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        沙暴、塵暴和沙塵暴

        2015-04-16 11:07:15宋立寧朱教君
        防護(hù)林科技 2015年8期
        關(guān)鍵詞:塵粒沙粒沙塵暴

        宋立寧,朱教君

        (森林與土壤生態(tài)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,中國科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所,遼寧 沈陽110016;遼寧省生態(tài)公益林經(jīng)營管理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,遼寧 沈陽110016;中國科學(xué)院清原森林生態(tài)系統(tǒng)觀測研究站,遼寧 沈陽110016)

        “沙塵暴”已經(jīng)成為近年來公眾常見的詞匯。據(jù)媒體報(bào)道,2015年4月15日,北京遭遇了近13年(2002—2015年)以來最嚴(yán)重的“沙塵暴”襲擊。在人們對“沙塵暴”議論紛紛的時(shí)候,不禁會問到什么是“沙塵暴”?

        一般認(rèn)為,沙塵暴是因強(qiáng)風(fēng)氣流對地表的沖擊作用,使沙土(粒)脫離地表,進(jìn)入氣流被搬運(yùn)、堆積的風(fēng)力侵蝕過程;是沙漠化過程的典型表現(xiàn)形式,即風(fēng)吹沙走,使得天空能見度急劇降低的災(zāi)害性天氣現(xiàn)象[1,2]。國內(nèi)亦有學(xué)者認(rèn)為,沙塵暴是沙暴和塵暴的總稱,是強(qiáng)風(fēng)將地面大量沙、塵卷入空中,使空氣特別混濁,并且水平能見度低于1km的天氣現(xiàn)象[3-5]。另外,也有將沙暴、塵暴分開定義的:沙暴——大風(fēng)把大量沙粒吹入近地面氣層所形成的攜沙風(fēng)暴[6,7];塵暴——大風(fēng)把大量塵埃及其他細(xì)粒物質(zhì)卷入高空所形成的風(fēng)暴[4,8]。上面關(guān)于沙塵暴、塵暴和沙暴進(jìn)行了定性描述,但是,人們?nèi)粘V卸嘤谩吧硥m暴”,卻很少知道塵暴和沙暴。另外,有學(xué)者認(rèn)為通常所謂的“沙塵暴”并非一個準(zhǔn)確的科學(xué)名詞,如,全世界與沙塵有關(guān)的重大災(zāi)害性天氣事件大都是“塵暴”,而不是“沙暴”,也不是“沙塵暴”[9];北京所謂的“沙塵暴”,確切地說應(yīng)該是“塵暴”[8]等。沙塵暴、塵暴和沙暴三者間到底有何區(qū)別和聯(lián)系?

        要明確沙塵暴、塵暴和沙暴的區(qū)別和聯(lián)系,首先應(yīng)清楚沙與塵的區(qū)別。張宏仁認(rèn)為,沙與塵雖然都是巖石物理風(fēng)化的產(chǎn)物,但由于粒徑大小差異,導(dǎo)致在風(fēng)力作用下的習(xí)性截然不同;塵粒能隨風(fēng)遠(yuǎn)走高飛,而沙粒卻只能在地面附近跳躍前進(jìn)[9]。然而,國內(nèi)外對于沙粒和塵粒的粒徑分級并不一致,多數(shù)文獻(xiàn)定義沙粒的粒徑范圍介于0.05/0.062 5~2mm間;而塵粒的粒徑范圍介于0.002/0.003 91~0.05/0.062 5mm間(表1)。其中,國內(nèi)文獻(xiàn)多將沙粒的粒徑下限界定為0.05mm,塵粒的粒徑下限界定為0.002mm;而國外文獻(xiàn)則多將沙粒的粒徑下限界定為0.062 5mm,塵粒的粒徑下限界定為0.003 91 mm(表1)。即便我們界定選擇沙粒的粒徑范圍為0.05~2mm(最大范圍)、塵粒的粒徑范圍為0.002~0.062 5mm(最大范圍),我們會發(fā)現(xiàn),對于不同類型土壤,沙、塵各粒級間的界限有所不同[10]。因此,對于粒徑范圍在0.05~0.062 5mm間的顆粒物仍然很難區(qū)分是沙粒還是塵粒。

