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第3章 绪论(2)

(2)地面因素

受全球气候变暖的影响,近年来,降水持续偏少,春夏连旱,冬季温度偏高,地表气态水凝聚减少,一到春天气温升高,地表干燥,土壤颗粒疏松,浮土较多。农牧生态交错带大面积开垦,草原退化严重,使我国沙化土地面积达168.9万km2,约占国土陆地总面积的17.6%,沙漠化土地以每年3500km2的速度在扩展;不断扩大的沙尘源给浮尘天气的形成提供了物质条件。同时,当地特殊的地形条件也会加剧浮尘天气的形成。何清等人对塔里木盆地浮尘的研究发现,盆地的特殊地理环境使东部气流向西输送,形成“东灌”天气。这样,盆地沙漠里的沙尘微粒随东、西方气流输送,在南部昆仑山和田地区至喀什地区西部汇聚,形成该地区浮尘的高值区,而盆地北部东部则为低值区。

3.浮尘的时空分布规律

(1)浮尘的空间和时间分布

何清等人的研究表明,我国沙尘天气多发区分别位于以民丰至和田为中心的南疆盆地和以民勤至吉兰泰为中心的河西地区。而浮尘分布主要向东南方向扩展,可涉及整个黄淮海平原和长江中下游地区。因此,上风方向的中高纬地区,如北疆和东北北部地区,浮尘分布较少。刘玉璋、张宁的研究都发现降尘量在不同地区差别较大:北方高于南方、西部大于东部、城市高于农村、绿洲大于戈壁并随海拔增高而减小。肖洪浪进一步的研究表明微地貌亦影响降尘量的再分配,但年变化趋势完全一致。霍文以南疆地区为例,发现浮尘严重区域是塔里木盆地西南部和东部。其中出现最多的是沙漠南缘的和田地区。从本质上来讲,浮尘是规模巨大的天气系统的自然现象,也有一定的周期性。张德二通过分析1156条降尘记录,发现近一千年来浮尘约有五个频发期,每次持续90年左右。据何清研究,浮尘午后至傍晚出现较多,夜间至清晨出现较少。降尘在年内分布极不均匀,秋冬两季较少,春夏两季较多,其降尘量约占全年的76%。

(2)浮尘的迁移活动

在浮尘发源地,沙粒和黄土可以上百万吨地被强风卷起吹扬,沙尘在2000~5000m的高空中移动,分上下两层飘扬过海。通过大气环流作用,可进行长距离的移动。因为浮尘的形成和移动主要取决于气象、地形、地面条件等,且不同粒径的粒子迁移沉降的地点不同,所以它的移动路线较难准确的把握。全浩认为,我国浮尘的移动路线主要有两条:一是从新疆东部形成后由西往东,经河西走廊、内蒙西部到内蒙中部、华北北部一带转向东南方继续南下,扩展到长江中下游并进入东部海域,此为Z形路线。二是来自蒙古高原的冷空气直入内蒙中部,经二连浩特、浑善达科沙地和张家口等地南下,随西北风经北京、天津出海,此为L形路线。国外的学者对这方面研究颇多,Tegen在全球模式中模拟了撒哈拉地区沙尘的起源、传输和分布;Uematu模拟了亚洲沙尘的跨太平洋传输。Gillette通过野外风洞试验和观测得出了沙尘粒子起动的摩擦速度与下垫面上壤的特性有很大关系的结论。Parrington和Zo11er通过空气团移动轨迹分析,发现在夏威夷上空观测到高浓度矿物成分,可以追踪到亚洲大陆。他们连续3年在夏威夷的冒纳罗站观测亚洲尘,而且发现铝的浓度每年都有周期性的变化规律,高峰期出现在每年春天,铝浓度比其他季节高出一个数量级。2001年4月18日,美国海洋大气局宣称,在北美洲,从阿拉斯加到亚利桑那州和落基山山麓丘陵都有中国沙尘的覆盖。近年来,日本与中国科学院等有关单位协作的关于“阐明起源于亚洲内陆地区浮尘的发生机理及其远程输送过程”项目在1999年开始,目的是以大陆干旱区、半干旱区发生的浮尘为对象,了解亚洲内陆地区浮尘的发生、输送机制及其现状为目的,通过实地考察,研究沙尘暴的发生、浮尘的起因、浮尘等大气悬浊粒子远程输送的机制以及输送中所发生的物理、化学的变化过程,并且建立浮尘发生、输送综合化模型,查明浮尘的形成、在大气中的输送,以及在北半球内远程输送的时空分布。

4.浮尘对环境的影响

浮尘作为一种化学稳定的大气成分,为研究与之联系的区域和全球尺度的大气运动及环境变化提供了良好的对象,但由此引发的气候学效应及导致自然环境的恶化,已成为不可忽视的大气环境问题。因此,可以说它是一把“双面刃”。

(1)浮尘的生态效应

浮尘颗粒可吸附酸性气体。这些细微颗粒在空气中大规模飘荡,减轻了废气过度积累造成的污染,有净化大气的作用。同时浮尘是天然的中和剂,把酸雨沉降的二氧化硫和氮氧化物等酸性气体中和,缓冲降雨的弱酸性,同时也延缓了土壤酸化进程。再则,浮尘适合作水汽的“凝结核”,促进云层的形成,促进降雨的形成。当浮尘飘洋过海,落下的沙尘含有矿物质营养成分,成为陆地和海洋生态系统的无机营养供给源,有利于海洋生物的生长发育。而由浮尘转化而来的降尘还能为植物提供矿质营养源。

(2)浮尘的负面效应

研究证实,粉尘、灰尘等抑制植物的光合作用和呼吸作用,且使植物群落结构因降尘污染变得简单。浮尘还能污染空气、土壤、水源、农作物及一切地面设施,影响能见度,缩短光照时间,降低光照强度和质量。据分析,浮尘是影响日照和散射辐射的主要因素。浮尘严重时,可使牲畜患病甚至死亡,造成交通中断,还会危害人类的身心健康。如韩国汉城2000年3月29日的沙尘暴引起的喉咙疼痛,据分析是沙尘携带来的致病细菌、金属元素,在长距离飞行过程中,路过工业地带,与污染性有害金属元素一起运行和沉降的结果。浮尘天气灾害还包括污染食物和居室环境,致使电源短路和无线电、电话传输中断,仪器仪表磨损,使环境恶化等。

第四节大气降尘的研究进展

以自身重力作用自然沉降于地面的颗粒物被称为大气降尘,它是广义的大气气溶胶的组成部分。其粒径一般大于10μm,小于100μm,但当有降水出现时,由于冲刷作用粒径可小于10μm。大气降尘是地球表层“地~气”系统物质交换的一种形式,降尘过程有重要的环境指征意义。降尘既受天气过程的影响,又与区域性的人类活动密切相关。

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