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北京尘暴与环境

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商品详情

书名:北京尘暴与环境
定价:298.0
ISBN:9787030492432
作者:无
版次:1
出版时间:2017-02

在线试读:
第1章 沙尘暴概述
  1.1 沙尘天气的定义和分类
  沙尘天气是半干旱、干旱和荒漠化地区特有的一种天气现象,是在特定的地理环境和下垫面条件下,由特定的大尺度环流背景和某种系统诱发的一种小概率、危害大的灾害性天气。与普通百姓所认识的“风沙”“黄沙”“黑风暴”等一般常用叫法不同,气象学依据大气水平能见度的大小将沙尘天气分为沙尘暴、扬沙和浮尘等天气现象,这也是影响北京的3 种主要沙尘天气类型(方修琦等,2003),只要出现其中一种即为出现沙尘天气(方翔等,2002)。
  根据《地面气象观测规范》(以下简称《规范》)和其他有关资料,现对扬沙、浮尘和沙尘暴的具体定义及细节阐述如下:
  扬沙是由于风大将地面尘沙吹起,使空气相当混浊,水平能见度为1.0~10.0km的一种自然天气现象。
  在《规范》中浮尘被定义为“尘土、细沙均匀地浮游在空中,使水平能见度小于10.0km 的自然天气现象”(何清和赵景峰,1997);也是指沙尘微粒在风力作用下,从地面扬起进入大气,悬浮、飘移、沉降的全过程;或是远处大风引起尘暴、扬沙之后,尚未下沉的细粒随高空气流移来本地,均匀地浮游于空气中的现象(易仁明,1982)。以往研究认为,我国浮尘主要起源于甘肃、内蒙古、宁夏等地的干燥沙漠地带,其次为南疆沙漠(张德二,1984)。浮尘按粒径(D)可分为3类:粉尘(1μm<D≤10μm)、飘尘(D≤1μm)、降尘(D>10μm)(何清,1997)。近代气溶胶成分观测表明,粉尘在大气中可进行远距离输送。大气降尘可根据搬运风力大小和源区差别被划分为尘暴降尘和非尘暴降尘。一方面,两类降尘物质外观色泽不同,尘暴降尘样品为黄褐色,更多源于地壳物质;非尘暴降尘为灰褐色,可能是因为其含有更多人类活动排放的燃烧物质。另外,尘暴降尘粒度比非尘暴降尘偏粗,分选更差。典型的非尘暴降尘的粒度频率曲线呈近似正态分布,而尘暴降尘则因远近距离共同搬运和强烈气流对粗细颗粒混合搬运的共同作用而呈现双峰态粒度分布特征(王赞红,2003a)。沙尘暴一词源于1935年4月14日的“黑色星期天”——美国20世纪30年代*可怕的一次沙尘暴,是指强风(强烈扰动气流)把地表大量的沙粒尘土猛烈地卷入空中,使空气特别混浊,水平能见度小于1km 的一种天气现象。沙尘暴是沙漠化的主要过程之一,是特殊条件下产生的一种灾害性沙尘天气(王式功等,2000),是沙尘天气中*强烈的一种表现形式。风速和能见度是确定沙尘暴强度的主要依据,当沙尘暴水平能见度小于200m、风速≥ 20m/s 时为强沙尘暴;沙尘暴水平能见度小于50m、风速≥25m/s 时则被称为特强沙尘暴也被称为黑风暴,有时将强沙尘暴和特强沙尘暴统称为黑风暴(唐丹妮,2012)。
  另外,沙尘暴又可作为沙暴和尘暴两者兼有的总称,地学研究中依据大气中所含物质颗粒的大小、扬起的高度和搬运的距离长短来区分沙暴和尘暴(杜恒俭,1981)。文献研究认为,沙尘中粒径大于150μm 时不能飞到高空,粉沙可被带入1500m 以上的高空,黏粒则可悬浮于整个对流层中被搬送到几千千米以外(文倩等,2001)。沙暴颗粒多集中分布在0.1~0.5mm,扬起的高度和搬运的距离有限,仅数米或数十米。尘暴颗粒物小于0.074mm,扬起的高度可达数千米至万米以上的高空平流层,搬运的距离在数百千米至上千千米以外。沙暴和尘暴的起沙风速不同,沙暴的起沙风速为 5m/s,合适条件下,风力超过起沙风速,沙粒便能被风吹起,以跳跃式和滚动式运移,常可被高于1m的障碍物阻滞,更无法翻越高大的山体,沙暴发生区域一般在东北三省西部、燕山以北、晋北、陕西黄龙山、宁夏南部山区、西秦岭以北半干旱和干旱地区。尘暴的起沙风速比沙暴小,二者起因相同,但由于颗粒细小,可随风翻山越岭而到达我国北方半湿润甚至湿润区,影响区域可从黄土高原南部、华北平原、东北平原直达东部沿海。
