m/s,增 大4倍多;气温降低5℃左右,相对湿度增 加10%以上。 ¡在1976年5月20日的一次沙尘暴过程中, 印度的德里机场在2min左右的时间内,能 见度由4000m以上迅速降到 280m;温度 从38℃迅速降到25℃,相对湿度从31%快 速上升到70%,风速达到73~80km/h。 四、沙尘暴的危害与优点 个案分析 1993年5月5日的一次特强沙尘暴天气过程就造成直 接经济损失1.6亿元。 此次特强沙尘暴的影响范围总面积约110万km2,占 全国总面积的11.5%,涉及西北4省(区)的18个地(市) 的72个县{旗},人口1 200多万人。 在这次特强沙尘暴的浩劫中,共死亡85人,失踪31 人,伤264人,在死亡和失踪者中,少年儿童居多。 死亡和丢失大小牲畜几十万头(只),受灾农田和果 林与幼林等均达几十万公顷,数以百计的塑料大棚被毁 ,草场、牧场和盐场的基础设施、公路、铁路和供电线 路等破坏十分严重。 这次特强沙尘暴通过沙埋、吹刮等,对西北地区的 植被生态环境造成了严重的破坏,大大加快了该地区土 地荒漠化的进程,其间接经济损失是难以估量的。 4点45分钟,当沙尘暴抵达武威,新中小 学放学,7~8岁的学生只好手牵着手在漆黑的 灌溉渠行走,黑暗中9个孩子掉进1米多深的水 中,一女孩在漂浮过程中不知道抓到何物爬上水 渠。大约5点钟,8个学生飘到水闸处被正好路 过的包含芳(男)捞起。在水闸后躲避沙暴的侵 袭,沙暴过后,3个孩子已没有了生息。其中就 有他的女儿。 沙尘暴,特别是特强沙尘暴是一种危害极大的灾害 性天气。当其形成之后,会以排山倒海之势滚滚向前移 动,携带砂粒的强劲气流所经之处,通过沙埋、风蚀、 沙割、狂风袭击、降温霜冻和污染大气等作用方式,给 人民生命财产造成严重损失。 沙割:2006年4月9日~11日特大沙尘暴路 径吐鲁番时,分离达到12级,沿途汽车被推翻;乌鲁 木齐到北京的70次特快列车延误33小时,大理石块 形成非沙走石击碎钢化玻璃。 危害方式 ¡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,造成人畜亡。 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 ¡污染大气环境: 1.输送量——风力作用,整个地球每年散发到空气 中的尘埃大约每平方公顷2~200吨。 2.远距离输送——中亚地区的沙尘能够随西风气流 搬运到1万公里外的夏威夷群岛。 3.污染物——尘埃中含有有毒矿物质,对人、牲畜 、农作物产生危害。1934年5月美国黑风暴不少人 死于沙尘暴引起的肺炎。93年5.5沙尘暴金昌市金川 有色金属公司多年来选矿形成9Km2尾矿细沙和极细砂 16.6万m3,内含铜、镍、铝等金素元素,造成矿尘污 染 4.气候变迁—作为气溶胶的尘粒,在大气中影响大 气吸收、透射作用,从而对气候变迁产生影响。 若尘埃在湿润的地区,作为“凝结核”可以凝聚很多水 分,形成降水,使干旱地区更加干旱,湿润地区产生水 灾。 沙尘暴百害中的利 减轻酸雨 pH值在7至8之间并富含碳酸钙的沙尘可使中国北方、韩国和日本降 水的pH值分别增加0.8至2.5,0.5至0.8和0.2至0.5,酸雨危害有所减轻 。 对海洋生物生长和发育 沙尘中含有大量的铁、钙等离子,在韩国、日本降尘后,其对海洋 的生物链也有良好的促进作用。 减弱大气增温 沙尘和其他气溶胶微粒阻挡了大量射入地球大气的太阳能,使地球 降温————“阳伞效应”。 非洲大沙漠孕育了亚马逊流域热带雨林 非洲大沙漠形成和发展,大量富含营养物质的颗粒随大气环流输送 到南美,沉降或作为凝结核,使南美贫瘠的地表变得肥沃,降水逐步增 加,才有今天巨大的亚马逊热带雨林。 