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1、气候异常对我国北方地区沙尘暴的 影响及其对策 陆均天王守荣邹旭恺 ( 国家气候中心，北京1 0 0 0 8 1 ) 摘要利用近5 0 年气温、降水资料分析我国北方地区沙尘暴的演变趋势，探讨沙尘暴的机理 和形成机制。重点研究了气候异常事件对2 0 0 0 年春季我国北方沙尘天气频发的可能影响。根据 对前期北方地区气候背景及下垫面条件和海一气条件的初步分析，对2 0 0 1 年春季北方地区沙尘 天气发生进行了展望。同时，为加深对沙尘暴的认识并减轻其对社会经济可持续发展的影响，应 加强对沙尘暴形成机制的科学研究，建立沙尘暴救测、预警系统，并对荒漠化土地进行科学治 理。 关键调沙尘暴气候异常可能趋势对
2、策 2 0 0 0 年春季，我国北方地区频发的沙尘天气引起人们的普遍关注。3 月至5 月中旬前期， 已发生沙尘天气1 4 次之多( 表1 ) ，其中影响首都北京的就有8 次。新疆南部、青海中北部、甘 肃的河西走廊和河东的部分地区、宁夏大部、内蒙古西部和中部、河北北部、辽宁西部、山西西 部以及河北南部的局部地区出现了能见度小于l k m 的沙尘暴天气，特别是4 月1 2 日下午，甘 肃的永昌、金昌、武威、民勤、古浪、乌鞘岭等地区出现了黑风，最大风速达2 5 m s ，能见度接近 零米。而3 月2 6 一- , 2 8 日的风沙天气甚至影响到黄淮、江淮地区，上海、南京等地降了泥雨。风 沙天气严重影
3、响了交通运输及人们的日常生活与工作，还造成部分地区人员伤亡事件，也加重 了我国北方大部地区的春旱态势。 表12 0 0 0 年3 月至5 月中旬前期北方地区出现的沙尘天气过程 2 6 时间风力 扬沙或沙尘暴出现地区 1 我国北方地区沙尘暴及气候演变趋势 沙尘天气按能见度可分为浮尘、扬沙和沙尘暴3 个等级。水平能见度小于1 0 k r a 的是浮 尘，多是随高层气流传播或沙尘暴和扬沙出现后尚未下沉的沙尘；水平能见度在1 l O k m 的 是扬沙；当强风将地面上大量的沙尘吹起，使空气混浊，水平能见度在1 k i n 以内时，就是沙尘 暴。 根据以上标准，国家气象中心对我国气象台站网近4 0 多年
4、的观测数据进行了统计( 表 2 ) ，结果表明我国北方大部地区的沙尘暴日数是呈逐渐减少的趋势。 表2 部分代表站点不同年代的平均沙尘暴B 数( 单位：d ) 鸟鲁木齐 3 9 和田3 6 1 七角井1 0 兰州8 6 张掖1 8 6 民勤4 4 3 西宁1 2 6 兴海7 0 银J I I1 6 1 延安7 3 我们对建国以来我国北方大部地区基本气象台站冬季( 1 2 月翌年2 月) 气温进行了统 计，图1 是区域冬季平均气温变化趋势曲线。从图中看出，2 0 世纪7 0 年代及以前处于冷期，也 是我国北方大部地区沙尘暴的频发期。即说明了亚洲中高纬地区经向环流偏强，冷空气活动频 繁，大风日数多i
5、 同时冬季气温偏低，土壤冻结层厚，春季升温解冻后松土层也偏厚，沙尘源条 2 7 4 矗1 s“7 8 1 8 曩胛L L艚文06豇L 4 5 1 13“3 1 m蝎h吼乱n仉砖L仉 4 8 22 5 o 5豇；：；m象加豇厶扎厶 8 巧7 3“矗5 0 8 9 缸弛m L孔豇厶厶L 件具备。 p 一 蛹 r 霹 目卜 廿 图1 我国西北、华北、东北西部地区冬季( 1 2 月翌年2 月) 平均气温变化曲线( 1 9 5 1 2 0 0 0 年) 我们还对北方大部地区近5 0 年来春季( 3 5 月) 的降水资料进行分析，图2 是区域春季 平均降水量变化益线。从图中看出，2 0 世纪6 0 和7
