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沙尘天气知多少(科学之友)(范秀平)

 阅读美丽星空 2022-10-29 发布于山东
2022-05-16 03:24范秀平
科学之友 2022年5期
关键词:沙尘  尘土  沙尘暴

范秀平

春季以来,随着草长莺飞、柳绿花红,人们纷纷外出踏青寻春,放风筝、挖野菜、赏美景。然而,一种不太友好的天气现象频繁出现,扰乱了人们的出游兴致,甚至给人们带来灾害。

“你是风儿我是沙,缠缠绵绵绕天涯。”“流沙流沙满天飞,谁为你憔悴?”看到这两句歌词,想必大家已经猜到了,我要说的就是春天伴随大风而来的沙尘天气。

沙尘天气,顾名思义,就是有沙、有尘的天气。但从气象角度严格来讲,有沙又有尘的现象并不见得都是沙尘天气。譬如我们曾经见过的尘卷风,虽然它也可以把尘土、沙粒以及一些细小物体卷扬到空中,形成一个小尘柱,但它是由于地面局部强烈增温、受热不均,在近地面产生的一种尺度很小的旋风。

这种旋风的直径一般仅有几米左右,持续时间也只有短短几分钟,其影响范围和强度都不足以与沙尘天气相提并论。当然,有时这种“生命史”极其短暂的尘卷风也会给人们带来大灾难,千万不能小觑。

在气象观测中,沙尘天气是指强风从地面卷起大量沙尘,使得空气混浊,水平能见度明显下降的一种天气现象。根据风速大小以及能见度的下降程度,沙尘天气又可分为浮尘、扬沙、沙尘暴三类。

如果大风将地面沙尘吹起,使得空气变得相当混浊,水平能见度在1~10千米,我们把这种现象称之为“扬沙”。如果风力强劲,黄沙漫天,水平能见度已经在1千米以下,则是沙尘暴现象。

电影《红海行动》中出现的沙尘暴,可以算是特强级别的沙尘暴。老百姓将这种沙尘暴俗称为“黑风暴”,黑风暴出现时瞬时风速可达10级以上,能见度在50米以下,它虽然“生命史”很短,但突发性强、影响范围广、破坏力大。

相比扬沙和沙尘暴,出现浮尘时风速较小。这种天气多是由于沙源地的沙尘被大风经过高空长距离运输到本地上空而形成,或是本地的扬沙天气、沙尘暴天气结束后残留在空中的细小的尘土颗粒形成。这些尘土和细沙均匀地浮游在空中,使得原本光芒四射的太阳看起来毫无生气,像是挂在天空中的一张惨白的脸。远处的物体尽显土黄色,室内的桌面、茶几上,随手一抹,都是一层尘土。有时还能闻到较浓的尘土味道,感觉就像有人扫地故意扬起尘土一样。

沙尘天气与霾天气都会导致空气质量下降,影响人们的生产生活,使得人的情绪低落,心情变差,但二者又有着本质的区别。

首先,沙尘天气与霾天气产生的机理不同。沙尘天气主要受大气环流影响,是由大风将沙源地的尘沙吹起、移动造成的。沙尘天气一般具有持续性,而霾天气则是由于大量的工业废气、燃煤烟尘以及汽车尾气排放到空气中,在静稳天气条件下难以有效扩散,再加上逆温层的存在,导致污染物大范围积聚形成。也就是说,霾天气出现时,近地面常常是静风或微风,空气在水平和垂直方向流动性均非常小。

其次,沙尘天气与霾天气的污染物不同。沙尘天气的主要污染物是沙粒、尘土,其颗粒物直径相对比较大;而霾天气的主要污染物是硫酸盐、硝酸盐、黑碳等,其中所含颗粒物直径相对比较小。静稳天气、逆温层则在其中扮演了“帮凶”的角色,导致近地层污染物无法扩散、急剧累加。

再次,沙尘天气来临时,会覆盖沙尘经过的所有城区和乡村,天空多为黄色、土色,而霾天气主要发生在城市、化工生产密集区,因污染物不同常使天空呈现出蓝紫色、青色、橙色等。

我们生活的地球,其表层形态各异、气象万千。来自地球内部的力量——地壳运动、岩浆活动、地震等和来自地球外部的力量——太阳能长期共同作用,使得地球的地表形态丰富多样,既有浩瀚海洋,又有高山深壑;既有广袤平原,又有戈壁荒漠。

人类在漫长的发展过程中,不仅能有意识地适应自然,还会根据自身需求改造自然。砍伐森林、开垦荒地、过度放牧等行为不仅会引起植被减少、水土流失,还会使原本富足的土壤肥力下降,趋于贫瘠,引发盐渍化、荒漠化甚至土壤污染。沙粒、粉尘聚集的荒漠成为沙尘天气形成的物质基础。

随着天气转暖,气温回升,地表温度也相应升高。沙源地开始解冻,地面的沙子也随之融动疏松,“活跃”起来。同时,大风是造成沙尘扬起的唯一动力。北方春季冷空气活动频繁,降水较少,这就给沙尘“挪窝”创造了有利条件。