五、沙尘暴成因分析 1.宏观条件 沙尘暴的形成有3个基本条件 一是大风,这是形成沙尘暴的动力条件; 二是地面上的沙尘物质,它是沙尘暴的物质基础 , 三是不稳定的空气状态,这是重要的局地热力条 件。 2.沙尘暴主发在春季和初夏的5个原因 ¡丰富沙尘源的下垫面和特殊的地形条件; ¡冬半年长时间的干燥和冻结,到春季解冻后地 表土质变得很疏松; ¡春季高空急流轴所处位置是北方地区易吹大风 的重要原因; ¡春季大气层结不稳定度增大,午后易产生对流 ,有利于高空动量下传; ¡春季北方地区冷锋活动最频繁的季节,锋后大 风也是产生沙尘暴量重要的因素之一。 3.沙尘粒子的传输方式 蠕动、跃迁、悬浮及远距离输送. 沙尘粒子在空间的传输形式和强度与大气环流及地 面风速和湍流结构相关。悬浮的沙尘粒子在大气环流的 驱动下,可在空间做长距离传输。 ¡沙尘蠕动—— 地表沙尘物质粒子在风力驱动下,离开 地面,在地表附近滚动或滑动称为蠕动。在风力作用下 ,粒径在0.5 mm以上的沙尘粒子常以蠕动方式运动。 ¡沙尘粒子跃迁—— 地表沙尘在风力上扬作用下,脱离 地表进入空间,并从气流中获取更大的动能,继续运动 。由于重力作用,沙尘粒子会迅速下落.而空气密度小 于沙尘密度,因此,沙尘在运动中落到地面时有相当大 的动量,不但沙尘本身可被弹射到空中继续运动,而且 它们对地表的冲击作用也能使冲击点的粒子飞跃起来做 跳跃式运动。沙尘在近地面所做的这种连锁式的跳跃运 动称为沙尘粒子的跃迁-——般粒径在0.1一0.5 mm的沙 尘粒子,在风力作用下做跃迁式运动。 ¡沙尘粒子悬浮—— 沙尘在一定时间内可以悬浮 在空间称为沙尘粒于的悬浮运动,沙尘悬浮运动 的条件是风速的垂直分量必须大于等于沙尘的沉 降速度。小于0.1mm的沙尘才能在气 流的带动 下以悬浮运动的方式做长距离传输。 ¡沙尘粒子垂直输送—— 沙尘粒子在一定的时间 ,内被输送的平均高程与湍流交换系数及粒子沉 降速度有关。粒子的沉降速率越低,大气湍流交 换系数越大,粒子在垂直方向上的输送距离也越 大。 强沙尘暴发生时风速可达30m/s,地面粗沙(1~0.5mm)粒子可 被垂直输送的高度为几厘米。细沙(0.125~0.25mm)粒子为2m, 粉沙(0.004~0.062mm)粒子为l 500m。 ¡沙尘粒子水平输送—— 根据斯托克斯法则,在 中性大气中,中等风暴发生时,20um的沙尘被 输送的距离小于等于30km.小于10um的沙土则 可被输送到几千公里以外。在特强风暴条件下, 即当乱流交换系数为106cm2/s时,粒径为20一 30um的沙尘颗粒,可被辅送3000km。 ¡1979年4月 14-15日发源于中国西北沙漠地区一 次沙尘暴过程的研究表明:尘暴云的水平范围大 约1.36x106km2,总的沙尘粒子质量至少有 I.63x106t。雷达监测结果表明,尘暴云是由两层 组成,较高一层高度约6km,较低一层的高度约 2km。其轨迹分析结果显示:上层的沙尘云来自 于中国的塔克拉玛干沙漠,下层的沙尘云来自于 西北戈壁沙漠区和黄河流域。这些均表明,中国 西北地区的沙尘暴天气过程,对日本的天气气候 产生重要影响。 ¡沙尘粒子长距离输送—— 沙尘被输送的距离与 大气环流运动的规模和强度密切相关,特别是强 冷气流的发展过程。西伯利亚南下的强冷气流常 把蒙古国沙漠和戈壁地区的沙尘卷入高空,向中 国北方地区输送。大部分沙尘被输送到华北和华 东地区,沉积到地面,少量的经朝鲜半岛及日本 列岛到达北太平洋上空,甚至进入北极圈,最后 沉降在格陵兰的冰雪中,或沉入北太平洋。 研究表明,来自蒙古国和中国内蒙古地区的 沙尘暴,每年向北太平洋输送约600~1200万吨 沙尘。