沙尘天气的形成需要经过四个过程
发布时间:2020-12-22 15:24来源: 未知沙尘暴的形成包括很多气象要素。风是沙尘暴的动力,沙尘是物质基础。风和沙尘都有复杂多样的时空变化。足够强大的方向和足够多的沙尘是沙尘暴的基础条件,但是要把大量的沙尘吹起来还需要很多的外在条件。
一、沙尘天气的过程
沙尘天气的形成需要经过四个过程,即浮尘天气、扬沙天气、沙尘暴天气和强沙尘暴天气过程。
沙尘暴
1.浮尘天气过程
在同一次天气过程中,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。
2.扬沙天气过程
风将地面尘沙吹起,使空气相当混浊,水平能见度在1~10公里的天气现象。
3.沙尘暴天气过程
强风将地面大量的尘沙吹起,使空气很混浊,水平能见度小于1公里的天气现象。
4.强沙尘暴天气过程
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。
由于古地中海的抬升,导致大量的松软泥沙尘堆积。在干旱少雨的春季,再加上大风、植被稀疏的原因,具备了发生沙尘暴的自然条件。在我国西北等干旱地区,盛行西北风,植被遭到人为破坏,加大了沙尘暴发生的概率和强度。
二、沙尘暴形成的原因
沙尘暴
1.巨型沙尘暴缘起土壤风蚀
中国科学院曾经启动了一项探讨沙尘物质的实验,寒区旱区环境研究专家和工程师通过设立的沙尘暴风洞模拟实验发现,土壤风蚀是沙尘暴形成的首要环节。而风是土壤被蚀的主要动力,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。此外,土壤中的含水量即湿润程度是影响土壤风蚀的重要原因之一。
实验推理证明,丰厚的植被是防治风沙的有效方法之一。植物通常以三种形式影响风蚀,即分散在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。经过实验研究,专家们还总结出一条重要的结论:沙尘暴不仅是一定自然条件下的产物,同时与人类活动的关系也是很密切的。比如,过度砍伐森林植被、过度放牧会破坏植物对风沙的天然防御能力。工矿交通建设也是导致荒地被过度开垦而破坏植被的重要原因。人类的很多活动都会扰乱地面的自然结构,形成大面积的沙漠化土地,这是沙尘暴形成并恶劣发展的直接原因。
2.沙尘暴的元凶:大气环流
北京每年春天都会发生短暂的沙尘天气,中国北部地区30万平方千米的黄土高原在二三百万年中每年都要经历。不同的是,后者的风力更强,刮风的时间更长甚至可以持续数天。沙尘的来源是上百公里以外的沙漠和戈壁,并不是人们简单认为的五十米开外的十字路口。沙尘暴的形成就好像老天爷在中国西北部和中亚沙漠戈壁表面抓起大量的沙土抛向东南方向,这种现象早在约240万年前就有了。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,这种活动持续了6000万年以上,距今大约240万年前,青藏高原的海拔已经达到了2000多米了。
地表的这种巨大形态变化直接改变了大气环流的格局。很久以前,中国大陆的东边是太平洋,今天的西伯利亚地区和南边喜马拉雅地区在那时分别被浅海占据着,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以亚热带为主,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。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1/3,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,因为青藏高原太高加强了东亚季风气候,从西北吹向东南的东季风和西风相遇,就这样在中国北部出现了一个黄土高原。
中国西北部和中亚内陆的气温冷热变化比较剧烈,因此这些地方的岩石要比其他地方的岩石崩裂瓦解得更快,最终变成碎屑。地质学家把这些碎屑颗粒按直径大小进行了划分:砾,2毫米以上;沙,2~0.05毫米;粉沙,0.05~0.005毫米;黏土,小于0.005毫米。其中,黏土和粉沙颗粒能被带到约3500米以上的高空。被风卷起的碎屑进入西风带后,会随着西风急流向东南方向飘去,直至黄河中下游一带才逐渐飘落到地面。
几百万年来,沙土从没停止过由亚洲地区西北向东南搬运,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,黄土高原的厚度一定不会超过409.93米。太行山以东的华北平原也是沙土的沉降区,但这里是一个不断下沉的区域,同时又发育了众多河流,因此落下来的沙子大部分会被河流冲走,或者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年的“天空黄雾四塞,沙土从天而降如雨”。雨土的地点主要在黄土高原及其附近。古人认为这是奇异的灾变现象,并相信这是“天人感应”的一种征兆。晋代张华所编的《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。”
三、沙尘暴在生态系统中的作用
沙尘暴天气对人类社会的危害是很大的,但它同时也是地球自然生态系统中不能缺少的一部分。例如澳洲的赤色沙暴中所夹带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。
沙尘暴是地球为了应付环境变迁而出现的一种征候,与人类感冒后发生咳嗽而排出气管中的废物是一个道理。为研究沙尘暴提供塔斯曼海养分以及其他诸多效应等,许多气候学者发现澳洲沙暴的红色石英沉积物也可在新西兰找到,并且肥沃了新西兰的土地。因此,澳洲沙尘暴所造成的养分损失可造成新西兰土地的养分收获。
资料分析发现,夏威夷当地肥沃的土壤沉积物中有许多的养料成分也是来自遥远的欧亚大陆内部。由于两地相隔太远,普通的风无法把内陆的尘埃吹到很遥远的地方,而沙尘暴却能做到。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,再像播种一样把它们撒下来。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,因为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。”沙尘暴的成分是带有负电荷的硅酸盐,能中和酸雨中的氢离子、减轻酸雨危害,其原理是:SiO3 2-2H+=HSiO3↓。
经过测量分析,沙尘及其土壤粒子的中和作用能使中国北方降水的Ph值增加0.8~2.5,韩国的增加0.5~0.8,日本的增加0.2~0.5。这说明,沙尘暴具有抑制酸雨的作用。因此,沙尘暴虽然危害甚大,但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,便有沙尘暴出现了。只是人们应该更积极地探索异常沙尘暴频率发生的机制,以真正解决异常气候变迁给人类生存环境带来的危害。