第一节研究目的及意义
塔里木盆地地处欧亚大陆腹地，三面环山，地势西高东低，呈东南开口簸箕状。盆地降水稀少，蒸发强烈，植被稀疏，以荒漠为主，绿洲面积很小。下垫面中央主体部分是广袤干燥的塔克拉玛干大沙漠，面积为33.76万km2，形成的浮尘可随高空西风急流远距离输送数千公里、甚至上万公里，影响整个东亚乃至太平洋的西岸地区。在世界四大沙尘源区中属中亚区的一部分，是世界范围内浮尘天气最集中的地区之一。塔里木盆地频繁的沙尘天气及干燥的地表使得降尘极为严重。塔里木盆地既是扬尘区，也是降尘区，其降尘的组成、来源、影响降尘的因素、降尘的时空分布规律具有典型的代表性，因此，本文通过对塔里木盆地大气降尘的性质、组成、数量、来源及不同植被接受降尘后性质变化等进行研究，揭示降尘这一自然天气现象对当地植被形成演化过程的长期影响，为农业生产、土地利用、植被建设、环境保护等方面提供科学依据。
第二节研究内容
一、确定研究区降尘量的时空分布规律
在研究区设置接尘点，按月收集降尘，统计降尘量，并分析降尘的物理及化学性质，掌握其在不同月份及空间范围内的变化规律。
二、降尘对香梨叶片影响的研究
在香梨不同树龄的园地，设置样地，选择受降尘及不受降尘影响的香梨树作为样本。按生育期定点测定香梨叶片的生理指标，并采集香梨叶片进行成分分析。
三、降尘对苹果叶片影响的研究
选择不同品种的苹果园地作为样地，选择受降尘及不受降尘影响的苹果树作为样本。按生育期定点测定苹果叶片的生理指标，并采集苹果叶片进行成分分析。
四、降尘对棉花叶片影响的研究
选择受降尘及不受降尘影响的棉田作为样区，按生育期定点测定棉花叶片的生理指标，并采集棉花叶片进行成分分析。
五、降尘对玉米叶片影响的研究
选择受降尘及不受降尘影响的玉米地作为样区，按生育期定点测定玉米叶片的生理指标，并采集玉米叶片进行成分分析。
第三节沙尘的基本特征
沙尘天气是一种在干旱、半干旱地区常见的一种天气现象，是大气运动和自然环境的综合产物。由于自然和人为因素造成的土地荒漠化，使得强风将贫瘠地表的土壤、沙尘卷入大气，在短时间内造成空气混浊，能见度显著下降，并能在不同尺度的天气系统作用下，向下风方向传播扩散，范围甚至影响到全球广大的区域。沙尘气溶胶也称矿物气溶胶，是对流层气溶胶的主要成分之一，全球每年卷入大气的沙尘颗粒即沙尘气溶胶达到10～20亿T，约占对流层中气溶胶总量的一半。全世界有四大沙尘暴多发区，分别是中亚、北美、澳洲以及包括北非至西亚在内的中东地区。中国沙尘天气区域属于中亚沙尘多发区的一部分，在我国沙尘暴易发地主要分布在西北地区干旱、半干旱的沙漠、戈壁或其边缘地区。沙尘一方面可以通过辐射强迫对气候变化产生影响，另外对生态和环境有着复杂的作用与影响，引起了各领域科学家们的广泛关注。沙尘天气是指强风从地面卷起大量尘土、细沙，并随风挟卷扩散传播，由此造成空气混浊，能见度明显下降的一种天气现象。沙尘天气的形成有3个基本条件：
（1）大风，这是形成沙尘天气的动力条件。
（2）地面上的沙尘，它是物质基础。
（3）不稳定的大气层结状态，是重要的局地热力条件。
2006年国家质量监督检验检疫总局和国家标准化管理委员会批准颁布了国家标准《沙尘暴天气等级》（GB/T 20480-2006），规定了沙尘天气和沙尘天气过程的等级，将沙尘暴天气划分为浮尘、扬沙、沙尘暴、强沙尘暴、特强沙尘暴5个等级。
（1）浮尘：当天气条件为无风或平均风速小于或等于3.0m/s时，尘沙浮游在空中，使水平能见度小于10km的天气现象。
（2）扬沙：风将地面尘沙吹起，使空气相当浑浊，水平能见度为1～10km的天气现象。
（3）沙尘暴：强风将地面尘沙吹起，使空气很浑浊，水平能见度小于lkm的天气现象。
（4）强沙尘暴：大风将地面尘沙吹起，使空气非常浑浊，水平能见度小于500m的天气现象。
（5）特强沙尘暴：狂风将地面尘沙吹起，使空气特别浑浊，水平能见度小于100m的天气现象。
一、沙尘暴
1.沙尘暴的成因
