沙尘暴

沙尘暴 ( Sand and Dust storms) 是沙暴 ( Sand storm) 和尘暴 ( Dust storm) 二者的总称^[1]，是沙尘天气的一种，多发生于冬春季节干旱、半干旱地区，是由强风把地面大量尘沙吹起，使空气变得特别混浊，水平能见度小于1千米的天气现象。^[2][3][4]沙尘暴发生时，强风和湍流将大量沙尘从裸露、干燥的地表吹起到达对流层甚至更高的大气中去，将其送到数百至数千公里之外，强烈的沙尘暴甚至可能导致所谓的“黑色暴风雪”，并将能见度降至 50 米或以下。^[2][5][6]

沙尘暴是一种灾害性天气，由风与沙相互作用产生，通过沙埋、狂风袭击、降温霜冻和污染大气等方式造成灾害影响，加剧土地沙漠化、对生态环境造成破坏。全球有4个沙尘暴多发区，分别是中亚、北美、中非和澳大利亚。其发生的诱因通常由雷暴与旋风相关的强气压梯度引起，实际原因多与温室效应、厄尔尼诺现象、森林减少植被破坏、气候异常有关，其中人为过度开发自然资源、过量砍伐森林、过度开垦导致土地荒漠化是沙尘暴频发的主要原因。^[2][5]

沙尘天气是指强风从地面卷起大量尘沙，使空气混浊，水平能见度明显下降的一种天气现象，分为浮尘、扬沙、沙尘暴三类五个等级。^[3][7]

沙尘暴天气（sand and dust storm weather）是浮尘、扬沙、沙尘暴、强沙尘暴和特强沙尘暴的统称。^[3]

沙尘暴的形成需要具备三个基本要素，分别是沙尘、强风、不稳定空气状态。^[5][8]

地面上的沙尘物质是沙尘暴形成的物质基础，沙漠地区的沙尘是沙尘物质的主要来源。^[5]沙尘物质只有在干燥疏松的易搬运状态才会被大风带走，呈固结状态的沙尘颗粒或湿度较大的沙尘不利于风的搬运。春季干旱少雨，受风蚀影响沙尘处于干燥疏松状态，是沙尘暴出现高峰的主要原因之一。^[9]

沙尘暴是以风作为搬运动力，强风（近地面风速超过6级，约12米/秒)是沙尘暴长距离输送的动力基础，经过或来自物源区的较频繁和较强的风是沙尘暴形成的必要条件。^[5]以风速而言，春季风速大，夏季、秋季和冬季风速小，故而春季是沙尘暴的高发季节。^[9]

沙尘暴多发生于午后和傍晚是由于时段温差造成的热力不均，易形成空气对流的状态。^[5]春季气温开始回升，下层空气加速升温与上层空气形成温度差造成不稳定的空气状态，有利于形成对流作用或者湍流作用，造成风速加大，也容易形成空气层的上下交换，底层的沙尘物质被带到较高的大气层中去，为沙尘暴活动提供有利的条件。^[9]

沙尘暴多发生于冬春季节冷锋过境前后，此时的大气环境易形成高空干冷急流和强垂直风速的状态，同时造成风向的切变和大气热力层结的不稳定性，形成锋区前后的巨大气压梯度，在动量下传和梯度偏差风的共同作用下，造成大风掠过沙地掀起地表沙尘形成沙尘暴。^[10][11][12]

沙尘暴发生时，受气旋影响强风将大量沙尘从裸露、干燥的土壤中带入大气中，对流层中约 40% 的气溶胶是风蚀产生的尘埃颗粒，尘埃颗粒会通过湍流混合和对流上升气流上升到对流层的更高水平。这些尘埃颗粒受强风推动从远处看可以看到沙尘暴的前锋特征：风沙墙；沙尘暴中的石头和沙尘可以阻止部分阳光进入，导致受影响区域能见度降低，部分阳光投入透入沙尘导致光线折射使沙尘暴的风沙墙上层常显黄至红色，中层呈灰黑色，下层为黑色；空气的上下对流和锋团的相互作用使沙尘暴中的沙尘上下翻滚，气温降低。^[2][11]

