沙塵暴怎么樣形成的
沙塵暴怎么樣形成的
沙塵暴是指強(qiáng)風(fēng)把地面大量沙塵物質(zhì)吹起并卷入空中，使空氣特別混濁，水平能見(jiàn)度小于一千米的嚴(yán)重風(fēng)沙天氣現(xiàn)象。是什么原因?qū)е律硥m暴的形成呢?下面就讓學(xué)習(xí)啦小編來(lái)給你科普一下沙塵暴是怎樣形成的。
沙塵暴形成的因素
自然條件
有利于產(chǎn)生大風(fēng)或強(qiáng)風(fēng)的天氣形勢(shì)，有利的沙、塵源分布和有利的空氣不穩(wěn)定條件是沙塵暴或強(qiáng)沙塵暴形成的主要原因。強(qiáng)風(fēng)是沙塵暴產(chǎn)生的動(dòng)力，沙、塵源是沙塵暴物質(zhì)基礎(chǔ)，不穩(wěn)定的熱力條件是利于風(fēng)力加大、強(qiáng)對(duì)流發(fā)展，從而夾帶更多的沙塵，并卷?yè)P(yáng)得更高。
除此之外，前期干旱少雨，天氣變暖，氣溫回升，是沙塵暴形成的特殊的天氣氣候背景;地面冷鋒前對(duì)流單體發(fā)展成云團(tuán)或颮線是有利于沙塵暴發(fā)展并加強(qiáng)的中小尺度系統(tǒng);有利于風(fēng)速加大的地形條件即狹管作用，是沙塵暴形成的有利條件之一。
土壤、黃砂主要成分是硅酸鹽，當(dāng)干旱少雨且氣溫變暖時(shí)，硅酸鹽表面的硅酸失去水分，
H2SiO4=SiO3 -2 + H2O(氣)↑
這樣硅酸鹽土壤膠團(tuán)、砂粒表面就會(huì)帶有負(fù)電荷，相互之間有了排斥作用，成為氣溶膠不能凝聚在一起，從而形成揚(yáng)砂即沙塵暴。沙塵暴本質(zhì)上是帶有負(fù)電荷的硅酸鹽氣溶膠。
總之，沙塵暴的形成需要這三個(gè)條件：
一是地面上的沙塵物質(zhì)。它是形成沙塵暴的物質(zhì)基礎(chǔ)。
二是大風(fēng)。這是沙塵暴形成的動(dòng)力基礎(chǔ)，也是沙塵暴能夠長(zhǎng)距離輸送的動(dòng)力保證。
三是不穩(wěn)定的空氣狀態(tài)。這是重要的局地?zé)崃l件。沙塵暴多發(fā)生于午后傍晚說(shuō)明了局地?zé)崃l件的重要性。
物理因素
在極有利的大尺度環(huán)境、高空干冷急流和強(qiáng)垂直風(fēng)速、風(fēng)向切變及熱力不穩(wěn)定層結(jié)條件下，引起鋒區(qū)附近中小尺度系統(tǒng)生成、發(fā)展，加劇了鋒區(qū)前后的氣壓、溫度梯度，形成了鋒區(qū)前后的巨大壓溫梯度。在動(dòng)量下傳和梯度偏差風(fēng)的共同作用下，使近地層風(fēng)速陡升，掀起地表沙塵，形成沙塵暴或強(qiáng)沙塵暴天氣。
環(huán)境因素
在中國(guó)科學(xué)院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所專家的努力下，一項(xiàng)為探討沙塵物質(zhì)的啟動(dòng)、傳輸機(jī)理而專門設(shè)立的沙塵暴風(fēng)洞模擬實(shí)驗(yàn)順利完成。
通過(guò)實(shí)驗(yàn)，專家們發(fā)現(xiàn)，土壤風(fēng)蝕是沙塵暴發(fā)生發(fā)展的首要環(huán)節(jié)。風(fēng)是土壤最直接的動(dòng)力，其中氣流性質(zhì)、風(fēng)速大小、土壤風(fēng)蝕過(guò)程中風(fēng)力作用的相關(guān)條件等是最重要的因素。另外土壤含水量也是影響土壤風(fēng)蝕的重要原因之一。
