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世界讯息：中国频繁沙尘暴的地理原理，比你想的更深刻

2023-04-23 10:05:58 来源：报人刘亚东作者：

防走失，电梯直达安全岛 报人刘亚 东A

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每天一篇全球人文与地理

(资料图)

微信公众号：地球知识局

NO.2445-沙尘暴的地理原理

作者：风云梦远

校稿：辜汉膺 / 编辑：果栗乘

今年以来，我国共出现了 9次沙尘天气过程，较常年同期（ 6次）偏多 3次的同时，也是近10年中最多的，在本世纪以来仅少于2001年（ 12次）、2002年（ 10次）和2004年（ 10次）。

今年目前的沙尘天气次数

已经比有些年份全年都多了 ▼

其中，今年首次沙尘天气过程出现在1月12日，较常年首次过程发生时间偏早 32天；3月以来我国集中出现了6次沙尘天气过程，较常年同期（ 5次） 偏多1 次。

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今年沙尘天气为什么如此活跃？

沙尘天气的形成条件

沙尘暴是一种强沙尘天气，即强烈大风将地面沙粒、尘土 席卷入空中 ，导致 空气混浊 与 能见度显著下降 的天气现象。

通常而言，当大量沙尘导致的水平 能见度低于1千米 ，且风速达到 6级或以上 时，即可称为沙尘暴；而水平能见度仍有 1千米以上 、相对较弱的大风沙尘天气，则称为扬沙；风速较弱（低于3米/秒）、沙尘悬浮的沙尘天气，则称为浮尘。这三类天气现象可以统称为沙尘天气。

沙尘暴等级 ▼

要形成沙尘暴需要满足三个条件：干燥松散的沙状物质作为沙源，将沙尘从大地带离的起沙条件，以及能让沙尘扶摇直上的不稳定大气层结构（或上升条件）。

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干燥松散的沙状物质 ，是沙尘暴的物质基础。影响我国沙尘天气的沙源，来自我国和周边国家地区的大片沙漠 ——包括我国境内的塔克拉玛干沙漠、巴丹吉林沙漠等一众沙漠，以及蒙古的戈壁沙漠与中亚的大片荒原。

沙尘暴的“弹药”可以说十分充足了▼

这些庞大的荒漠区有 大量干燥沙尘 ，只待后续的动力条件，扶摇直上。

起沙条件是需要 足够强的大风 。而影响我国沙尘天气的沙源，地处亚洲中纬度内陆地区，邻近西伯利亚冷空气源地（与相应的西伯利亚高压）。在秋冬春三季，常出现 强烈的冷高压携带冷空气南下 的天气过程；此时，冷高压外围的强风区就成为了黄沙飞扬的关键。

大风席卷着黄沙呼啸而来

（4月19日地面气压图：中央气象台）▼

（图：中央气象台）▼

当然，如果遇到一个 高空槽东移 ，槽前区域诱发的气旋发展到一定程度也会激起强风，如果 气旋和冷高压 相配合，其间更大的气压梯度会造成更狂暴的风（出现在气旋西侧），这种情形往往容易造成更猛烈的起沙。

如果只有这两步，我们只能得到风和沙交织的“混合体”，根本无法“缠缠绵绵绕天涯”，一旦地面风稍微减小，很快就会因为贴近地表的摩擦而坠地沉降。要造成 蔽日千里的强沙尘天气 ，还需要第三个条件：不稳定的大气层结构（或上升运动条件）。

简单来说，它需要大气层在垂直方向是上部冷下部暖，这样下方的空气较轻，容易扶摇而上；高空风速更大且受地面摩擦影响较小，所以进入高空的沙尘足够 飞扬千万里 。

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当然，除了这种热力条件，也可以直接 由天气系统提供强烈动力条件 ——比如上一段提到的气旋，本身就能带起大范围的向气旋中心的辐合与上升运动，能造成类似效果。

所以，根据上述条件分析，春季是沙尘天气最为频发的时段 ——当大漠冬季的薄雪消释， 沙土的固定能力最弱 ，也最容易起沙；春季沙漠地表很快升温并加热近地面大气，容易 引发上冷下暖的不稳定的层结 ，容易让大量沙尘上升。

沙尘暴的发生，有着多重的原因 ▼

到了夏季，随着冷空气撤退，缺少大风条件；而秋季虽然是冷暖空气激烈交锋期，但地面迅速冷却， 无法形成 上冷下暖的不稳定层结与上升运动；冬季虽然常有冷空气活跃，但地表冻结 不容易 起沙。