沙尘暴的发生呈现出季节性的分布特点，冬春季沙尘暴的分布范围最广，发生频率最高；夏秋季节分布范围最小，发生频率最低。如中国地区的近50年的沙尘暴以春季为主，大部分集中在2月~6月，而澳大利亚内陆地区的沙尘暴多发于9月~2月，是该地区的冬春季节。^[13][14]

沙尘暴的发生也有地域性的分布特点，世界上共有4大沙尘暴多发区：中非沙尘暴区、北美沙尘暴区、澳洲沙尘暴区和中亚沙尘暴区。这些地区大部分分布在赤道两侧副热带低纬度地区干旱气候区，中亚沙尘暴区是唯一一个在中纬度地区的沙尘暴区域。这些地区都呈现出土地沙漠化的地区特点，气候干燥，对地表植被破坏导致土壤表层缺乏植被的覆盖，土地沙漠化后，很容易受到天气影响形成沙尘暴。^[15]

沙尘暴的产生是多种复杂因素共同作用的结果，诸如大气环流是影响沙尘暴的主要因素，人类过度开发自然资源、过量砍伐森林、过度开垦对自然界的破坏导致土地荒漠化的加剧、近几年全球干旱等异常天气现象也都是导致沙尘暴频发的主要因素，温室效应、厄尔尼诺现象、太阳黑子活动强弱等也都是沙尘暴的诱发因素。^[5][15]

沙尘暴通过强风、沙埋、土壤风蚀、大气污染等方式对环境造成破坏，影响社会生产和生命安全。^[16]

沙尘暴中的粉尘对人类健康构成威胁。其空气中大于10微米的颗粒可以损害外部器官，引起皮肤和眼睛刺激，造成结膜炎和眼部感染。小于10微米的可吸入颗粒物经常在鼻子、嘴巴和上呼吸道堆积，造成与呼吸系统有关的疾病，例如哮喘、气管炎、肺炎、过敏性鼻炎和矽肺病。更细的颗粒可能会穿透下呼吸道并进入血液，从而影响内部器官导致心血管疾病。部分传染病也可以通过灰尘传播，如球菌性脑膜炎，粉尘颗粒可能会损伤鼻子和喉咙粘膜，为细菌感染创造有利条件。^[2]

沙尘暴可以导致土地沙漠化，造成土地资源减少，草场和农田受到严重的风蚀，加速水土流失，导致耕地沙化、草地退化。沙尘覆盖在植物叶面上，影响正常的光合作用，造成作物减产，严重的倒伏折断，苗死花落。^[17][18]

沙尘暴形成时能见度降低、飞沙走石，严重时可造成供电中断、房屋倒塌、交通受阻、飞机停飞、火车停运或脱轨，造成火灾、人畜伤亡、企业停工停产，给国民经济建设和人民生命财产安全造成严重的损失和极大的危害。^[19]

温室气体的排放是造成全球变暖的元凶之一，人类生产环境造成大量温室气体的排放，一方面使地球形成热岛效应造成地表温度提高，一方面导致大气层厚度变薄，臭氧层空洞，造成大气层对紫外线的过滤减少形成温室地球。沙尘暴将地表中的沙尘带入到平流层的大气中形成气溶胶，可以把大量的阳光反射回到宇宙空间，能够有效抑制因工业大量排放温室气体造成的全球变暖。^[20]

地表灰尘沉积物是大陆和海洋生态系统微量营养素的来源，浮尘当中的矿物质在恢复土地肥力方面的效果甚至要优于氮、磷、钾肥。沙尘暴将地表沙尘中富含矿物质、有机物等各种物质通过风力运输到海洋中去，给海洋的浮游生物带来营养，加强了藻类的光合作用，继而为鱼类的生存提供了丰富的食物，保证了生态系统的循环。^[2][19][21]

