北方又有沙塵暴，北方為什么老有沙塵暴？！
時間：2021-03-30 15:45 來源：博源集團文章來自“科學大院”公眾號作者：王素
當時本是個平平無奇的周一，但是，身在北京早早起床的打工人，拉開窗簾的一剎那，都是這樣的表情：
（圖片來源：veer圖庫）
是的，此情此景不是《明日之后》，不是《銀翼殺手2049》，更不是《賽博朋克2077》，2021年了，誰能想到北京還有這么嚴重的沙塵暴呢！
（圖片來源：游戲《賽博朋克2077》，電影《銀翼殺手2049》，北京3月15日實拍）
這次沙塵暴事件影響到的不僅是北京。在3月14日晚，包頭市就出現(xiàn)大范圍強沙塵暴天氣，中央氣象臺3月15日6時就發(fā)布了沙塵暴黃色預警。內(nèi)蒙古西部、甘肅河西、陜西山西北部、河北中北部、北京等地都遭遇了局地強沙塵暴的襲擊。15日9時，北京城六區(qū)PM10濃度甚至高達8100 ug/每立方米，“爆表”的警報此起彼伏。可以說，這是沙塵暴時隔5年再次襲擾北京,也是近10年我國遭遇強度最強、范圍最廣的一次沙塵天氣過程。眾人都成為大風狂沙中的一粒種子，埋在春的泥土里。
（圖片來源：騰訊網(wǎng)）
為何在遭遇沙塵暴時，北方城市總是受委屈的那一個？這就不得不讓人感慨“命運的捉弄”。
沙塵總有“根”，它的根就是那些約占全球陸地表面的三分之一的干旱、半干旱區(qū)域。它們不僅是中國，也是世界主要的沙塵源區(qū)。直接影響我們的沙塵主要源自中國北方的干旱半干旱地區(qū)，包括：新疆塔里木盆地邊緣；甘肅河西走廊和內(nèi)蒙古阿拉善地區(qū)；陜、蒙、晉、寧西北長城沿線的沙地、沙荒地旱作農(nóng)業(yè)區(qū)；內(nèi)蒙古中東部的沙地。這些地區(qū)由于深處內(nèi)陸，遠離海洋，氣候干旱，草木貧瘠，多為沙漠、荒漠、戈壁覆蓋，進一步使得該地抗風蝕能力降低。此外，由于在冬春季，北方降水量普遍偏少，植被覆蓋量也少，長期相對較低的相對濕度使得表層土壤疏松。
除了本地的變化，高空大氣環(huán)流形勢的變化也與沙塵天氣的出現(xiàn)緊密相關(guān)。隨著季節(jié)更替，影響我國天氣的大佬之一——東亞大槽開始蠢蠢欲動。當沙塵天氣出現(xiàn)時，這個對流層西風帶形成的、位于亞洲東部沿海一帶的深槽會在亞洲西部形成穩(wěn)定的脊區(qū)。
正是由于我國位于槽后西北氣流控制區(qū)，東亞大槽不斷向東推進，引領(lǐng)西伯利亞冷空氣不斷南下。以本次事件為例，強冷空氣進入蒙古國境內(nèi)，冷空氣的堆積引導了蒙古氣旋的發(fā)展，使得局地風力達到了9級以上，氣旋向東部移動過程中帶來陣陣狂風，加上近地層不穩(wěn)定的大氣形式不斷輸送揚沙，人都能吹走，更別說是沙塵了。
由于控制該類天氣的一般為大尺度天氣系統(tǒng)，是疊加在平直西風帶上的，范圍大約在1000-3000km，所以殺傷力巨大。冷空氣越強，形成的大風區(qū)越大，強度也越強。你是風兒我是沙，在大風的“纏綿”之下，蒙古荒漠地區(qū)原地徘徊的沙塵終于被慫恿，地表大量沙塵被卷入空中，隨著大風一路南下東下，浩浩蕩蕩，終于浪跡到我國東部北方城市群。另外，我國的西部地區(qū)恰好位于地形高處，總是位于冷空氣下游風向的北方，可不就是案板上的魚肉么。
（圖片來源：騰訊網(wǎng)）
沙塵源，強勁風力，再加上近地層不穩(wěn)定的大氣，每年冬春寒潮來襲的時候，北方便容易發(fā)生大規(guī)模的沙塵天氣。當水平能見度≤1km，并且在同一次天氣過程中, 相鄰3個或3個以上國家基本 (準) 氣象站在同一觀測時次出現(xiàn)了沙塵暴，就認為發(fā)生了一次沙塵暴事件。