        不同粒徑的顆粒在風(fēng)力作用下,表現(xiàn)出明顯不同的行為,從而形成“塵暴”“沙暴”和“沙塵暴”。

        1 塵暴

        塵暴指風(fēng)(8~9級大風(fēng))將大量粒徑小于0.062 5mm的顆粒卷入高空,以懸浮的方式運(yùn)動并被搬運(yùn)很遠(yuǎn)距離的一種災(zāi)害性天氣現(xiàn)象[4,17,18]。懸浮在空氣中的塵粒高度可以達(dá)到1 000~2 500 m,甚至更高[17]。塵暴不僅發(fā)生在干旱和半干旱沙區(qū),也會波及半濕潤和濕潤地區(qū)[8]。沙區(qū)的“塵暴”一般是由于強(qiáng)湍流風(fēng)侵入荒漠乃至半干旱草原新墾區(qū)上空而引起,大風(fēng)一經(jīng)停止,在塵暴過境地區(qū)則出現(xiàn)降塵現(xiàn)象[17]。另外,塵粒的主要來源于土壤顆粒物、地球表面的沉積物、火山噴發(fā)形成的粉塵、由各種火災(zāi)產(chǎn)生的煙塵顆粒、海洋中波浪破碎和氣泡爆炸產(chǎn)生的大氣氣溶膠、隕石進(jìn)入地球大氣層分解形成的宇宙粉塵、生物界的花粉、孢子等,也包括工業(yè)過程如礦山和露天采石場等產(chǎn)生的工業(yè)粉塵、氣體轉(zhuǎn)化顆粒(SO2、NO2)等[19],其危害方式主要表現(xiàn)為土壤風(fēng)蝕和大氣污染等[20,21]。塵暴發(fā)生時(shí)大氣昏暗,能見度大大降低,甚至為零。

        2 沙暴

        沙暴指大風(fēng)(多在8級以上)將大量粒徑大于0.05mm的顆粒吹拂于低空,形成的以沙粒飛揚(yáng)為特征的災(zāi)害性天氣現(xiàn)象[6,17,22]。因?yàn)樯沉#貏e是粗沙和細(xì)沙一般不能吹入高空(15~30m),同時(shí)搬運(yùn)距離較近,近地面含沙量最大的風(fēng)沙流遇到障礙物即行沉積所攜帶的風(fēng)成沙。在沙物質(zhì)豐富的沙漠、風(fēng)蝕地及裸露的大面積沙質(zhì)陸地,一旦出現(xiàn)沙暴,因同時(shí)有風(fēng)選的粉沙和黏塵粒飄浮于空中,一般應(yīng)有局部的塵暴出現(xiàn)[17]。根據(jù)搬運(yùn)沙粒依風(fēng)力、粒級的大小等不同,以蠕移(粒徑0.5~2.0mm)、躍移(粒徑0.1~0.5mm)和懸移(粒徑0.05~0.1 mm)3種運(yùn)動方式形成不同強(qiáng)度的風(fēng)沙流[13],其危害方式主要表現(xiàn)為風(fēng)蝕、沙埋、沙打、沙割、撞擊、飄塵、降塵、風(fēng)倒、風(fēng)折等[6]?!吧潮敝饕l(fā)生在干旱和半干旱沙區(qū)[8]。

        3 沙塵暴

        沙塵暴指在強(qiáng)風(fēng)(風(fēng)力超過8級,風(fēng)速達(dá)到25 m·s-1以上)作用下,風(fēng)通過裸露的沙質(zhì)地表或疏松土壤表面,在近地面氣層形成強(qiáng)沙暴,在高空形成塵暴,沙和塵混合在一起所形成的危害性極大的天氣現(xiàn)象[1,17]。另外,由于存在沙和塵的粒級無法區(qū)分的顆粒,在風(fēng)力作用下,并不能明顯區(qū)分開來,因此,該部分顆粒在風(fēng)力作用下,也會形成沙塵暴。對農(nóng)牧業(yè),“沙塵暴”其危害性比單獨(dú)的“塵暴”或“沙暴”更大[17]。沙塵暴的主要危害方式有強(qiáng)風(fēng)、沙埋、土壤風(fēng)蝕、降溫霜凍和大氣污染等[20]。

        綜上分析可以得出,在風(fēng)力作用下,沙暴、塵暴和沙塵暴事實(shí)上均存在,它們的發(fā)生機(jī)制和擴(kuò)展方向上具有相似性,但運(yùn)移形式和影響范圍有所差異,因而危害方式、程度和防治對策亦有所不同。由于沙暴、塵暴和沙塵暴是按粒徑大小來區(qū)分的術(shù)語,只有專門監(jiān)測機(jī)構(gòu)才可以嚴(yán)格將三者區(qū)分,因此,沙塵暴作為公眾日常詞匯使用可以接受的,即,對于普通公眾,在不能明確是沙暴還是塵暴或是沙塵暴時(shí),可統(tǒng)一稱沙塵暴。

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