沙尘暴的发生是特定的气象和地理条件相结合的产物，其形成必须同时具备以下三个条件：大风，丰富的沙尘物质及不稳定的空气状态，其中大风是形成沙尘暴的动力条件，只有具备强而持久的风才能吹起大量的沙尘；丰富的沙尘源是形成沙尘暴的物质基础，沙漠、退化的林、草地、无植被覆盖的干松土地、城乡建筑工地的泥沙等都可能成为沙源；而不稳定的空气状态则导致局地热对流猛烈发展，产生强大动力将沙尘卷入高空，从而形成沙尘暴或扬沙天气。尽管沙尘暴同洪水、地震和火山喷发一样，是大自然万物消长中的一环，有其自身的活动规律，但近代沙尘暴发展趋势剧增与自然资源被过度开发利用以及不合理的人为活动干扰造成的大面积植被破坏、沙化加剧、水土流失、土壤次生盐渍化密切相关，而不能完全归结为是自然风沙活动的结果。可以说，正是人类不合理的经济活动加剧了沙尘暴的强度和频率，或者说沙尘暴是伴随人类活动破坏生态平衡而愈演愈烈的。
2.沙尘暴的传输
沙尘暴天气过程所产生的沙尘气溶胶微粒在输送过程中不断地沉降、扩散和稀释，但粒径在0.5-4.0μm的沙尘气溶胶粒子具有远距离输送的能力，可随大气环流输送到较远的地方去，对那里的天气和气候产生影响。例如，中国西北地区的沙尘暴天气过程可将当地的黄沙粒子输送到日本、韩国、台湾，甚至北太平洋地区，作为该地上空冷却云中凝结核的一部分，起到增加降水的作用。撒哈拉及其周围干旱区的沙尘可由热带东风气流的携带，越过大西洋，输送到美洲大陆；还可通过沙尘暴过程输送沉降到欧洲中部、南部以及德国北部地区等。
我国北方春季的沙尘天气是与冷空气活动产生的大风相伴出现的。与冷空气活动路径相联系，西北地区沙尘暴天气的出现主要有3条移动路径，即西北路径（冷空气源于北冰洋冷气团，强冷空气自西西伯利亚向东南经我国北疆、内蒙古西部入侵河西走廊，造成大风沙尘暴，穿过巴丹吉林和腾格里沙漠，然后东移至鄂尔多斯高原）、西方路径（主要发生在塔里木盆地、河西走廊西部、青海省等）、北方路径（从蒙古国经我国内蒙古中部到达宁夏、陕北、华北等地），其中西北路径沙尘暴天气最多，约占总数的68%，且该路径沙尘暴有移动迅速、强度大、影响范围广、灾害重的特点。
3.沙尘暴的时空分布
全世界4大沙尘暴多发区分别位于中亚、北美、中非和澳大利亚，无不与广阔的沙漠相联系。我国的沙尘暴属于中亚沙尘暴区的一部分，主要发生在北方干早及半干早地区，是世界上唯一在中纬度地区发生沙尘暴最多的区域。总的特点是西北多于东北地区、平原（或盆地）多于山区、沙漠及其边缘多于其它地区。沙源区主要分布在西北地区的巴丹吉林沙漠、腾格里沙漠、塔克拉玛干沙漠、乌兰布和沙漠、黄河河套的毛乌素沙地周围，其中河西走廊到内蒙古中西部、宁夏干早区既是我国沙尘暴最主要的源地区，也是受沙尘暴影响最严重的地区；华北北部的广大地区为沙尘暴的扩散影响区。扬沙的影响范围比沙尘暴要广，一直延伸到长江中下游地区，浮尘的影响范围更广，其影响区域一直延伸到四川盆地和南岭北侧。
我国沙尘暴有季节和月份变化的特点，冬、春季最多，夏季次之，秋季（新疆地区为冬季）最低：按月份来看，4月份发生频率最高，3月和5月次之，秋季的9月份（新疆为12月或1月份）最低。沙尘暴也具有明显的日变化特征，主要发生在午后到傍晚时段内，占总数的65.4%。在河西走廊中部地区，黑风暴大都出现在中午12时至晚上22时的时段内。
4.沙尘暴的危害
沙尘暴的危害作用主要表现在以下四个方面：
（1）风沙流的吹蚀与磨蚀作用可使肥沃的土壤变得贫瘠、农田及各种农业设施遭到损害，导致农作物减产甚至绝收。
（2）流沙埋压：沙尘暴所经之处，大量的沙粒沉积，可以流沙的形式掩埋农田、草场、居民区、工矿、铁路、公路等，使当地景观发生变化。