6、0 年代春季降水趋少，8 0 和9 0 年代有增加 的趋势( 南疆增加达3 0o A ) 。春季是北方地区沙尘暴发生的集中期，适宜的降水能湿润地表，有 抑制沙尘飞扬的作用，这可能和8 0 和9 0 年代沙尘暴发生趋少也有一定的关系。 童 啊 繁 篷 图2 我国西北、华北、东北西部地区春季( 3 5 月) 降水量变化图( 1 9 5 1 2 0 0 0 年) 1 9 8 4 年张德二对我国历史上1 7 0 0 年的降尘( 尘暴) 记载进行统计分析后指J 出，降尘频数 与温度( 冬季温度) 及湿度变化呈反位相关系，即尘暴频发时期大致对应于气候干、冷期。这与 我们分析的结果也是一致的。 根据文献和我
7、们对近几年资料的粗略统计，还得出近几十年来我国北方地区危害严重的 强沙尘暴( 风速2 0 m s ，水平能见度2 0 0 m ) 发生次数有增加的趋势( 表3 ) 。这和前面的结 表35 0 年以来匿北地区强沙尘暴额数的年代际变化( 单位：次a ) 2 8 果并不矛盾。因为统计的标准( 前者统计的是所有的沙尘暴，而后者只统计危害严重的强沙尘暴) 不同。造成危害严重的强沙尘暴增加的原因与下面两个因素有关：一是多年来，由于不合理的人 为活动，滥垦、滥牧、滥伐、滥采、滥用水资源，造成了大面积植被破坏，加剧了沙化。根据有关部门 的统计，自2 0 世纪5 0 年代以来，我国沙化土地呈不断增加的趋势( 表
8、4 ) ，目前每年沙化的土地 面积相当于一个中等县的面积；全国荒漠化土地达2 6 2 万k m z ，占陆地国土面积的2 7 3 ，相当 于1 4 个广东省的幅员。其中，沙化土地为1 6 1 万k m 2 ，占陆地国土面积的1 6 。丰富的沙尘源使 在相同的风力条件下，能见度变得更加恶劣了。二是随着人口的增加，改革开放以来经济的不断 发展，使在相同强度的沙尘暴天气条件下，其造成的人员伤亡和经济损失比以前都会有明显的增 加。这就告诫人们：如果任其沙化过程蔓延和扩展，即使在沙尘暴天气发生处于减弱期，其发生的 强度及造成的损失仍将处于增加的趋势。如1 9 9 3 年5 月5 日，甘肃、宁夏、内蒙古等
9、省( 区) 的部 分地区发生的沙尘暴天气，最大风速达3 4 m s ，最小水平能见度为零，造成8 5 人死亡，3 1 人失 踪，2 6 4 人重伤，死亡和丢失牲畜1 2 万头( 只) ，直接经济损失5 5 亿元。 衰4 近5 0 年来我国沙化土地扩展速率( 单位：k m ：a ) 近1 0 年来的事实及多个全球气候模式以及区域模式的分析结果指出，未来几十年内，在 全球气候增暖的大背景下，北半球中纬度地区，降水量变化不大，但温度显著升高，地表蒸散加 大，土壤变干。这是有利于沙尘暴发生的气候背景，再加上环境恶化的局面在短期内难以根本 扭转，因此危害严重的强沙尘暴天气的发生仍应引起我们的高度重视。
10、2 气候异常对沙尘暴活动的可能影响 沙尘暴是由大风造成的能见度恶劣的天气，其产生原因是极其复杂的。很多研究指出，沙 尘暴发生需有3 个必要条件：一是足够强劲的风力；二是对流廖低层要处于垂直不稳定状态； 三是大风经过的区域内下垫西植被稀疏，土质干燥疏松，存在着丰富的沙尘源。 春季是冷暖空气活动频繁的季节。一般情况下，当高空处在急流带里，中层又有快速移动 的冷性低压槽，地面有冷锋存在时，由予冷锋后面冷空气的下沉，动量下传使锋后地面风速加 大；冷锋后上空出现较大的正变压中心，变压风亦加强了地面风；而一些独特的地形还会产生 “绕流”和“狭管效应”，使风力不断加强。同时冷空气到来前常出现正变温区，在冷空
11、气开始影 响时，常出现大气不稳定，导致地面风加强，更有利于将地面沙尘卷入空中。因此，因气候异常 而造成的势力强盛或频繁的冷空气活动及持续干暖的气候背景等均可对沙尘暴的活动产生明 显的影响。2 0 0 1 年春季，北方大范围的、频繁发生的沙尘天气就与2 0 0 0 年以来的气候异常有 着非常密切的关系。 2 1 厄尔尼诺及拉尼娜的影响 厄尔尼诺及拉尼娜现象对海洋和大气环境会产生明显的气候效应，它们的发生会导致全 球气候的明显异常，它们对我国气候有着非常复杂的影响。据专家分析，在2 0 世纪7 0 年代，拉 尼娜事件占优势，影响我国北方的强沙尘天气出现频繁，8 0 9 0 年代，厄尔尼诺事件占优势