這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)還證明，植物措施是防治沙塵暴的有效方法之一。專家認(rèn)為植物通常以3種形式來(lái)影響風(fēng)蝕：分散地面上一定的風(fēng)動(dòng)量，減少氣流與沙塵之間的傳遞;阻止土壤、沙塵等的運(yùn)動(dòng)。
此外，通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究人員得出一條結(jié)論：沙塵暴發(fā)生不僅是特定自然環(huán)境條件下的產(chǎn)物，而且與人類活動(dòng)有對(duì)應(yīng)關(guān)系。人為過(guò)度放牧、濫伐森林植被，工礦交通建設(shè)尤其是人為過(guò)度墾荒破壞地面植被，擾動(dòng)地面結(jié)構(gòu)，形成大面積沙漠化土地，直接加速了沙塵暴的形成和發(fā)育。
氣候因素
沙塵暴的元兇：大氣環(huán)流(如今沙塵暴，追根溯源卻還有個(gè)元兇，約莫是人類的)
北京春天里發(fā)生沙塵暴的短暫一幕，只不過(guò)是中國(guó)北方連綿約30萬(wàn)平方公里的黃土高原在二三百萬(wàn)年中每年都要經(jīng)歷的天氣過(guò)程，所不同的是，后者的風(fēng)力更強(qiáng)，刮風(fēng)的時(shí)間更長(zhǎng)(可以持續(xù)幾天)，沙塵的來(lái)源并不是50米開(kāi)外的十字路口，而是上百公里以外的沙漠和戈壁。
就如同上帝在玩一個(gè)匪夷所思的游戲：他把中國(guó)西北部和中亞地區(qū)沙漠和戈壁表面的沙塵抓起來(lái)往東南方向拋去，任憑沙塵落下的地方漸漸堆積起一塊高地。這個(gè)游戲從大約240萬(wàn)年以前就開(kāi)始了，上帝至今樂(lè)此不疲(2002年《自然》雜志發(fā)表了中國(guó)學(xué)者的最新研究成果，把其開(kāi)始的時(shí)間推到了2200萬(wàn)年前)。
事實(shí)上，風(fēng)就是上帝拋沙的那只手。
印度板塊向北移動(dòng)與亞歐板塊碰撞之后，印度大陸的地殼插入亞洲大陸的地殼之下，并把后者頂托起來(lái)。從而喜馬拉雅地區(qū)的淺海消失了，喜馬拉雅山開(kāi)始形成并漸升漸高，青藏高原也被印度板塊的擠壓作用隆升起來(lái)。這個(gè)過(guò)程持續(xù)6000多萬(wàn)年以后，到了距今大約240萬(wàn)年前，青藏高原已有2000多米高了。
地表形態(tài)的巨大變化直接改變了大氣環(huán)流的格局。在此之前，中國(guó)大陸的東邊是太平洋，北邊的西伯利亞地區(qū)和南邊喜馬拉雅地區(qū)分別被淺海占據(jù)著，西邊的地中海在當(dāng)時(shí)也遠(yuǎn)遠(yuǎn)伸入亞洲中部，所以平坦的中國(guó)大陸大部分都能得到充足的海洋暖濕氣流的滋潤(rùn)，氣候溫暖而潮濕。中國(guó)西北部和中亞內(nèi)陸大部分為亞熱帶地區(qū)，并沒(méi)有出現(xiàn)大范圍的沙漠和戈壁。
然而東西走向的喜馬拉雅山擋住了印度洋暖濕氣團(tuán)的向北移動(dòng)，久而久之，中國(guó)的西北部地區(qū)越來(lái)越干旱，漸漸形成了大面積的沙漠和戈壁。這里就是堆積起了黃土高原的那些沙塵的發(fā)源地。體積巨大的青藏高原正好聳立在北半球的西風(fēng)帶中,240萬(wàn)年以來(lái)，它的高度不斷增長(zhǎng)著。青藏高原的寬度約占西風(fēng)帶的三分之一，把西風(fēng)帶的近地面層分為南北兩支。南支沿喜馬拉雅山南側(cè)向東流動(dòng)，北支從青藏高原的東北邊緣開(kāi)始向東流動(dòng)，這支高空氣流常年存在于3500—7000米的高空，成為搬運(yùn)沙塵的主要?jiǎng)恿?。與此同時(shí)，由于青藏高原隆起，東亞季風(fēng)也被加強(qiáng)了，從西北吹向東南的冬季風(fēng)與西風(fēng)急流一起，在中國(guó)北方制造了一個(gè)黃土高原。
