中科院：亞洲沙塵暴關(guān)鍵問題研究在源區(qū)及形成的主要因素等方面進(jìn)展明顯

來源：水土保持生態(tài)環(huán)境建設(shè)網(wǎng) 上傳日期:2018-07-23 打印本文章【字體】大中小

中科院地球環(huán)境所

2003年4月10日

圖片說明：由中科院地球環(huán)境所張小曳研究員主持的“有關(guān)亞洲沙塵暴研究”項(xiàng)目經(jīng)2001、2002年大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)觀測與數(shù)值模擬緊密結(jié)合的研究，在沙塵暴的源區(qū)、形成的主要控制因素、輸送路徑、高度等方面取得了明顯進(jìn)展。

中國科學(xué)院網(wǎng)消息 2000年以來的連續(xù)3年我國出現(xiàn)了比較嚴(yán)重的沙塵暴，引起了國家、科學(xué)界、媒體和公眾的廣泛關(guān)注。影響我國的沙塵暴源區(qū)到底在那里？亞洲其他國家對(duì)沙塵暴的貢獻(xiàn)有多大？在沙塵暴的發(fā)生過程中氣候變化因素和近幾十年來我國沙漠化土地增加的因素到底哪個(gè)扮演了更為重要的角色？沙塵暴輸送的路徑？分布的高度如何？這些均是認(rèn)識(shí)沙塵暴和控制并減緩其影響的核心問題。

為了獲得亞洲沙塵暴形成機(jī)制及其與氣候變化和土地沙漠化增加本質(zhì)聯(lián)系的準(zhǔn)確和完整的科學(xué)結(jié)論，在中國科學(xué)院2000年創(chuàng)新重大方面性項(xiàng)目和科技部2001年“973”項(xiàng)目的主要資助下，在中國氣象局的支持下，由中科院地球環(huán)境研究所張小曳研究員主持的有關(guān)亞洲沙塵暴研究，經(jīng)過2001、2002年大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)觀測與數(shù)值模擬緊密結(jié)合的研究，并通過自1960年我國有完整、穩(wěn)定沙塵暴觀測以來發(fā)生過的沙塵暴研究，結(jié)合以往的研究積累，除了獲得迄今國際上在亞洲沙塵暴主要源區(qū)和關(guān)鍵沉降區(qū)最為系統(tǒng)、且對(duì)于亞洲粉塵研究(包括模擬的參數(shù)化和驗(yàn)證)至關(guān)重要的一些關(guān)鍵資料外，還在沙塵暴的源區(qū)、形成的主要控制因素、輸送路徑、高度等方面取得了明顯進(jìn)展：

通過源區(qū)粉塵氣溶膠釋放通量的研究，發(fā)現(xiàn)亞洲沙塵暴的10個(gè)主要源區(qū)的分布，其中非中國源區(qū)對(duì)沙塵暴的貢獻(xiàn)約為40%(圖1)。蒙古源區(qū)(S2)，以塔克拉瑪干沙漠為中心的中國西部沙漠源區(qū)(S4)，和以巴丹吉林沙漠為中心的中國北部沙漠高粉塵源區(qū)(S6)貢獻(xiàn)了亞洲粉塵釋放總量的約70%(圖1)，它們可視為亞洲沙塵暴的3個(gè)貢獻(xiàn)量最大的源區(qū)。除塔克拉瑪干源區(qū)(S4)外，不論相對(duì)于1980年前的20年和之后的20年，近3年來沙塵暴在絕大多數(shù)源區(qū)的發(fā)生均有增加(圖2、3)。在經(jīng)過近20年的沉寂之后，蒙古粉塵源區(qū)和中國北部沙漠高粉塵源區(qū)近3年的沙塵暴增加，可能預(yù)示著另一個(gè)20年的亞洲沙塵暴高爆發(fā)期的來臨。

近40年來伴隨著我國沙漠化土地增加(相對(duì)于1960-1979年的平均水平，1980年以后的沙漠和沙化土地增加約30%-50%面積)，亞洲粉塵釋放總量卻呈現(xiàn)出不斷下降的走勢，近3年在沙化土地可視為基本不變的情況下，沙塵暴卻大幅度大面積增加，結(jié)合其它證據(jù)表明氣候因素而非沙漠化因素可能是控制亞洲和我國沙塵暴發(fā)生的主導(dǎo)因素(圖4)，其中地表風(fēng)速可能是關(guān)鍵的因子。