（3）大风袭击：沙尘暴来势凶猛，伴随超强的风速，产生严重的风蚀现象，是土地沙漠化最重要的因素之一。此外，破坏力巨大的风可以袭击各种工、农业设施、拔树毁房、吹翻机动车辆、伤害人畜，还可以中断供电线路、破坏交通和通讯设施等。1993年5月5日发生在我国西北地区的特大沙尘暴，使新疆、甘肃、内蒙古、宁夏四省（区）共死亡85人，伤264人，失踪31人，死亡和丢失牲畜12万头，受灾农田和林地达几十万公顷，数以百计的塑料大棚被毁，公路、铁路、供电线路、基础设施等破坏严重，经济损失达数亿元。2000年3月中下旬的沙尘暴使内蒙古阿拉善左旗和额济纳旗376眼人畜引水井被风沙埋没、近千座牲畜棚圈和塑料大棚被破坏、牧民的80万kg饲草被风刮走、8万多亩麦田麦种被吹出，直接经济损失上千万元。
（4）污染环境：沙尘暴过程使大气中悬浮颗粒物浓度剧增，产生严重的环境污染，既使人体健康受到损害，也影响植物的光合作用。另外，随着人们对卫星及地面无线电系统使用的持续增长，所用频率也越来越高，沙尘暴对无线电波产生的影响也引起了国内外学者的重视。不过，有研究表明，在遥远的过去，黄土高原由沙尘暴输送的沙粒和土壤堆积而成，夏威夷群岛上最初的土壤来自中国西北地区干旱苍凉的荒原。还有人认为沙尘暴对中和酸雨、减轻温室效应、减缓全球变暖趋势起到一定的积极作用。
二、扬沙
扬沙是指地面尘沙吹起，使空气相当混浊，水平能见度小于10.0km。扬沙与沙尘暴都是由于本地或附近地区的沙尘被风吹起而造成的，其共同的特点是能见度明显下降，天空浑浊，呈现灰黄色。两者大多在冷空气过境或受到冷锋等天气系统影响才会出现。它与沙尘暴的不同之处是：
（1）扬沙在水平能见度为50m之内者有起沙现象。
（2）大风将地面较细的沙（尘）吹起（或在沙尘暴沉降时留下的细沙尘），天色略显浑浊。
（3）扬沙在沙漠腹地多因局部热力作用形成，但也有由环流形成的天气系统的影响。
（4）扬沙一般持续时间较短，而沙尘暴一般持续时间较长。
扬沙日数一般比沙尘暴日数多。但在研究区内，由于区域性分布，各地沙粒粒径不同，起沙风不同，因此扬沙日数有差异。从季节上划分：冬季1月份，沙漠为蒙古高压控制，空气层十分稳定，扬沙日数较少；春季4月份，扬沙日数普遍增多，即成为全年中最多扬沙之季；夏季7月份，扬沙仅次于春季（个别地方多余春季），这是由于夏季是植物、作物生长茂盛季节，降水量较多，空气和地表层湿度较大，致使扬沙日数减少；秋季10月份，扬沙日数减少非常明显，但和冬季1月份相比，则比冬季偏多。
三、浮尘
1.浮尘起源地
全世界有四大浮尘源区：中亚、北美、中非和澳大利亚。这四大浮尘区对应着著名的大沙漠，即中亚卡拉库姆中央沙漠与塔克拉玛干沙漠、中非撒哈拉沙漠，澳大利亚维多利亚沙漠、北美加州沙漠。它们占地球上陆地表面的36%，总覆盖面积达4.33×107km2，表明广阔的沙漠是浮尘源区的物质基础。最典型的沙尘源区像撒哈拉和中国的北部和西北部地区，这些地区的上空的强气流能将尘粒输送到几千公里以外。刘蔚等对降尘颗粒的测量和沙尘暴观测的证据表明，中国的沙尘主要来自于黄土高原北部和西北地区的干旱半干旱地区。刘树华等人通过对沙尘暴天气的成因分析，确认我国沙尘主要起源于甘肃、内蒙、宁夏等地的干燥沙漠地带，其次为南疆沙漠，南疆一带的浮尘主要是就地产生的。源于干旱、半干旱地区的粉尘又可分为三类：中国西北部沙漠以北地区、嘉裕关、黑河、吉兰泰以北的沙漠高粉尘区、民勤、定西、榆林、达拉特旗以北的沙漠低粉尘区。
2.浮尘的成因
近几年来，我国的浮尘天气有增加的趋势，可能是亚洲中部沙尘暴区趋于活跃所致。浮尘的形成原因是多方面因素造成的，主要原因有：
（1）天气因素
张平等人的有关研究指出，沙尘天气的形成一般要有三个基本条件：
①有够强的风力。
②不稳定的大气层结状态。
③下垫面存在丰富的沙尘源。短期内，若沙尘源变化不大时，沙尘天气的频率取决于前两个条件。我国西部半干旱和干早地区，降水稀少，而且春季降水只占全年的10%左右；近年出现罕见的暖冬，冬季温度持续偏高，春季升温迅速；加之在冷空气到来的同时有温带气旋在内蒙古到东北地区一带强烈发展，导致风速≥8m·s-1数较多。强大风动力出现的时间与春季干旱同步，给沙尘天气提供了气象条件。