因此，夏秋冬三季沙尘天气都 较为稀少 ，在历年观测里也体现了这一点。

沙尘暴已经成为北方春季的标配了 ▼

沙尘暴不需要签证

我们可以将上述要点，实际运用在今年4月9日到14日的强沙尘天气分析中。

4月9日到14日的沙尘天气示意▼

其中，最直接的起沙动力来源，是一个显著发展的蒙古气旋 ——它由高空西风带内的一个 短波槽在低空诱发 形成。

（4月9日地面气压图：中央气象台）▼

当时的气象条件，很适合这个蒙古气旋的发展：首先是前期蒙古高原当地和高空气温偏高，而北侧西伯利亚气温又明显偏低， 极大的温度梯度间蕴藏着促进气旋发展的有效位能 。

可以看到这个小气旋在高低气温的交界处形成 ▼

而在地形上，气旋在东移过程中总体处在下坡状态，根据 局地位涡守恒原理 ，这也会促进气旋发展增强。

这个蒙古气旋在发展过程中 环流不断扩大 。由于路径偏北，其最初携带的沙墙路径也较为偏北，在4月10日主要影响东北地区。

仅过一天，就吹到了东北地区▼

蒙古气旋不断加强

顺带把沙尘裹挟到了东北地区▼

但随后，该蒙古气旋移动速度 显著放缓 ，直至4月11日清晨仍然在其大规模抬升运动与西侧强烈偏北风得以长期维持，从4月10日夜间起将沙尘倾泻向南侧的华北平原，以至于掠过中原，并最终漂泊渡江。

奔波一日后休整一日

一有机会马上过中原下江南 ▼

从气象卫星在4月8日夜间和10日深夜的反演图也可以看到，4月8日夜间沙尘主要 在蒙古西南部起源并横扫中蒙交界的戈壁沙漠 ，得到大量沙源物质后，进一步增强。

图中飞扬的气旋与白色螺旋云系

正是造成强沙尘天气的蒙古气旋

气旋中心南侧的亮黄色即沙尘

（图：CIRA）▼

沙尘随着风进入我国内蒙古高原以至华北平原区，并最终由强烈发展的蒙古气旋提供了 关键的不稳定层结与上升运动条件 （并导致了中低空显著的锋区和大风区），让沙尘飞越河山万里。

总体来看，蒙古国是本次大部分沙尘的源地，小部分可能来自我国内蒙古西部巴丹吉林沙漠，这次沙尘暴也给蒙古国造成了明显影响。 这样的极端天气从来没有国界，我们需要共同应对。

同一个地球同一个家园

面对极端天气变化没有你我之分

（图：NASA）▼

今春沙尘暴为何如此频繁？

上述分析是对于单次事件的短期天气过程条件分析。而如果要分析今年春季沙尘总体偏多的成因，则需要分析更长期的气候因子和造成的环流响应。

北京三月以来已发生3次强沙尘天气过程

这沙尘到底能吹完吗？

（同一地点拍摄对比）▼

我们取3月16日-4月15日这个沙尘集中的时段进行分析。

首先以下图填色所代表的 对流层中层 （ 500hPa等压面）的位势高度偏离常年同期均值的距平看，亚欧大陆高纬度地区高度场异常出现了较明显的“+-+”结构，即在东欧平原到乌拉尔山，和北太平洋地区都出现了 显著异常的高压 ，而中间的西伯利亚北冰洋沿岸和贝加尔湖西南侧的蒙古高原则是 异常低压 。

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由对流层中层与地面间环流系统的对应关系可知，在蒙古高原的 高空异常低涡的正下方和东侧 ，地面就会有异常低压发展（图中等值线为海平面气压距平）。

这一长期的低压如同背景板一般，会促进 同为低压系统的蒙古气旋偏强 ，有利于起沙偏强。

同时，它也会促进其东南侧的西南风增强，将更 低纬度的暖空气 输送向蒙古高原等地，导致当地显著偏暖——今年早春，蒙古国大部与我国内蒙古西部都出现了异常的气温偏高，这导致大漠里本就轻薄的积雪与季节性冻土层 更早地融化 。