尤其是在春日午后,由于太阳辐射造成地面热量增加,空气上下对流增强,大气层处于一种不稳定的状态。在这种情形下,地面的沙粒、尘土就会很容易被大风带到高空,随着冷空气的移动路径,影响我国西北、华北和东北等地区。

因此,但凡具备沙源地、大风和不稳定的大气层结状态这三个条件,沙尘天气便会出现。沙尘天气不仅仅春季独有,只要满足这三个条件,在其他季节依然会现身。

“洛阳三月飞胡沙,洛阳城中人怨嗟。”

“高柳两行心万转,陇头黄雾不成春。”

……

似乎从古到今,没有谁会喜欢沙尘天气。我国是受沙尘天气危害严重的国家之一,平均每年因沙尘灾害造成的直接经济损失约几十亿元。由于风沙飞舞,使得空气中总悬浮颗粒物(TSP)和可吸入颗粒物(PM10、PM2.5等)浓度升高,水平能见度剧降,给交通运输、建筑施工等带来不利影响,还会影响人们的出行,纱巾、墨镜成为沙尘天气里的必备物品。

沙尘天气还会增加肺病患者和心脏病患者的发病风险,一些患有呼吸道过敏性疾病的人群會因此旧病复发。即使身体健康的人若长时间处于沙尘环境中,也会出现眼涩、咳嗽、气喘等不适症状。

沙尘天气对石窟、石像、壁画等古建筑文物也会造成不可逆的伤害。例如我国甘肃敦煌的莫高窟,由于地处大漠戈壁,当地历年干旱、降水稀少、风沙频繁,风沙灾害渐已成为莫高窟保护面临的主要环境问题之一。

沙尘天气来临时,随风携带的大量沙尘流经或聚集到莫高窟窟区,不仅直接吹蚀和磨损洞窟崖体,还会侵入洞窟,造成壁画褪色、龟裂、酥碱、起甲等,甚至引发崖体坍塌、壁画大面积脱落,实在令人惋惜。

我国近代地理学和气象学的奠基人竺可桢先生曾从科学视角提出“退农还牧、退农还林”的主张,并指出我们应当科学而合理地“向沙漠进军”,来解决中国北方的沙漠化扩张问题。

近年来,我国开展的三北防护林建设、京津风沙源治理、飞播造林等工程在固定本地沙源、保护农田、保持水土、阻挡低层沙尘运输方面起到很大的作用,形成了具有中国特色的防沙治沙方案和经验。

国家气候中心1961—2020年统计数据显示,近30年我国北方春季平均沙尘日数和沙尘暴日数都在显著减少,这和治沙造林有一定的关系。但更为直接的原因是,近些年我国北方地区大风天气发生的日数明显减少,年平均风速每10年减小约0.18米/秒。

年大风日数的减少和年平均风速的减小直接削弱了形成沙尘天气的必要条件——大风。没有了大风做推手,沙尘天气、沙尘暴天数自然会减少。那风速为什么会减小呢?根本原因在于从20世纪80年代中期开始,我国冬季平均气温升高,冷空气和冷空气大风减少。

尽管我国的沙尘天气尤其是沙尘暴发生频率呈现逐年减少趋势,但这并不意味着就能彻底告别沙尘天气。

首先,森林阻挡风沙的能耐仅限于树高的20~30倍,如果沙尘暴势力强大,沙尘通过高空冷空气强势运输,森林也只能“望沙兴叹”了。因此,只要地球上仍然有沙漠存在,就有引发沙尘天气的可能。

其次,我国防沙治沙工作是以尊重自然、因地制宜、科学治沙为要义,治沙并不是“消灭”沙漠,而是治理人为造成的沙化土地。

再次,围绕地球的大气时刻在运动,水平运动就会产生风,垂直运动就会形成对流、环流,只要满足沙源地、大风和不稳定的大气层结状态这三个条件,沙尘天气依然会出现。

尽管沙尘天气令人生厌,但沙尘并非一无是处。研究发现,以沙尘为核心的气溶胶能够反射相当一部分的太阳辐射,形成“阳伞效应”,抵消掉部分由于温室气体排放所造成的大气升温。还有人发现尘埃中的矿物质能够给海洋浮游生物提供丰富的佐餐。

既然沙尘天气不可能完全消失,我们不如多加探索沙尘天气发生、发展的机理,研究沙尘物质的物理化学特性,分析沙尘远距离输送规律,提高沙尘天气预报水平,提前做好监测预警。老百姓也应提前知晓沙尘灾害预警信号含义和防御指南,未雨绸缪,防患于未然。

山西发布的沙尘(暴)预警信号分四级,由低到高分别是沙尘蓝色预警信号、沙尘暴黄色预警信号、沙尘暴橙色预警信号、沙尘暴红色预警信号。预警信号级别越高,大家越应引起足够的重视。

防沙尘天气顺口溜

预警信息多关注,天气预报时常看。

少出门、多喝水,添加衣物要保暖。

关好门窗多加湿,不把杂物抛外面。

十分必要再出门,口罩眼镜必须戴。

辨别风向心莫慌,看清头顶和脚边。

广告牌、高压线,墙面老化莫靠前。

眼睛若是进了沙,多眨眼睛不要揉。

保持車距减速行,避开大车绿化带。

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