為何沙塵從非沙漠地區揚起？

匡耀求

每當冰雪消融，春回大地之際，我們的首都北京往往會出現令人掃興的揚沙或沙塵天氣，這是沙塵暴在作怪。沙塵暴也稱沙暴或塵暴，是一種由狂風攜帶著沙粒或塵土（或二者皆有）長距離飄揚而出現的災害性天氣現象。

全球有四大沙塵暴高發區：中亞、北美、中非和澳大利亞。中國西北地區是中亞沙塵暴高發區的組成部分，其中不少地區每年沙塵暴日數達30天以上。沙塵天氣自古以來就有，而且影響范圍很廣，從蒙古高原揚起的沙塵可以席卷華北、東北、朝鮮半島，跨越日本和太平洋，甚至影響到北美大陸。我國長江以北幾乎所有的地區都不同程度遭受沙塵天氣的影響。

“熱力洼地”=沙塵發源地？

很多人以為沙塵從沙漠里來，其實不完全是這樣，有的沙漠只是沙塵的落腳地，并不一定是沙塵的發源地。過去我們只能根據沙塵的來向判斷沙塵源地所在的大致方向，但是現在我們有了很多的地球觀測衛星在太空日夜不停地監視地球表面的動向。借助安裝在衛星上的高分辨率照相機可以清楚地將沙塵的產生過程記錄下來。通過衛星觀測科學家們已發現了一些重要的沙塵暴發源地，如非洲的尼日爾和尼日利亞、亞洲的塔里木盆地、幼發拉底河上游的敘利亞東部與伊拉克交界地區以及美國的新墨西哥州東部與得克薩斯州交界地區。這四個沙塵暴發源地的前兩個位于沙漠地區，后兩個并不是沙漠地區。為什么并非沙漠的后兩個地區也會成為沙塵暴的發源地呢？

2006年1月21日，安裝在Aqua衛星上的MODIS照相機捕捉到了幼發拉底河流域上游敘利亞東部與伊拉克交界地區的一次沙塵暴的影像。在此同時獲得的地面熱力景觀圖像表明，沙塵暴發源地的地面溫度明顯低于周邊地區，該區域地面溫度在5～7℃左右，而周邊地區地面溫度均在10℃以上。該圖還表明位于沙特阿拉伯北部的沙漠地帶地面溫度達20℃以上，但該沙漠并沒有揚起沙塵，只是沙塵的堆積場所。可見，沙塵暴的發源地在地表熱力景觀圖像上是一個溫度明顯較低的“洼地”，這種地面溫度明顯低于周邊區域的大氣下墊面稱為“熱力洼地”。大氣系統下墊面出現這種“熱力洼地”是導致大氣系統不穩定的重要因素之一，正是相對周邊明顯較低的低溫牽引了氣流的下沉而揚起了地面的沙粒和塵土，沙塵被吹走后在當地留下了各種奇形怪狀的風蝕地貌。

為什么在沙塵暴的發源地地面溫度會明顯低于周邊地區呢？這主要是由于地球內部的熱流在地表分布的不均勻性造成的。由于地球內部的結構和物質組成在不同的區域有顯著的不同，來自地球內部的熱流的強度在不同的區域差異明顯：地殼性質比較活躍的地區大地熱流較高，通常在100 mW/m2以上，而地殼性質比較穩定的地區，大地熱流明顯較低，通常低于50 mW/m2，有的區域（如非洲的尼日爾）甚至低于30 mW/m2。

2006年1月1日MODIS影像記錄到了美國新墨西哥州東部與得克薩斯州交界地區發生的一次沙塵暴。這是美國經常發生沙塵暴的一個區域。由MODIS影像編制而成的該區域大地熱流圖表明，沙塵暴的發源地是大地熱流低值區域，大地熱流值低于50mW/m2，而其西邊則是一個明顯的大地熱流高值區域，其大地熱流值在90 mW/m2以上。