在中國(guó)西北部和中亞內(nèi)陸的沙漠和戈壁上，由于氣溫的冷熱劇變，這里的巖石比別處能更快地崩裂瓦解，成為碎屑，地質(zhì)學(xué)家按直徑大小依次把它們分成：礫(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)。黏土和粉沙顆粒，能被帶到3500米以上的高空，進(jìn)入西風(fēng)帶，被西風(fēng)急流向東南方向搬運(yùn)，直至黃河中下游一帶才逐漸飄落下來(lái)。
二三百萬(wàn)年以來(lái)，亞洲的這片地區(qū)從西北向東南搬運(yùn)沙土的過(guò)程從來(lái)沒(méi)有停止過(guò)，沙土大量下落的地區(qū)正好是黃土高原所在的地區(qū)，連五臺(tái)山、太行山等華北許多山的頂上都有黃土堆積。當(dāng)然，中國(guó)北部包括黃河在內(nèi)的幾條大河以及數(shù)不清的溝谷對(duì)地表的沖刷作用與黃土的堆積作用正好相反，否則的話，黃土高原一定不會(huì)是現(xiàn)在這樣，厚度不超過(guò)409.93米。太行山以東的華北平原也是沙土的沉降區(qū)，但是這里是一個(gè)不斷下沉的區(qū)域，同時(shí)又發(fā)育了眾多河流，所以落下來(lái)的沙子要么被河流沖走，要么就被河流所帶來(lái)的泥沙埋葬了。
中國(guó)古籍里有上百處關(guān)于“雨土”、“雨黃土”、“雨黃沙”、“雨霾”的記錄，最早的“雨土”記錄可以追溯到公元前1150年：天空黃霧四塞，沙土從天而降如雨。這里記錄的其實(shí)就是沙塵暴。
雨土的地點(diǎn)主要在黃土高原及其附近。古人把這類事情看成是奇異的災(zāi)變現(xiàn)象，相信這是“天人感應(yīng)”的一種征兆。晉代張華編的博物志中就記有：“夏桀之時(shí)，為長(zhǎng)夜宮于深谷之中，男女雜處，十旬不出聽(tīng)政，天乃大風(fēng)揚(yáng)沙，一夕填此空谷。”
1966—1999年間，發(fā)生在中國(guó)的持續(xù)兩天以上的沙塵暴竟達(dá)60次。中科院劉東生院士認(rèn)為，黃土高原應(yīng)該說(shuō)是沙塵暴的一個(gè)實(shí)驗(yàn)室，這個(gè)實(shí)驗(yàn)室積累了過(guò)去幾百萬(wàn)年以來(lái)沙塵暴的記錄。中國(guó)西北部沙漠和戈壁的風(fēng)沙漫天漫地灑過(guò)來(lái)，每年都要在黃土高原上留下一層薄薄的黃土。
沙塵暴的主要危害
黑風(fēng)的危害主要有兩個(gè)：一是風(fēng)二是沙;
大風(fēng)的危害也有二：一是風(fēng)力破壞，二是刮蝕地皮。
風(fēng)力破壞：大風(fēng)破壞建筑物，吹倒或拔起樹(shù)木電桿，撕毀農(nóng)民塑料溫室大棚和農(nóng)田地膜等等。此外，由于西北地區(qū)四、五月正是瓜果、蔬菜、甜菜、棉花等經(jīng)濟(jì)作物出苗，生長(zhǎng)子葉或真葉期和果樹(shù)開(kāi)花期，此時(shí)最不耐風(fēng)吹沙打。輕則葉片蒙塵，使光合作用減弱，且影響呼吸，降低作物的產(chǎn)量;例如,1993年5月5日黑風(fēng)，使西北地區(qū)8.5萬(wàn)株果木花蕊被打落,10.94萬(wàn)株防護(hù)林和用材林折斷或連根拔起。此外，大風(fēng)刮倒電桿造成停水停電，影響工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。1993年5月5日黑風(fēng)造成的停電停水，僅金昌市金川公司一家就造成經(jīng)濟(jì)損失8300萬(wàn)元。