  以上三类灾害天气现象关系密切。扬沙和浮尘这两种自然天气现象同属一个性质,即都是尘沙在空中的悬浮,造成的视程障碍程度基本相同,在大气中造成的光、色、态等在人们视觉上有几乎相同的表现。扬沙与沙尘暴是由于本地或附近尘沙被强风吹起而造成的,其共同特点是能见度明显下降,出现时天空混浊,一片黄色,北方春季容易出现;所不同的是扬沙天气风较大,能见度在1~10km,而沙尘暴风很大,能见度小于1km。浮尘是由于远地或本地产生沙尘暴或扬沙后,尘沙等细粒浮游空中而形成,俗称“落黄沙”,出现时远方物体呈土黄色,太阳呈苍白色或淡黄色,能见度小于10km,无风或风力不大(李青春等,2003)。有描述称:沙尘暴的主要成分是比沙粒更小、更轻的微粒,因其体积小,比重轻,并且所在范围大,草原、农田、工厂、矿山、道路等到处都有,很容易被风卷起,长途飞荡,沿路还可补充,因而可以横扫亚洲大陆,甚至漂洋过海,远涉澳大利亚大陆(郝志邦,2013)。从搬运方式讲,强风扬起的土壤颗粒有3种移动方式:悬浮漂移(直径小于0.02μm),地表蹦跃(直径为0.02~0.10μm)和贴地滚动(直径为0.10~0.90μm),扬沙或沙尘暴的发生主要是通过悬浮漂移方式形成的。
  近年来,一直被人们坚信的京津地区的“沙尘暴”被质疑可能是尘暴。其实,沙尘暴和沙暴、尘暴,均是因强风暴吹蚀地面沙和尘土而起,只是搬运距离和颗粒大小不同而已。沙尘暴扬起和搬运的物质既有沙也有粉尘物质,是沙暴和尘暴的混合体。据报道,京津地区“沙尘暴”所含的物质主要为粉尘,含沙粒极少,且粉尘物质主要从高空数千千米以外搬运而来。人们把它们称为尘暴,也不过因为其所含的主要物质是粉尘而已。从北京沙尘暴降尘的颗粒大小、扬起的高度和搬运的距离分析,北京的沙尘暴相当于地学分类中的尘暴(张万儒和杨光滢,2005 ;张宏仁,2007 ;韩同林,2008a)。早在35年前,刘东生院士根据1980年4月17日至4月20日北京沙尘暴期间落尘的粒度,指出当时的落尘主要是尘,而不是沙尘(Liu et al.,1981)。另外,北京城因北有燕山阻隔,又是半湿润区域,出现的局部扬沙来自大兴区沿永定河河滩的沙,属就地起沙,不应称为来自沙漠沙尘所指的“北京沙尘暴”,确切地说应该是尘暴(申元村等,2000)。北京“尘暴”更被称为“化学尘暴”,除物理学特性与尘暴相同外,化学尘暴更多强调了尘暴的化学物质成分为盐碱物质,主要来源于干涸的盐碱湖、盐碱地、退化草地中的盐渍化土壤、盐碱荒漠等。有时除了盐碱成分外,还有相当比例的有毒副作用的化学物质和元素,如亚硝酸盐、溴、锌、锶、锰等,所以称为化学尘暴(人人健康综合,2012)。例如,2006年4月16日发生的尘暴事件(简称4.16尘暴)带来的水溶盐重达1.1万余t,被认为不是一般的沙尘暴,而是含有大量水溶盐化学物质的化学尘暴(宋怀龙,2006)。尽管对北京发生的是沙尘暴还是尘暴或化学尘暴的分类或叫法上仍存异议,并不影响我们关注其危害程度和对其进行各种研究。我们暂且延用文献中提及的惯用名称。
  1.2 沙尘暴的历史记录
  1.2.1 我国沙尘暴的历史记录
  据正史记载,公元300~1909年,我国共发生尘暴436 次,尘暴日数达901日。根据每10年中尘暴的次数与日数之乘积以值,推测尘暴频发时段有:公元480~509年,1170~1219年,1690~1729年,1840~1879年,在这些时段内的以值都不小于25,对应于历史时期中的冷干期,在所研究的1610年内,每年降尘的平均厚度约为0.54 cm。
  20世纪以来我国北方强沙尘暴呈急剧上升趋势,50年代发生5次,60年代发生8次,70年代发生13次,80年代发生14次,90年代发生23次。1954~2000年我国尘暴事件发生频率较上半个世纪有降低趋势,但自1998年后又逐渐增加(Wang et al.,2005a)。21世纪初我国沙尘暴加剧,2000年沙尘暴发生15 次,2000年3~4月,在我国北方地区连续出现12次沙尘暴和浮尘(史培军等,2000),2001年发生18 次。国家林业局发布的《2002年沙尘天气及灾情评估报告》指出,2002年3~5月,我国北方地区共发生12 次沙尘天气过程,其中11次为沙尘暴(黄淼等,2008)。在2001~2010年的近10年间民勤沙尘暴强度没有减弱,强沙尘暴变化不大,以6月出现*多的局地性沙尘暴为主,4月出现*多的区域性沙尘暴为辅(赵明瑞等,2013)。2013年和2014年我国沙尘天气有减少趋势,2013年春季共出现了7次沙尘天气过程,其中沙尘暴2次、扬沙5次,是沙尘天气频次总体偏少,但发生时间偏早、影响范围较广的一年(段海霞和李耀辉,2014)。2013年3月8~10日,北方自西向东有新疆、青海、甘肃、内蒙古、宁夏、陕西、山西、河北、北京、天津、辽宁、河南、山东等省(自治区、直辖市)出现大范围浮尘、扬沙或沙尘暴天气,是近几年来出现范围*广、强度*大、影响时间*长的沙尘暴天气(顾佳佳,2013)。