其實，沙塵暴并非不能影響到南方。
雖然沙塵暴在東移南下過程中勢力逐漸減弱，但是在環(huán)流的帶動下特大沙塵暴也能大舉南下，沿途灑下黃沙。2000年4月那次特大沙塵暴沙塵一度蔓延到黃淮、江淮、江南北部等地，連臺灣島都受到了影響（本次同樣預估會造成南方揚沙天氣）。
誰是長期驅(qū)動中國沙塵暴的幕后黑手？
沙塵天氣的出現(xiàn)，僅僅是一次天氣現(xiàn)象的偶然么？
近40年來的氣象記錄表明, 中國北方春季大風日數(shù)的增減與沙塵暴日數(shù)的增減是一致的。而大風的增減往往反映的是氣候周期性變化規(guī)律。所以大風日數(shù)異常增加，強度明顯增強，一定是東亞冬季風的異常在背后“搞事情”。
但要論起災害天氣背后的幕后推手，還是厄爾尼諾這個我們熟悉的家伙。研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在厄爾尼諾年, 冬春季大風天氣較少；而在反厄爾尼諾年, 大風天氣出現(xiàn)頻繁，為沙塵暴出現(xiàn)提供了動力條件。20世紀70年代, 由于反厄爾尼諾事件占優(yōu)勢, 中國北方寒潮大風天氣出現(xiàn)很頻繁，而在80~90年代, 厄爾尼諾事件占優(yōu)勢, 寒潮大風天氣出現(xiàn)相對較少。2000年爆發(fā)了20世紀最強的一次厄爾尼諾事件，在當年及次年，也爆發(fā)了我國北方罕見的高頻沙塵暴。而今年的形勢，也恰好與之契合。
在氣候尺度上，最近發(fā)表在著名刊物《Nature Communications》上的研究推測，沙塵暴活動與東亞夏季風和人口數(shù)量有關(guān)。東亞夏季風增強時, 人口數(shù)量急劇增多, 沙塵暴活動同時增強, 如漢、唐、北宋以及明朝前期; 而在東亞夏季風減弱時, 人口數(shù)量減少，沙塵暴也減弱, 如魏晉南北朝、五代十國、南宋以及明末。
需要注意的是，雖然氣象條件在沙塵暴的輸送上舉足輕重。但沙塵暴的出現(xiàn)，與人為活動并非毫不相關(guān)。人為活動并非只是指化石能源利用加速的近代。對于我國而言，受沙塵暴的傷害的歷史可以追溯到2000年前。
北宋徽宗太學博士陳與義留下過“如何得與涼風約，不共沙塵一并來”的詩句，來吐槽自己遭遇沙塵暴突襲的倒霉運氣。下圖是根據(jù)高分辨率巖芯重建的過去2000年中國東西部沙塵暴記錄的對比，揭示出中國北方存在兩種沙塵暴演化模式：西部地區(qū)的沙塵暴主要受控于自然氣候的變化, 人類活動的影響直到近代才表現(xiàn)出來，而人類活動在2000年前就成為了中國東部地區(qū)沙塵暴的主控因素。
（圖片來源：參考文獻2）
氣象影響雖大卻不可控，沙塵源這個可以建設和完善的“缺口”，成為了我國政府的主要工作目標。為實現(xiàn)此目標，政府主要采取了建立三北防護林、實施天然林保護、退耕還林還草等措施，力圖在源地改善起沙機制，從而減少沙塵天氣的發(fā)生。
經(jīng)過幾十年的努力，我國創(chuàng)造了一個又一個奇跡。目前中國森林增加面積超過全世界所有國家的總和。“十三五”以來我國累計完成防沙治沙任務880萬公頃，植被覆蓋面積增加了200多萬公頃，2000年-2017年期間全球綠葉面積的25%由中國貢獻。2020年，中國四大沙地之一的毛烏素沙漠即將消失。而我國七大沙漠之一的庫布其沙漠植被覆蓋率已經(jīng)從2002年的16.2%，大幅提升到2016年的53%，每年阻止上億噸黃沙流入黃河。中國的防沙治沙成績已經(jīng)被世界看到。
（圖片來源：人民日報）
那么，是否今日的沙塵暴就意味著防沙治沙沒有成效，防護林沒有起到作用？其實不然。