刮蝕地皮：大風(fēng)作用于干旱地區(qū)疏松的土壤時(shí)會(huì)將表土刮去一層，叫做風(fēng)蝕。例如1993年5月5日黑風(fēng)平均風(fēng)蝕深度十厘米(最多50厘米)，也就是每畝地平均有60到70立方米的肥沃表土被風(fēng)刮走。其實(shí)大風(fēng)不僅刮走土壤中細(xì)小的黏土和有機(jī)質(zhì)，而且還把帶來(lái)的沙子積在土壤中，使土壤肥力大為降低。此外大風(fēng)夾沙粒還會(huì)把建筑物和作物表面磨去一層，叫做磨蝕，也是一種災(zāi)害。
沙的危害：的危害主要是沙埋。前面說(shuō)過(guò)，狹管，迎風(fēng)和隆起等地形下，因?yàn)轱L(fēng)速大，風(fēng)沙危害主要是風(fēng)蝕，而在背風(fēng)凹洼等風(fēng)速較小的地形下，風(fēng)沙危害主要便是沙埋了。例如,1993年5月5日黑風(fēng)中發(fā)生沙埋的地方，沙埋厚度平均20厘米，最厚處達(dá)到了1.2米。
此外更重要的是，人的生命的損失。例如1993年5月5日黑風(fēng)中共死亡85人，傷264人，失蹤31人。此外，死亡和丟失大牲畜12萬(wàn)頭，農(nóng)作物受災(zāi)560萬(wàn)畝，沙埋干旱地區(qū)的生命線水渠總長(zhǎng)2000多公里，蘭新鐵路停運(yùn)31小時(shí)。總經(jīng)濟(jì)損失超過(guò)5.4億元。
強(qiáng)風(fēng)：攜帶細(xì)沙粉塵的強(qiáng)風(fēng)摧毀建筑物及公用設(shè)施，造成人畜傷亡。
沙埋：以風(fēng)沙流的方式造成農(nóng)田、渠道、村舍、鐵路、草場(chǎng)等被大量流沙掩埋，尤其是對(duì)交通運(yùn)輸造成嚴(yán)重威脅。
土壤風(fēng)蝕：每次沙塵暴的沙塵源和影響區(qū)都會(huì)受到不同程度的風(fēng)蝕危害，風(fēng)蝕深度可達(dá)1～10厘米。據(jù)估計(jì)，中國(guó)每年由沙塵暴產(chǎn)生的土壤細(xì)粒物質(zhì)流失高達(dá)106～107 噸，其中絕大部分粒徑在10微米以下，對(duì)源區(qū)農(nóng)田和草場(chǎng)的土地生產(chǎn)力造成嚴(yán)重破壞。
大氣污染：在沙塵暴源地和影響區(qū)，大氣中的可吸入顆粒物(TSP)增加，大氣污染加劇。以1993年“5.5”特強(qiáng)沙塵暴為例，甘肅省金昌市的室外空氣的TSP濃度達(dá)到1016 mg/m3,室內(nèi)為80 mg/m3,超過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的40倍。2000年3—4月，北京地區(qū)受沙塵暴的影響，空氣污染指數(shù)達(dá)到4級(jí)以上的有10天，同時(shí)影響到中國(guó)東部許多城市。3月24—30日，包括南京、杭州在內(nèi)的18個(gè)城市的日污染指數(shù)超過(guò)4級(jí)。
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