撒哈拉沙漠每年向大西洋输送约6 000— 20 000万吨沙尘。 ¡主要分为偏北路径、偏西路径、西北路径 、南疆盆地和局地型五类, ¡其中西北路径是沙尘天气发生范围最广、 强度最强的路径,占60%。 4.北方地区沙尘暴的传输路径 1)偏北路径: 沙尘天气 起源于蒙古国 或我国东北地 区西部,受偏 北气流引导沙 尘主体自北向 南移动,主要 影响西北地区 东部、华北大 部和东北地区 南部,有时还 会影响到黄淮 等地。 ¡2)偏西路径: 沙尘天气起源于蒙古国、我国内蒙古西部或新疆南部,受偏西气流 引导沙尘主体向偏东方向移动,主要影响我国西北、华北,有时还影 响到东北地区西部和南部。 ¡3)西北路径: 沙尘天气一般起源于蒙古国或我国内蒙古西部,受西北气流引导 沙尘主体自西北向东南方向移动,或先向东南方向移动,而后随气旋 收缩北上转向东北方向移动,主要影响我国西北和华北,甚至还会影 响到黄淮、江淮等地。 4)南疆盆 地: 沙 尘天气 起源于 新疆南 部,并 主要影 响该地 区。 ¡5)局地型: 局部地区有沙尘天气出现,但沙尘主体没有明显的移 动。 4.北方地区沙尘暴的传输路径 2002年 春季中国北方沙尘暴源地及路径示意 图 ——杨民 1-古尔班通古特沙漠,2-塔克拉玛干沙漠, 3-库姆达克沙漠 4-柴达木盆地沙漠, 5-巴丹吉林沙漠, 6-腾格里沙漠,7-乌兰布和沙漠, 8-库布齐沙漠, 9-毛乌素沙地, 10-浑善达克沙地 北方2002年春季沙尘暴运移路径(杨民) ¡北方路径: 起源于蒙古国的乌兰巴托以南的广大地区,途径蒙古大戈壁、腾格里 沙漠、东至乌兰布和沙漠、库布齐沙漠、毛乌素沙地和浑善达克沙地;影 响范围包括西北地区的东部、华北大部和东北南部,有时向南影响到黄淮 平原地区。 ¡北西北路径 起源于蒙古高原中西部,东移南下穿越蒙古大戈壁、巴丹吉林和腾 格里沙漠,东至乌兰布和沙漠、河套地区、毛乌素沙地;影响范围包括新 疆北部与东部、甘肃、蒙古国中西部、宁夏、陕西北部及华北西部。 ¡西北路径: 起源于巴尔哈弑湖附近,东移经过古尔班通古特沙漠,翻越天山分支 ,一部分冷空气倒灌南疆引发沙尘暴,而主要部分继续向东南移动。其影 响范围包括蒙古高原中西部、新疆大部、河西走廊、青海北部及宁夏陕西 部分地区。 北路、西路和西北路3条。 北路沙尘暴:起源于蒙古国东南部地区,途径内 蒙古的二连浩 特、那仁宝力格地区,穿过浑善达克沙 地,经朱日和和四王子旗,进入华北地区; 西北路沙尘暴:起源于蒙古国中部和南部地区, 经过内蒙古的额济那旗及阿拉善盟北部地区,向乌拉 特中、后旗和包头地区传输,然后进入华北地区; 西路沙尘暴:起源于新疆塔里木盆地的塔克拉玛 干沙漠边缘地区,经敦煌、酒泉、张掖及民勤、盐池 等地进入华北地区。 天 山 山 脉 昆 仑 山 脉 阿 尔 泰 山 脉 准葛尔盆地 塔里木盆地 大 兴 安 岭 山 脉 祁 连 山 山 脉 阴 山 山 脉 地貌对北方沙尘暴的影响 太行山山脉 贺兰山、六盘山 秦 巴 山 区 ¡概念:沙尘暴天气频频发生,并向其下风方向地区输送 沙 尘的一个地理区域。 初始源地——在一个沙尘过程中,最初起沙扬尘的地理区域。 加强源地——初始源地下风向能够沙尘暴强度加强的地区。 ¡北方沙尘暴源地 境外源地——蒙古国南部、哈萨克斯坦东部沙漠化?地区 境内源地——北方沙漠、半沙漠及其严重退化的干燥草原地区 。我国东部沿海地区5亿多亩盐碱滩涂在一定条件下也是不可忽视 的起沙扬尘地。 具体:内蒙古东部的苏尼特盆地、浑善达克沙地中西部、阿拉 善盟中蒙边界地区、新疆南疆的塔克拉玛干和北疆的古尔班通古特 沙漠 5.北方地区沙尘暴的源地 ¡ 国家林业局防沙治沙办公室总工程师杨维西在外交部新闻会上说, 据统计,从2000年到2004年,发生在中国北方地区的沙尘暴有40次, 其中有29次都是境外入侵的。 ¡北京沙尘天气4种天气类型 高空传输——地面扬尘混合型 占40% 高空传输——沉降型 40% 地面扬尘型 13% 高空传输过境型 7% ¡中日友好环境保护中心利用激光雷达和地面监测系统对 沙尘天气监测结果表明“北京的沙尘多是从近4000米高空 进入北京上空,并随着时间推移,沙尘逐渐下降到地面 ,对近地面大气颗粒物浓度产生影响。” ¡北京师大对北京沙尘天气大气悬浮颗粒物分析表明:粒 径小于1.2微米的颗粒占总颗粒的6.1%;9微米占76.9% 。 北京地区沙尘天气的大部分沙 尘是距北京远区域传输而来的 贡献率___53%~72% 六、沙尘暴的影响因素 ¡厄尔尼诺现象 ¡强劲的风力 ¡丰富的沙尘源 ¡不稳定的空气 ¡地形的特殊作用 ¡蝴蝶效应是气象学家洛伦兹1963年提出来的。其大意为:一只南美 洲亚马孙河流域热带雨林中的蝴蝶,偶尔扇动几下翅膀,可能在两 周后引起美国德克萨斯引起一场龙卷风。其原因在于:蝴蝶翅膀的 运动,导致其身边的空气系统发生变化,并引起微弱气流的产生, 而微弱气流的产生又会引起它四周空气或其他系统产生相应的变化 ,由此引起连锁反映,最终导致其他系统的极大变化。此效应说明 ,事物发展的结果,对初始条件具有极为敏感的依赖性,初始条件 的极小偏差,将会引起结果的极大差异。 ¡这就是军事和政治领域中的所谓“蝴蝶效应”:丢失一个钉子,坏了一 只蹄铁;坏了一只蹄铁,折了一匹战马;折了一匹战马,伤了一位 骑士;伤了一位骑士,输了一场战斗;输了一场战斗,亡了一个帝 国。马蹄铁上一个钉子是否会丢失,本是初始条件的十分微小的变 化,但其“长期”效应却是一个帝国存与亡的根本差别。 ¡蝴蝶效应(Butterfly Effect)是指在一 个动力系统中,初始条件下微小的变化 能带动整个系统的长期的巨大的连锁反 应。这是一种混沌现象。 ¡1998年太平洋上出现地“厄尔尼诺”现象就 是大气运动引起地“蝴蝶效应”。 1。厄尔尼诺现象 *** ¡赤道中东太平洋海表异常增温现象(从圣诞节到来年4 ~5月)。厄尔尼诺发生时,整个赤道太平洋的天气都 会改变,扰乱了正常的环流状况,进一步影响到其它地 区。我国春季以来气候异常,出现华北和西北地区气温 显著偏高,部分地区气温偏高幅度为近50年少见,土 壤解冻时间提早,加速土壤水分蒸发,致使干燥松散的 沙土极易被大风扬起。 ¡沙区农民也意识到,春季天气晴朗高温几天后,常常跟 随沙尘暴天气现象。地面持续3天以上高温天气,促使 地面辐合上升运动增强,当冷锋过境时,气压和温度梯 度明显增大,加速地面扰动,卷起地面沙尘,形成沙尘 暴。 ¡热空气团比较轻,在高空从东南向西北运移。地面往往 感觉不到它的运动。 拉尼娜是西班牙语La Nina——“小女孩,圣女”的意思, 指发生在赤道太平洋东部和中部海水大范围持续异常变冷 的现象(海水表层温度低出气候平均值0.5℃以上,且持续 时间超过6个月以上)。表现为东太平洋明显变冷,同时也 伴随着全球性气候混乱,总是出现在厄尔尼诺现象之后。 也称反厄尔尼诺现象。 ¡自2007年8月起,赤道中东太平洋海温 进入拉尼娜状态后迅速发展,至08年1 月,已连续6个月海表温度较常年同期偏 低0.5℃以上。 2。强劲的风力 大风:17m/s ¡西北干旱、半干旱区风力强劲、大风 频繁是其显著的特色之一。 ¡冬季受蒙古高压的影响,形成塔里木 盆地和河西走廊西风或西北风,一些 山溢峡谷风口地带风力强大,如著名 的阿拉山口、达坂城、七角井,风力 达到或超过12级,形成特大风区。 ¡大风只是产生沙尘暴的条件之一,它 只有与地表沙尘物质共同起作用时才 能形成沙尘暴。 3。