冷空气比往年更早向北退去

大漠里的沙尘也更早地从土地中“苏醒”了

（图：国家气候中心）▼

在3月18日积雪监测图上，可以看到蒙古高原南部戈壁已无积雪覆盖，相较近年 提早融化 。在稀疏的植被还没生长的季节，裸露且异常干燥的沙土很容易成为起沙的沙源。

今年2月15日-3月16日全球平均气温距平图

为积雪和季节冻土快速消融和起沙奠定基础

（图：国家气候中心）▼

2023年3月18日的积雪卫星监测图

白色区域代表积雪

可以看到蒙古南部戈壁沙漠已无积雪覆盖

（图：美国冰雪中心卫星反演）▼

这样的 环流异常形势 ，又有怎样的起源呢？

通常而言，北半球中高纬度大气在冬春季总体有北太平洋、北大西洋两个活动中心，不仅有持续数日的天气尺度过程，也影响着 持续更久 （达数月）、 波长更长 （数千千米）、 变化缓慢的低频过程 ，并通过激发的大气长波，从而影响到天际线外的远方。这种现象通常称作“ 遥相关 ”。

最具代表性的遥相关是南方涛动

大气中的南方涛动现象体现在海洋中

就是我们熟悉的厄尔尼诺现象

（图：NOAA Climate.gov）▼

由高空西风带基本风向可知，更多的低频过程扰动源，是从北大西洋一带启程，并沿着 欧亚大陆的急流 传播影响到亚洲东部的。

为了寻找 最直接的长波扰动的传播和西风带内上下游地区的关联 ，我们制作了对流层高层（ 300hPa等压面，约9000米高空）的流函数异常与箭头代表的波作用通量传播。

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可以看到，北大西洋地区出现了南北方向的三个异常中心，包括 高纬度格陵兰-挪威海的高压 、 格陵兰与冰岛南侧的低压 与 直布罗陀海峡西侧的高压 。

而箭头的波作用通量传播表明， 北大西洋这些长期异常系统 是影响源地，虽然主流是继续向南传播进入非洲，但有少部分波作用通量在地中海向东北 指向东欧-乌拉尔山的异常高压 ，并进一步向东南方向传播，最终导致了蒙古高原的异常低压中心形成。

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这就意味着，北大西洋区域的较长期环流异常，是 今年沙尘频发的最重要原因之一 。而这样的环流异常也正对应着北大西洋涛动（ NAO ）的 负位相状态 ——实际上从3月以来，NAO就长期以负位相状态为主。

北大西洋涛动也是一种遥相关

是北大西洋地区大气最显著的模态

（图：NOAA）▼

进一步造成NAO偏向负位相的原因很多，但今年 北大西洋高纬度海域海温 与邻近大西洋区域（如挪威海、巴伦支海等）的 北极海冰持续偏少 ，是两个重要的气候影响因子。

它们都促进了北大西洋高纬度地区 海表与大气的热量交换 ，并让当地大气获得更多热量并抬升形成异常高压，最终通过影响北大西洋的长期大气环流异常， 影响到蒙古高原和我国北方 。而这是造成今年春季沙尘频发的重要直接原因。

北极海冰的减少

最终直接导致了蒙古的沙尘频发

全球气候变化整体性的威力不容小觑

（图：National Snow and Ice Data Center）▼

最后， 防护林（草）在防范沙尘方面真的作用甚微吗 ？答案显然是否定的。

首先，防护林（草）种植的地区正是沙漠周边的干旱半干旱区域。虽然这里不是核心的起沙区域，但逐年间的气候差异较大、变化无常，在气候变化下的当今更是有显著干暖趋势， 生态脆弱的地区 很容易发生荒漠化与表土沙化等过程。

三北防护林工程范围与中国风沙带区域大致对应

（左右滑动 -三北防护林工程大致范围）▼

在种植防护林（草）后，植被根系 有效地固定 了这一带的土壤，让起沙过程被大幅削弱， 有效抑制了 起沙区域的进一步扩张。

此外，防护林（草）虽然对于高达上千米的强沙尘暴作用很小，但面对 没有不稳定层结支持，沙尘厚度较薄、风速较弱普通起沙 ，完全可以大展身手——其实这类普通过程才是占起沙中的多数，几乎在秋冬春三季的每次冷空气侵袭时都能见到。

防不了高的咱防矮的

而且四十多年以来的历史证明

三北防护林抵御沙尘暴的效果显著

（图：图虫创意）▼

根据国家气候中心的数据，自1961年以来，我国的沙尘日数明显下降，这里面一部分和自然气候变化造成的冷空气源减弱有关，另一部分也验证了 防护林草和其它生态保护、治理工程的巨大贡献 。

封面：shutterstock

文章来源于地球知识局，作者风云梦远

编辑：qysb005

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