  我国不同地区沙尘暴发生呈现各自的特点:长江以北地区20世纪50年代沙尘暴发生日数较多,60年代发生日数较少,70年代略有增加,80年代又处于逐渐减少的趋势,90年代有明显增加,21世纪初则上升到一个新阶段,为百年所罕见(王式功等,2000)。同时期西北地区沙尘暴呈急剧上升趋势,20世纪50年代5 次,60年代8次,70年代13次,80年代14 次,90年代19 次。新疆大范围沙尘暴发生的次数从20世纪60年代到90年代逐年减少(李强,2013)。阿拉善盟的沙尘暴,在新中国成立初期3~5年一见,70年代2年一见且强度都较弱、危害也较轻,但进入八九十年代以来,几乎年年发生;到了90年代后期,每年发生数十次,发生频率明显加强,强度加大。呼和浩特地区的沙尘暴在1954~2001年发生次数总体减少,但90年代后有所增加,特别是2000年开始急剧增加(王文彪等,2013);1961~2010年观测结果表明,内蒙古中西部巴彦淖尔地区20世纪90年代沙尘暴频次明显减小,进入21世纪又呈现增长态势(梁凤娟,2014);1980~2006年鄂尔多斯市春季大风、沙尘暴日数的时间总体呈减少趋势(崔桂凤等,2010);锡林郭勒地区在1981~2010年的30年间沙尘暴风险呈增加趋势,且西部地区高于东部地区(武健伟等,2012)。黑龙江省在1958~2007年的50年内扬沙、浮沙、沙尘暴日数都呈减少趋势,其中扬沙减少速率为1d/10a,浮尘减少速率为0.1d/10a,沙尘暴减少速率为0.3d/10a(王凤玲和李江宁,2012)。黄土高原近43年来的沙尘、强沙尘暴天气呈减少趋势(刘国梁和张峰,2013)。位于腾格里沙漠南缘的民勤县的沙尘暴的发生次数存在着5年和7.5年的周期变化,发生次数总体呈下降趋势,但在一段时期又存在着波峰- 波谷的波动变化(邱进强和高峰,2014)。内蒙古通辽市在1954~2001年的近48年间沙尘暴天气总体呈减少趋势,20世纪50~70年代是高发期,且变化幅度大;80年代后沙尘暴发生次数急剧减少,进入90年代后又呈上升趋势(刁鸣军等,2013)。世界上受风沙危害*严重的地区之一新疆绿洲农业区54年来沙尘暴发生次数均呈负趋势变化(郝璐和穆斯塔发,2012)。
  1.2.2 北京沙尘暴的历史记录
  我国首都北京关于沙尘暴的记录更为详细。北京地区历史上第*次可靠的沙尘暴记录是在北魏太平真君元年(公元440年)(陈广庭,2000),其凶猛“坏屋庐,杀人”。北魏景明元年(公元500年)二月,沙尘暴“杀一百六十一人”。景明三年(502年)九月,“暴风混雾,拔树发屋”。正始二年(505年)春二月,“黑风拔树杀人”。《元史》中记载,致和元年(1328年)三月壬申,“雨霾”;天历二年(1329年)三月丁亥、至顺元年(1330年)三月丙戌,“雨土霾”;至元四年(1338年)四月辛未,“天雨红沙,昼晦”;至正二十七年(1367年)三月庚子,“大风自西北起,飞沙扬砾,白日昏暗”,史籍中有“幽燕沙漠之地,风起则沙尘涨天”的记述。辽金时期,北京城*严重的沙尘暴出现在公元1367年,长达44天。到了明代,北京的沙尘天气更加严重,《明实录》记载的随大风而起的“扬黄土沙”“扬尘四塞”“扬尘蔽空”“拔木飞沙”等现象,可视为扬沙天气,其中特别猛烈的,如“大风扬尘,天地昏暗”等,则很可能是沙尘暴天气;而“风霾”“雨霾”“黄雾四塞”“雨土濛濛”“日色变白”一类的记录,则应属于浮尘天气。明代的276年间,北京地区共有95个年份出现春夏之交的大风沙尘暴天气,前71年没有沙尘暴的记载,沙尘暴多出现在正统五年(公元1440年)以后的205年里。几次特大沙尘暴毁坏建筑,死伤人众,损失惨重。以20年为间隔,将洪熙元年(1425年)至崇祯十七年(1644年)的220年划分为11个时间段,各时段沙尘天气发生次数分别为16次、9次、11次、17次、6次、23次、15次、8次、18次、19次,呈递增趋势。
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