定義沙塵暴是指強(qiáng)風(fēng)將地面塵沙吹起使空氣很混濁，水平能見度小于1km的天氣現(xiàn)象。[1]沙塵暴天氣主要發(fā)生在冬春季節(jié)這是由于冬春季干旱區(qū)降水甚少, 地表異常干燥松散, 抗風(fēng)蝕能力很弱, 在有大風(fēng)刮過時(shí), 就會(huì)將大量沙塵卷入空中, 形成沙塵暴天氣。[1]2源地沙塵暴[1]天氣多發(fā)生在內(nèi)陸沙漠地區(qū)，源地主要有撒哈拉沙漠，北美中西部和澳大利亞也是沙塵暴天氣的源地之一。1933一1937年由于嚴(yán)重干旱，在北美中西部就產(chǎn)生過著名的碗狀沙塵暴。
亞洲沙塵暴活動(dòng)中心主要在約旦沙漠、巴格達(dá)與海灣北部沿岸之間的下美索不達(dá)米亞、阿巴斯附近的伊朗南部海濱，稗路支到阿富汗北部的平原地帶。前蘇聯(lián)的中亞地區(qū)哈薩克斯坦、烏茲別克斯坦及土庫(kù)曼斯坦都是沙塵暴頻繁影響區(qū)，但其中心在里海與咸海之間沙質(zhì)平原及阿姆河一帶。[2]3多發(fā)地區(qū)中國(guó)
有兩大多發(fā)區(qū)
第一個(gè)多發(fā)區(qū)在西北地區(qū)，主要集中在三片，即塔里木盆地周邊地區(qū)，吐魯番-哈密盆地經(jīng)河西走廊、寧夏平原至陜北一線和內(nèi)蒙古阿拉善高原、河套平原及鄂爾多斯高原；
第二個(gè)多發(fā)區(qū)在華北，赤峰、張家口一帶，直接影響首都北京的安全。[2]我國(guó)沙塵暴日益嚴(yán)重，主要是土地不合理開發(fā)和不合理耕作所致。隨著人口的增加以及有關(guān)方面管理的不到位，西北、華北地區(qū)土地大量開墾，草原過度放牧，人為破壞自然植被，形成了大量裸露、疏松土地，為沙塵暴的發(fā)生提供了大量的沙塵源，一遇大風(fēng)便形成影響社會(huì)、危害人民健康的沙塵暴。
中國(guó)西北地區(qū)由于獨(dú)特的地理環(huán)境，也是沙塵暴頻繁發(fā)生的地區(qū)，主要源地有古爾班通古特沙漠、塔克拉瑪干沙漠、巴丹吉林沙漠、騰格里沙漠、烏蘭布和沙漠和毛烏素沙漠等。從1999年到2002年春季，中國(guó)境內(nèi)共發(fā)生55次12次沙塵天氣，其中有31次起源于蒙古國(guó)中南部戈壁地區(qū)，換句話說(shuō)，就是每年肆虐中國(guó)的沙塵，約有六成來(lái)自境外。這是7月2日，中國(guó)氣象局副局長(zhǎng)李黃向媒體公布的研究結(jié)果。他說(shuō),2002年春季，中國(guó)北方共出現(xiàn)了12次沙塵天氣過程。具有出現(xiàn)時(shí)段集中、發(fā)生強(qiáng)度大、影響范圍廣等3個(gè)特點(diǎn)。影響中國(guó)的沙塵天氣源地，可分為境外和境內(nèi)兩種。分析表明：三分之二的沙塵天氣起源于蒙古國(guó)南部地區(qū)，在途經(jīng)中國(guó)北方時(shí)得到沙塵物質(zhì)的補(bǔ)充而加強(qiáng)；境內(nèi)沙源僅為三分之一左右。發(fā)生在中亞（哈薩克斯坦）的沙塵天氣，不可能影響中國(guó)西北地區(qū)東部乃至華北地區(qū)。新疆南部的塔克拉瑪干沙漠是中國(guó)境內(nèi)的沙塵天氣高發(fā)區(qū)，但一般不會(huì)影響到西北地區(qū)東部和華北地區(qū)。中國(guó)的沙塵天氣路徑可分為西北路徑、偏西路徑和偏北路徑：西北1路路徑，沙塵天氣一般起源于蒙古高原中西部或內(nèi)蒙古西部的阿拉善高原，主要影響中國(guó)西北、華北；西北2路路徑，沙塵天氣起源于蒙古國(guó)南部或內(nèi)蒙古中西部，主要影響西北地區(qū)東部、華北北部、東北大部；偏西路徑，沙塵天氣起源于蒙古國(guó)西南部或南部的戈壁地區(qū)、內(nèi)蒙古西部的沙漠地區(qū)，主要影響中國(guó)西北、華北；偏北路徑，沙塵天氣一般起源于蒙古國(guó)烏蘭巴托以南的廣大地區(qū)，主要影響西北地區(qū)東部、華北大部和東北南部。