我國沙化土地明顯擴(kuò)張的區(qū)域在渾善達(dá)克沙地周邊，科爾沁沙地西南和西北緣，毛烏蘇沙地中北部以及巴丹吉林沙漠的東部，增幅最大的部分在渾善達(dá)克沙地(圖5)。已經(jīng)沙化的部分區(qū)域特別是降水在200-400毫米的區(qū)域有可能被恢復(fù)到原來的干草原等面貌。消除了部分沙化土地后沙塵暴有多大程度的減緩，對(duì)我國重要城市，特別是北京的影響有多大程度的降低正在進(jìn)一步研究之中。

通過空氣氣團(tuán)軌跡分析，發(fā)現(xiàn)亞洲沙塵輸送的5條主要路徑及其對(duì)我國不同城市，特別是北京的影響(圖6)。“東北沙地路徑”由黑線表示，粉塵主要由東北風(fēng)攜帶經(jīng)我國東北沙地(特別是渾善達(dá)克沙地)輸送到北京；蘭線表示“北部蒙古路徑”，氣團(tuán)穿過蒙古源區(qū)沿陰山北、東坡到達(dá)北京；第3條路徑顯示氣團(tuán)穿過阿拉山口，經(jīng)過以巴丹吉林沙漠為主體的亞洲粉塵“北部沙漠高粉塵源區(qū)”以及陰山南坡到達(dá)北京，這條路徑稱為“北部沙漠路徑”用褐色表示；路徑4叫做“西部沙漠路徑”用綠線表示，這主要是因?yàn)榉蹓m的輸送源于并經(jīng)過以塔克拉瑪干沙漠為主體的“西部沙漠源區(qū)”，向東越過太行山脈到達(dá)北京；最后一條輸送路徑稱為“轉(zhuǎn)向路徑”以粗紅線表示，粉塵首先穿過主要源區(qū)向南輸送，后改變方向主要經(jīng)秦嶺和太行山交界的山口再向北到達(dá)北京。在主要輸送路徑特別是山口建風(fēng)力發(fā)電廠等，以減緩風(fēng)速控制沙塵暴輸送可能是關(guān)鍵和重要的控制對(duì)策之一。

亞洲沙塵暴輸送的3維空間分布結(jié)果顯示，沙塵暴在接近其源區(qū)的區(qū)域，粉塵氣溶膠濃度的最大值在1000米以下；在中國內(nèi)陸，類似北京和西安這樣的城市其峰值通常在1000-3000 米高度；在日本等東亞區(qū)域濃度最大值處在2000-4000 米位置；在太平洋中部峰值位于4000-5000 米高度；在美國西部位于5000-7000 米。3、4月間沙塵暴離開中國向西北太平洋輸送的主要位置位于40°N左右，高度在1500-3000 米，5月除了維持這樣一個(gè)輸出的主要位置外，在4000-7000 米高度、60-65°N出現(xiàn)另外一條輸出路徑。我國主要以造林為主的防治沙塵暴政策和舉措，例如：斥巨資的環(huán)京津防護(hù)林是否對(duì)高空輸送的沙塵暴有明顯的減緩作用值得慎重考慮。

研究結(jié)果已有22篇文章在J. Geophysics Res.; J. Atmospheric Chemistry，Atmos. Environ.和 EPSL等高影響因子國際期刊上，36篇在國內(nèi)期刊上發(fā)表，表明此項(xiàng)研究有比較充分的科學(xué)依據(jù)，并得國際、國內(nèi)同行的承認(rèn)。沙塵暴模擬方法正在與中國氣象局的數(shù)值天氣預(yù)報(bào)模式嵌套，將在沙塵暴的定量預(yù)報(bào)系統(tǒng)中發(fā)揮作用。這項(xiàng)研究在對(duì)國際科學(xué)界有關(guān)粉塵氣溶膠對(duì)地球氣候系統(tǒng)影響研究做出貢獻(xiàn)的同時(shí)，也希望能在國家控制和減緩沙塵暴影響的決策中發(fā)揮作用。

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