为何沙尘从非沙漠地区扬起？

匡耀求

每当冰雪消融，春回大地之际，我们的首都北京往往会出现令人扫兴的扬沙或沙尘天气，这是沙尘暴在作怪。沙尘暴也称沙暴或尘暴，是一种由狂风携带着沙粒或尘土（或二者皆有）长距离飘扬而出现的灾害性天气现象。

全球有四大沙尘暴高发区：中亚、北美、中非和澳大利亚。中国西北地区是中亚沙尘暴高发区的组成部分，其中不少地区每年沙尘暴日数达30天以上。沙尘天气自古以来就有，而且影响范围很广，从蒙古高原扬起的沙尘可以席卷华北、东北、朝鲜半岛，跨越日本和太平洋，甚至影响到北美大陆。我国长江以北几乎所有的地区都不同程度遭受沙尘天气的影响。

“热力洼地”=沙尘发源地？

很多人以为沙尘从沙漠里来，其实不完全是这样，有的沙漠只是沙尘的落脚地，并不一定是沙尘的发源地。过去我们只能根据沙尘的来向判断沙尘源地所在的大致方向，但是现在我们有了很多的地球观测卫星在太空日夜不停地监视地球表面的动向。借助安装在卫星上的高分辨率照相机可以清楚地将沙尘的产生过程记录下来。通过卫星观测科学家们已发现了一些重要的沙尘暴发源地，如非洲的尼日尔和尼日利亚、亚洲的塔里木盆地、幼发拉底河上游的叙利亚东部与伊拉克交界地区以及美国的新墨西哥州东部与得克萨斯州交界地区。这四个沙尘暴发源地的前两个位于沙漠地区，后两个并不是沙漠地区。为什么并非沙漠的后两个地区也会成为沙尘暴的发源地呢？

2006年1月21日，安装在Aqua卫星上的MODIS照相机捕捉到了幼发拉底河流域上游叙利亚东部与伊拉克交界地区的一次沙尘暴的影像。在此同时获得的地面热力景观图像表明，沙尘暴发源地的地面温度明显低于周边地区，该区域地面温度在5～7℃左右，而周边地区地面温度均在10℃以上。该图还表明位于沙特阿拉伯北部的沙漠地带地面温度达20℃以上，但该沙漠并没有扬起沙尘，只是沙尘的堆积场所。可见，沙尘暴的发源地在地表热力景观图像上是一个温度明显较低的“洼地”，这种地面温度明显低于周边区域的大气下垫面称为“热力洼地”。大气系统下垫面出现这种“热力洼地”是导致大气系统不稳定的重要因素之一，正是相对周边明显较低的低温牵引了气流的下沉而扬起了地面的沙粒和尘土，沙尘被吹走后在当地留下了各种奇形怪状的风蚀地貌。

为什么在沙尘暴的发源地地面温度会明显低于周边地区呢？这主要是由于地球内部的热流在地表分布的不均匀性造成的。由于地球内部的结构和物质组成在不同的区域有显著的不同，来自地球内部的热流的强度在不同的区域差异明显：地壳性质比较活跃的地区大地热流较高，通常在100 mW/m2以上，而地壳性质比较稳定的地区，大地热流明显较低，通常低于50 mW/m2，有的区域（如非洲的尼日尔）甚至低于30 mW/m2。

2006年1月1日MODIS影像记录到了美国新墨西哥州东部与得克萨斯州交界地区发生的一次沙尘暴。这是美国经常发生沙尘暴的一个区域。由MODIS影像编制而成的该区域大地热流图表明，沙尘暴的发源地是大地热流低值区域，大地热流值低于50mW/m2，而其西边则是一个明显的大地热流高值区域，其大地热流值在90 mW/m2以上。