在改善當?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境上，防護林建設是一個長期而緩慢的過程。通過植被根系固沙、蓄水功能，可以降低地表沙塵裸露面積，抑制、改善起沙條件，植被也可以減小局地的揚沙，但對整個風場的改善畢竟有限。得益于長期的綠化建設，近50年來，我國沙塵天氣的確逐漸減少。根據(jù)北京觀象臺沙塵資料統(tǒng)計分析， 60-80年代及以前，北京春季的沙塵日數(shù)在10-20天以上，到了2010年以后，平均沙塵日數(shù)已經(jīng)降低為3天左右。
（圖片來源：中國天氣）
那么去年沸沸揚揚的敦煌防護林被毀與這次事件有關(guān)系么？基本沒有。根據(jù)最新的衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)測算，陽關(guān)林場區(qū)域內(nèi)現(xiàn)有防護林面積6979畝，尺度為46.5km，而破壞的又僅僅為陽關(guān)的一部分，還不到這個數(shù)，本次影響沙塵暴的天氣尺度卻達到上千km，委實不是一個量級的。
在極端不利氣象條件下，揚沙仍能被大風從未改造的沙漠中帶起，在高空環(huán)流的帶領(lǐng)下席卷我國北方。我們需要認識到，沙塵暴不能被根治，植樹造林也不是解決一切問題的終極方案，不能百分之百解決我國的沙塵問題。防護林的建設和生態(tài)環(huán)境的科學治理仍然需要持續(xù)推進。
除了我國，其實日本、俄羅斯、澳大利亞、美國、中東、埃及、希臘等國家和地區(qū)，也飽受沙塵暴困擾。在沙塵問題上，全球都是“命運共同體”。
由于過度開發(fā)自然資源、過量砍伐森林、開墾土地，沙塵暴一直是美國西部平原的常客。但2020年6月，撒哈拉沙漠上空的風帶著1.82億噸沙塵穿越大西洋登陸美國東南部，筑起數(shù)十米高墻。
撒哈拉50年來最大沙塵暴登陸美國（圖片來源：騰訊網(wǎng)）
我們需要認識到：沙塵暴是全球生態(tài)系統(tǒng)的重要一環(huán)，只要內(nèi)陸地區(qū)極端干旱區(qū)存在，沙塵就不可能徹底消失，沙塵暴也不會消失。
近些年我國沙塵天氣的減少的確與控制起沙源區(qū)有關(guān)，此外，在全球變暖形勢下的中低緯度地區(qū)平均風速的減少也起到了重要作用。
不過，在全球循環(huán)中，沙塵暴并不總是“壞人”。雖然不直接吸收大氣中的二氧化碳，但是，沙塵暴所帶來物質(zhì)是海洋浮游植物生長必不可少的肥料，某種程度上它是抵抗全球變暖的幕后英雄。
氣候變化是荒漠化的決定性因子，人為活動對荒漠化形成過程起著決定性作用。隨著全球變暖加速，北半球中緯度內(nèi)陸地區(qū)降水量雖然變化不大，但溫度顯著升高，必定使得地表蒸發(fā)加大，土壤變干。極端天氣現(xiàn)象的增加將使我國北方地區(qū)干旱和暖冬現(xiàn)象日益嚴重, 如果繼續(xù)加以不合理的人為利用，必然為異常沙塵暴的發(fā)生提供不良氣候背景——而這正是我們想要抑制并使其減少的。
如何在環(huán)境治理中取得平衡，擴寬對自然和氣候的認識，從而在人努力前提下利用天來幫忙，依然是未來全球都需要思考的問題。防沙治沙，保護環(huán)境，將永遠是進行時，是主旋律。
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作者單位：中國科學院大氣物理研究所
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