新墨西哥州東部與得克薩斯州交界地區是美國中南部地區地內最冷的一個區域。研究表明，該區域4千米深處的溫度低于70℃，而其西邊區域同一深度處的溫度高達180℃。可能就是這塊“冷地”牽引了大氣的下沉而揚起了大范圍的沙塵，引發了這個區域頻繁不斷的沙塵天氣。

通過上面的分析，不難看出，沙塵暴是突發強烈的下沉氣流揚起來的，造成氣流下沉的一個重要因素是地內熱流較低的區域形成的“熱力洼地”對大氣氣流產生的牽引作用。顯然，大規模的沙塵暴主要是從大地熱流明顯低于周邊地區的“熱力洼地”產生的。非洲的尼日爾和尼日利亞、印度與巴基斯坦交界地帶的塔爾沙漠、蒙古共和國的戈壁地區、我國的塔里木盆地、準噶爾盆地、鄂爾多斯高原的庫布齊沙漠西段和毛烏素沙地均是這樣的“熱力洼地”，這些區域是重要的沙塵暴發源地。

有的放矢防治沙塵

談及沙塵暴頻發的原因，人們通常將其與人類過度開發自然資源、過量砍伐森林、過度開墾土地相聯系，認為只有那些氣候干旱、植被稀疏的地區，才有可能發生沙塵暴。其實，如果沒有強烈的下沉氣流，即使是裸露的沙灘或旱土也很難揚起沙塵長距離漂移。而在長期而強烈的下沉氣流作用下，即使是堅硬的巖石也會遭受風蝕而不斷產生沙塵，雅丹地貌就是由這樣的氣流“雕鑿”出來的。很多沙塵暴的源區實際上是戈壁灘，當地幾乎看不到沙塵，因為那里的沙塵在產生的同時就被風吹走了。1999～2002年四個年度的春季在我國境內發生的53次（1999年9次，2000年14次，2001年18次，2002年12次）沙塵天氣中有33次起源于蒙古共和國中南部的戈壁地區。在這樣一類有強烈的下沉氣流長期作用的地區，植被是很難生長的，更談不上森林。當然，在這樣的地區開墾土地，無疑會加劇沙塵暴的發生。

位于毛里塔尼亞撒哈拉沙漠腹地中的一個穹坑構造，就是由下沉氣流產生的風蝕作用長期雕鑿而形成的大型洼地，旋渦狀下沉氣流像風鉆一樣向該處地下“雕鑿”，在這樣的風力侵蝕下不斷深切并使基巖裸露遭受風化，風化后結構相對松散的巖層在氣流侵蝕下碎解成為沙礫或塵土，并被狂風卷走。該區域旋渦狀下沉氣流的長期作用使得這個地處沙漠腹地的穹坑洼地不但沒有被風沙覆蓋，而且當地風化作用形成的沙礫和塵土也全被狂風吹走。盡管目前這個環狀穹坑地勢低洼，卻沒有沙塵堆積、也少有碎屑沉積物，只有在穹坑最低洼處的局部凹坑或溝谷里有一些鹽堿沉積（這是盆地匯集了大范圍地表徑流很快蒸發的產物，是下沉氣流活躍的標志）。這里的地表雖然看不到松散的沙粒和塵土，但卻是撒哈拉沙漠風沙的一個重要源區，其風化剝蝕的產物全部轉化成了風沙。

長期以來，我國防治沙塵暴的思路主要放在城市周圍的防護林體系建設上，這雖然對改善城市區域的生態環境起到了一定作用，但是在抵御沙塵暴方面則沒有起到實質性的作用，雖然“三北”防護林工程建了一期又一期，影響北京的沙塵暴卻是有增無減。可以說，過去沙塵暴的防治在一定程度上是無的放矢。根據沙塵暴產生的原理，沙塵暴防治的重點應放在“熱力洼地”上，首先要嚴格控制“熱力洼地”上的人類活動，采取必要的措施防止“熱力洼地”上的沙土在地表裸露；其次應采取一切可能的措施提高“熱力洼地”區域的地表溫度，如增加草被覆蓋提高區域地面的保溫能力以減緩這些“熱力洼地”對下沉氣流的牽引作用。

【責任編輯】唐宇