丰富的沙尘源 ¡地球大气中以悬浮形式运移的尘埃大都小于10 0微米 ¡大于20微米,当风速减小时会很快沉降到地面 ,小于20微米的尘埃继续悬浮数日或数周,直 到受到雨水的冲洗才会降落到地面。 ¡大陆黄土沉积物主要有10~50微米颗粒组成 ,搬运距离不太远,而大洋中的风积物主要有1 0微米的远距离搬运颗粒组成。 ¡我国降尘物分析表明,沙尘以土壤、沉积物的风 蚀、工业发散物为主。 ¡沙漠和沙漠化土地是一个充足的物质来源。 ¡戈壁地带的砾石:塔里木盆地周边环状戈壁带、准葛尔盆 地周 边戈壁带、新疆甘肃毗邻区戈壁、柴达木盆地周边戈壁 、 阿拉善河西走廊戈壁、内蒙古宁夏北部戈壁。 风蚀雅丹:河西走廊玉门西“蘑菇滩”河湖相沉积地层、新疆 罗 布泊湖积地层等。 ¡流水冲积物:分布于山前地带或盆地的干河床、冲积扇、 洪积 扇。 ¡湖积物:第四纪湖相沉积即现代湖泊沉积,分布于沙漠沙 地中 湖积地层、现代干旱内陆湖泊地带。 ¡风成黄土:解冻后大面积表土层裸露,土粒粘接力差,构 成沙 尘暴的粉尘物质。 ¡尾矿砂:金昌、酒泉等主要工业城市周围。 ¡人为废弃土、城市建设沙石 4。不稳定的空气 局地不稳定大气条件具有沙尘暴发生的触发作 用 热空气 轻 温度高 冷空气 不稳定空气 空气不稳定,风吹动后沙尘将会卷扬的很高 ¡春季冷热变化最大,一天中午后到傍晚气温最高 、地面最热的一段时间,所以容易造成空气不稳 定。气象站台预报时也很注意风暴过境时间,午 后加强、夜间减弱。 ¡强沙尘暴前期会出现持续高温天气(预兆1)。 ¡强气压梯度(预兆2)。 ¡风向转向(预兆3)由ES、E、或 S转向 WN 风。 ¡新疆的三山夹两盆地地貌组合,控制 沙尘暴的路径。 ¡河西走廊风流场的“狭管效应”,风速 逐渐增大。 ¡空气绕贺兰山南北两侧时,气流流速 增大,强化沙尘暴强度;气流翻过贺 兰山,形成焚风效应,空气干绝热下 沉,增强空气不稳定性,促进沙尘暴 发展。 ¡沙尘暴不能(能否)根治 西伯利亚风系不会改变 内蒙古、青藏高原不会变为平原 黄土高原、北方沙漠不会消失 ¡如何预防和治理 ¡讨论 (30分钟) 七、沙尘暴的防治 ¡蝴蝶效应(Butterfly Effect)是指在一个 动力系统中,初始条 件下微小的变化能带 动整个系统的长期的 巨大的连锁反应。这 是一种混沌现象。 ¡加强法制建设,«防沙治沙法»。 ¡加强国民教育,增强环境意识。 ¡建立监测预警体系,做好预防工作。 ¡科学合理农耕和放牧(适度经济活动,防止沙漠化)。 ¡科学调配流域水资源,节水灌溉;保护地下水资源。 ¡实施科学合理的农作管理制度——留茬、覆盖、免耕、 少耕。(抑制裸露旱作农田起尘) ¡沙源头及其沙尘暴沿途建立完整防护体系(沿途建立生 物措施和工程措施相结合、固沙阻沙输沙导沙相结合综 合防治体系:固沙林、农防林、阻沙林;沙障;化学胶 结物等)。 ¡开发区(工厂、矿区)及时恢复植被,清理废弃泥沙、 尾矿等物。 ¡加强国际合作和交流共同应对沙尘暴影响;积极履行荒漠 化公约,开展国际合作研究与治理等。 ¡… … … ¡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。 思考题 ¡沙尘暴、黑风暴等概念 ¡沙尘暴形成的条件! ¡国际和国内沙尘暴时、空分布特征 ? ¡中国强、特强沙尘暴的主要路径 ¡沙尘暴主要危害方式 ¡如何预防和治理沙尘暴 ¡沙尘暴的源地有哪些类型 ¡沙尘暴主发在春季和初夏?
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本文标题:2012第七章、沙尘暴形成与发展
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