12、， 我国北方强沙尘天气出现较少。1 9 9 7 年是有观测记录以来本世纪全球厄尔尼诺最强的一次， 这次厄尔尼诺现象在1 9 9 8 年迅速向拉尼娜转化。2 0 0 0 年正是处在强厄尔尼诺事件后拉尼娜 2 9 事件的高峰期，这可能是2 0 0 0 年春季我国北方出现频繁风沙天气的一个重要原因。 2 2 1 9 9 9 年持续少雨、高沮，干旱严重 1 9 9 9 年我国北方大部地区降水明显偏少，年度降水量为1 0 0 7 0 0 m m ，比常年偏少2 0 4 0 ；下半年6 1 2 月我国北方大部地区降水量较常年同期偏少2 0 5 0 ，其中华北大部、西北 东部等地一些地区偏少达5 0 “ -
13、 7 0 。尤其是占全年降水量6 0 8 0 的夏季降水量出现了近 5 0 年来的最小值( 图3 ) 。同期黄河以北大部地区比常年偏高1 2 ，其中内蒙古中部和山西西北 部偏高2 一- 3o c ，不少地区出现了持续高温酷热天气，北京1 9 9 9 年7 月2 4 日最高气温达4 2 2 ， 是建国以来京城夏季高温的极值。降水少，气温高，水分蒸发耗失大，致使北方大部地区发生了大范 围严重的夏秋连旱，干旱范围之广，持续时间之长，旱情之严重，为建国以来少见。 图3 北方地区6 8 月降水量变化趋势图( 1 9 5 1 1 9 9 9 年) 2 3 1 9 7 7 年以来最冷的严冬 我国持续了1 3
14、 年暖冬后，1 9 9 9 年冬季气温转为正常。但西北地区东部、华北大部和东北 腰部2 0 0 0 年1 月的区域平均气温出现了1 977 年以来的最低值( 图4 ) ，比常年同期偏低近 3 0 p 一 喇 r 嚣 霹 2 ，有些地方甚至偏低4 ，部分地区还出现了近5 0 年来极端最低气温。多年少见的低温严 寒天气使碍裸露的地面土壤严重冻结，冻土层厚，这导致了解冻后巯松土层比往年偏厚。 2 4 冬束春初降水少，气涯高 北方地区2 0 0 0 年1 月份虽然出现了几场降雪，但2 月上旬至5 月上旬，大部地区降水持 续偏少，西北东部、华北及东北西部区域平均降水量是近5 0 年的最低值( 图5 )
15、。与此同时，气 温又较常年同期偏高1 2 ( 图6 ) ，土壤解冻迅速，部分地区千土层加厚，使得土壤表层干燥、 疏松。2 0 0 0 年3 月下旬、4 月上旬华北大部、西北东部一带干土层厚3 1 0 c m ，局部地区达1 0 “ - - 2 0 c m ，范围是近5 年来最大的。 童 耋 图5 西北东部、华北、东北西部地区2 月上旬至5 月上甸 降水量变化图( 1 9 5 1 2 0 0 0 年) 图6 西北、华北、东北西部地区2 月上旬至5 月上旬 气温变化图( 1 9 5 1 2 0 0 0 年) 3 1 2 5 人春以来影响我国的冷空气和温带气旋次数多 1 9 9 9 年冬到2 0 0
16、 0 年春，东亚大陆经向环流强度较强，特别是3 月份以来，我国上空维持 着一支强劲的西北气流，在这支西北气流的引导下，地面冷空气不断地向东南方向移动影响我 国。与此同时，在蒙古国到我国北方地区不断有温带气旋生成并强烈发展( 据国家气象中心统 计，2 0 0 0 年3 4 月的温带气旋数目比往年同期多了近一倍) ，冷空气和温带气旋造成大风频 繁出现，而且几乎每次大风到来前都没有可以抑制扬沙的明显降水。与此同时，北方大部地区 偏高的气温又增加了大气热力层结的不稳定，这样地面沙尘源源不断地被卷向空中，并随高空 强的西北气流自北向南、自西向东输送，影响遍及西北、华北、东北西部及黄淮一带，在高空风 长距离引导下，浮尘还可飘散到江淮地区，甚至更远。 3 沙尘暴的监测、预警及治理与对策研究 沙尘暴是我国北方地区主要的灾害性天气之一。一般的沙尘暴天气对环境及航空等造成 影响。而强的沙尘暴可造成人畜伤亡，摧毁建筑物、树木；破坏植被，刮走农田表层沃土
