世界沙尘暴研究进展

第一章

世界沙尘暴研究进展

王式功1董光荣2陈惠忠2尚可政1

(1. 兰州大学资源环境学院大气科学系甘肃兰州 730000)

(2. 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所，甘肃兰州 730000)

摘要: 沙尘暴是一种危害极大的灾害性天气。它的发生发展既是一种加速土地荒漠化的重要过程，又是土地荒漠化发展到一定程度的具体表现。本文从沙尘暴的基本特征与危害，沙尘暴形成原因分析与数值模拟研究,沙尘输送及沙尘暴灾害防灾减灾对策研究等几方面,对沙尘暴的有关研究成果进行了简要的回顾，较系统地反映了沙尘暴研究的某些进展。

关键词:沙尘暴；研究进展

荒漠化作为一个全球性的重大环境问题，已受到广泛关注，它与全球气候变化、生物多样性一起构成当今世界三大科学前沿课题。众所周知，荒漠化是由自然因素(主要是气候因素)和人为因素两方面共同作用的结果。其中沙尘暴既是一种加速土地荒漠化的重要过程，又是土地荒漠化发展到一定程度的具体体现，具有一定的指示意义。因此，对沙尘暴进行全面、系统、深入的研究，有助于搞清荒漠化过程中的某些动力学机制。

沙尘暴是发生在沙漠及其邻近地区特有的一种灾害性天气。国外从本世纪20和30年代就开始了沙尘暴时空分布、成因与结构以及监测与对策方面的研究。我国从70年代开始对沙尘暴天气进行研究，自1993年5月5日我国西北地区的特强沙尘暴天气发生后，引起了我国政府和科学工作者们的高度重视，有力地推动了沙尘暴研究的广泛开展，于1993年9月在兰州召开了“首届全国沙尘暴天气研讨会”。之后1993年11月29日国家科委又召开汇报会，将沙尘暴研究正式列入“八五”攻关项目。1994年以来，国家自然科学基金委先后资助了多项沙尘暴方面的研究项目，部分省、市的有关科技部门也立项支持对沙尘暴进行研究。特别是2000年春季以来，由于沙尘暴发生次数的明显增多，再一次向人们敲响了生态环境加快恶化的警钟，唤起了全民的广泛关注。因此，我国政府各有关部门(如科技部等)进一步加大了对沙尘暴研究及其防治措施的支持力度，沙尘暴研究与防治高潮迭起。

本文对国内外近期就沙尘暴的有关研究作一简要回顾，旨在进一步提高对沙尘暴重要性的认识，促进沙尘暴研究的深入开展，拓宽沙尘暴防治对策研究的有效途径。

1．沙尘暴的基本特征与危害

1．1 沙尘暴定义、命名与等级划分

沙尘暴(sand-dust storm)是沙暴(sand storm)和尘暴(dust storm)两者兼有的总称，是大量沙尘物质被强风吹到空中，使空气很浑浊(水平能见度小于1千米)的严重的风沙现象。其中沙暴系指8级以上的大风把大量沙粒吹入近地面气层所形成的携沙风暴；尘暴则是指大风把大量尘埃及其它细粒物质卷入高空所形成的风暴(赵兴梁，1993)。

关于沙尘暴不同的国家或地区有不同的命名，如在印度西北部地区，将季风到来之前的季节内出现的对流性沙尘暴，称其为安德海(Andhi)；在非洲和阿拉伯地区称之为哈布(Haboob)(Joseph et al.,1980)；另有的地区称之为“phantom”，即“鬼怪”的意思(Wolfson et al., 1986)。

对沙尘暴强度的等级划分，一般采用风速和能见度两个指标。如Joseph对发生在印度西北部的沙尘暴划分为三个等级:即4级<风速≤6级，500m≤能见度<1000m,称为弱沙尘暴;当6级<风速≤8级,200m

≤能见度<500m称为中等强度的沙尘暴；而风速≥9级，能见度<200m,则称之为强沙尘暴。我国对沙尘暴的定义,与上述的定义大体相同,只是在强沙尘暴的等级范畴内,又划分出了强和特强沙尘暴,即50m≤能见度<200m时,称为强沙尘暴,当其达到最大强度(瞬时最大风速≥25m/s,能见度<50m,甚至降到0m)时,称为特强沙尘暴(或黑风暴,俗称“黑风”)(徐国昌等，1979)。

1．2 沙尘暴时空分布的统计特征

1．2．1 空间分布

与土地沙漠化区域相联系，全世界有四大沙尘暴多发区，分别位于中亚、北美、中非和澳大利亚(颜宏，1993)。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。且主要集中在两大区域:一个位于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20.0-38.8天；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25-35天。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，是另一沙尘暴多发区，也是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边缘的民勤，年平均沙尘暴日数为37.7天；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27天和25.9天(王式功等，1995)。有关对西北地区强和特强沙尘暴个例谱的统计分析(贺慧霞等，1993)表明:我国西北地区最大的强沙尘暴出现区域西起吐鲁番、哈密地区，东接蔓延达1000公里的甘肃河西走廊，北连内蒙古阿拉善盟，东去延伸到河套地区。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。

1．2．2 时间变化

据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。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、牲畜伤亡。在漫长的地质历史时期，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(夏训诚等，1996)。现代沙尘暴的详细记录是从新中国成立以后开始的。在我国西北地区，近半个世纪以来的变化特点是:50年代沙尘暴发生日数最多；60年代前期略有降低，60年代后期的67和68年降到最低，即发生日数最少；之后的70年代略有增加，80年代又处于相对偏少期，90年代初以来又有一定增加, 特别是2000年增加最为明显。不同干旱气候区又有一定的差别，其中极干旱区，中部干旱区和半干旱区与整个西北地区总体情况基本一致。但北疆干旱区却有明显的差别，即50年代后期到70年代前期一直处于负距平阶段，70年代后期至80年代末，一直处于正距平阶段。我国沙尘暴的季节和月份变化特点是:春季最多，约占全年总数的一半(特别是强沙尘暴主要发生在春季)，夏季次之，秋季(新疆地区为冬季)最少；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(王式功等，1996)。刘景涛等(1998)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%。墨西哥城的沙尘暴是3月份发生频率最高，一般在连续三个月降水量小于13mm的3月份，容易出现沙尘暴。在秋季的9月份出现频率最低(Jauregui,1989)。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。

沙尘暴也具有明显的日变化特征，据王式功等(1995)对1994年4月上旬发生在我国西北地区沙尘暴发生频率日变化的研究结果表明: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%。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(付有智，1994)。

1．3 气象要素场演变特征

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。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10分钟内，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(徐国昌等，1979) 。在1993年5月5日的黑风暴天气过程中，甘肃省的