酸雨的主要成分是硫氧化物和氮氧化物，经氧化后在大气中遇水形成酸雨，沙尘中含有丰富的钙等碱性阳离子，在降落过程中对空气中的氮氧化物、二氧化硫等物质具有一定的中和作用，可以有效地缓解酸雨。^[21]

沙尘暴的观测方式分为地面常规气象观测系统、高空非常规观测。地面气象观测系统是利用气象观测站对包括风速、温度、湿度、气压等气象要素进行的测量，多个气象观测站数据统计形成，气象观测站之间距离较远，造成观测的时空尺度有较大差异。高空非常规观测包括卫星、雷达、飞机的设备，利用传感器直接测量或遥感测量，大气边界层观测可以给出风速、温度、湿度的垂直分布和它们在边界层及其子层内的时空变化规律，以及地面辐射收支与能量、通量平衡情况等。^[22][23]

WMO（世界气象组织）2004年启动了沙尘暴项目，并于2007年的第15次世界气象大会上启动了沙尘暴预警咨询和评估系统（SDS-WAS）。该系统为增强各国通过研究和业务团体的国际伙伴关系向用户提供沙尘暴预报、观测、信息和知识的能力。SDS-WAS 设立了全球 SDS-WAS 指导委员会和三个区域节点来运作。^[24]

减少对自然资源掠夺式的开发。自然生态环境的严重破坏造成了土地沙漠化加剧，为沙尘暴的形成提供了物资和来源。^[27]恢复、增加和保护林草植被，通过退耕还林还草来改变地表植被，因地制宜制定防护措施，严禁过度放牧，对牧业实行舍饲圈养，封山育林，维护区域良性生态平衡。^[28]控制人口增长，减轻人为因素对土地的压力。^[27]建立完善的沙尘暴天气监测预警系统，加强沙尘暴的发生、危害与人类活动的关系的科普宣传，对沙尘暴的发生发展进行实时的、连续的、综合的跟踪与监测，及时的更新改进防御对策。^[28][29]

1993 年 5 月 5 日，中国西北地区发生了特大沙尘暴，沙尘暴袭击了中国新疆维吾尔自治区、甘肃省、宁夏回族自治区和内蒙古自治区部分地区18 个地（市）的 72 个县（旗），直接影响面积约 110 万平方公里，农作物受灾面积达 37.3 万公顷，沙尘暴经过时最高风速为 34 米/秒，最大风力达 12 级，能见度最低时为 0。最终造成 85 人死亡，31 人失踪，264 人受伤； 12 万头 ( 只) 牲畜死亡、丢失，73 万头 ( 只) 牲畜受伤；4330 间房屋倒塌，直接经济损失达 7. 25 亿人民币。^[30][31]

1930-1940年期间美国发生了持续10年的黑风暴事件，19世纪末期，随着工业化进程的加速以及人口急剧增多，垦殖风潮愈演愈烈，草地被大面积翻耕，形成农牧交错带，造成地表裸露最终导致沙尘暴侵袭。这场黑风暴持续10年，沙尘暴频繁，影响范围广，破坏性强。仅1933年一年之间沙尘暴爆发38次，1934年5月12日，沙尘暴刮起的黄色尘雾从加拿大的西南边境到美国西部草原相邻的几个州，形成了一个东西2400千米、南北1500千米、高3.2千米、以97~161千米/时速度移动的尘士带。该尘士带卷走了西部干旱地区3亿吨肥沃土壤，跨越了美国2/3的领土，一直达到东部的大西洋。此次黑色风暴事件导致农业大幅度减产，人们流离失所，给美国造成了巨大的生态和经济灾难，并引发了美国历史上规模最大的一次移民。^[30][32]