世界
世界上共有四大沙塵暴多發(fā)區(qū)，它們分別是：北美、大洋洲、中亞以及中東地區(qū)。[2]北美洲的沙漠主要分布于美國(guó)西部和墨西哥的北部。在與沙漠接壤的荒漠干旱區(qū)，沙塵暴時(shí)有發(fā)生，甚至在大平原上爆發(fā)了歷史上著名的黑風(fēng)暴。北美洲沙塵暴發(fā)生的原因主要是土地利用不當(dāng)、持續(xù)干旱等。20世紀(jì)三十年代美國(guó)西部大平原發(fā)生了一場(chǎng)特大的沙塵暴，被稱為黑風(fēng)暴，在這場(chǎng)美國(guó)歷史上最嚴(yán)重的沙塵暴中，大平原損失了3億噸的肥沃土壤。浩劫之后，幾百萬(wàn)公頃的農(nóng)田廢棄，幾十萬(wàn)人流離失所，眾多城鎮(zhèn)成為了荒無(wú)人煙的空城。許多人被迫向加利福尼亞遷移，引發(fā)了美國(guó)歷史上最大的移民潮。澳大利亞是個(gè)干旱國(guó)家，陸地面積的74.8%屬于干旱和半干旱地區(qū)。澳大利亞的中部和西部海岸地區(qū)沙塵暴最為頻繁，每年平均有五次之多。由于許多地方氣候干燥，加上耕作和放牧，土壤表層缺乏植被的覆蓋，導(dǎo)致了土地的逐漸沙化，一旦刮起大風(fēng)，沙塵暴就會(huì)發(fā)生。亞洲中部的荒漠區(qū)也在不斷擴(kuò)大，中亞五國(guó)是荒漠化比較嚴(yán)重的地區(qū)，總面積有近400萬(wàn)平方公里。由于人口的快速增加，人為過量灌溉用水，亂砍濫伐森林，超載放牧，草場(chǎng)退化，沙漠化十分嚴(yán)重。中亞地區(qū)鹽土面積非常遼闊，達(dá)到15萬(wàn)平方公里，所以造成了沙塵暴和鹽塵暴的混合發(fā)生。中東地區(qū)的沙塵暴主要在非洲撒哈拉沙漠南緣地區(qū)，從20世紀(jì)70年代初到80年代中期，由于連年旱災(zāi)以及過量放牧和開墾，造成草場(chǎng)退化，田地荒蕪，沙漠化土地蔓延，沙塵暴加劇，人們的生活環(huán)境急劇惡化。頻繁的沙塵暴還殃及其他地區(qū)，有的沙塵被風(fēng)帶過大西洋到達(dá)了南美洲亞馬遜地區(qū)，還有的沙塵被吹到了歐洲。[2]4成因條件
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
  戈壁灘上的沙塵暴
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。
物理機(jī)制
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。
  巨型沙塵暴
緣起
據(jù)新華社蘭州電在中國(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。人為過度放牧、濫伐森林植被，工礦交通建設(shè)尤其是人為過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。
元兇
沙塵暴的元兇：大氣環(huán)流
北京春天里發(fā)生沙塵暴的短暫一幕，只不過是中國(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)年以前就開始了，上帝至今樂此不疲(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)，并沒有出現(xiàn)大范圍的沙漠和戈壁。
  沙塵暴
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)沙土的過程從來(lái)沒有停止過，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，十旬不出聽政，天乃大風(fēng)揚(yáng)沙，一夕填此空谷?！?br /> 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)沙漫天漫地灑過來(lái)，每年都要在黃土高原上留下一層薄薄的黃土。