新墨西哥州东部与得克萨斯州交界地区是美国中南部地区地内最冷的一个区域。研究表明，该区域4千米深处的温度低于70℃，而其西边区域同一深度处的温度高达180℃。可能就是这块“冷地”牵引了大气的下沉而扬起了大范围的沙尘，引发了这个区域频繁不断的沙尘天气。

通过上面的分析，不难看出，沙尘暴是突发强烈的下沉气流扬起来的，造成气流下沉的一个重要因素是地内热流较低的区域形成的“热力洼地”对大气气流产生的牵引作用。显然，大规模的沙尘暴主要是从大地热流明显低于周边地区的“热力洼地”产生的。非洲的尼日尔和尼日利亚、印度与巴基斯坦交界地带的塔尔沙漠、蒙古共和国的戈壁地区、我国的塔里木盆地、准噶尔盆地、鄂尔多斯高原的库布齐沙漠西段和毛乌素沙地均是这样的“热力洼地”，这些区域是重要的沙尘暴发源地。

有的放矢防治沙尘

谈及沙尘暴频发的原因，人们通常将其与人类过度开发自然资源、过量砍伐森林、过度开垦土地相联系，认为只有那些气候干旱、植被稀疏的地区，才有可能发生沙尘暴。其实，如果没有强烈的下沉气流，即使是裸露的沙滩或旱土也很难扬起沙尘长距离漂移。而在长期而强烈的下沉气流作用下，即使是坚硬的岩石也会遭受风蚀而不断产生沙尘，雅丹地貌就是由这样的气流“雕凿”出来的。很多沙尘暴的源区实际上是戈壁滩，当地几乎看不到沙尘，因为那里的沙尘在产生的同时就被风吹走了。1999～2002年四个年度的春季在我国境内发生的53次（1999年9次，2000年14次，2001年18次，2002年12次）沙尘天气中有33次起源于蒙古共和国中南部的戈壁地区。在这样一类有强烈的下沉气流长期作用的地区，植被是很难生长的，更谈不上森林。当然，在这样的地区开垦土地，无疑会加剧沙尘暴的发生。

位于毛里塔尼亚撒哈拉沙漠腹地中的一个穹坑构造，就是由下沉气流产生的风蚀作用长期雕凿而形成的大型洼地，旋涡状下沉气流像风钻一样向该处地下“雕凿”，在这样的风力侵蚀下不断深切并使基岩裸露遭受风化，风化后结构相对松散的岩层在气流侵蚀下碎解成为沙砾或尘土，并被狂风卷走。该区域旋涡状下沉气流的长期作用使得这个地处沙漠腹地的穹坑洼地不但没有被风沙覆盖，而且当地风化作用形成的沙砾和尘土也全被狂风吹走。尽管目前这个环状穹坑地势低洼，却没有沙尘堆积、也少有碎屑沉积物，只有在穹坑最低洼处的局部凹坑或沟谷里有一些盐碱沉积（这是盆地汇集了大范围地表径流很快蒸发的产物，是下沉气流活跃的标志）。这里的地表虽然看不到松散的沙粒和尘土，但却是撒哈拉沙漠风沙的一个重要源区，其风化剥蚀的产物全部转化成了风沙。

长期以来，我国防治沙尘暴的思路主要放在城市周围的防护林体系建设上，这虽然对改善城市区域的生态环境起到了一定作用，但是在抵御沙尘暴方面则没有起到实质性的作用，虽然“三北”防护林工程建了一期又一期，影响北京的沙尘暴却是有增无减。可以说，过去沙尘暴的防治在一定程度上是无的放矢。根据沙尘暴产生的原理，沙尘暴防治的重点应放在“热力洼地”上，首先要严格控制“热力洼地”上的人类活动，采取必要的措施防止“热力洼地”上的沙土在地表裸露；其次应采取一切可能的措施提高“热力洼地”区域的地表温度，如增加草被覆盖提高区域地面的保温能力以减缓这些“热力洼地”对下沉气流的牵引作用。

【责任编辑】唐宇