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从天气学角度看,大风的形成,一是强冷空气入侵,即冷锋过境,穿越锋面的次级环流促使锋前强烈上升、锋后动量下传,由此产生变压风,这是造成近地面大风的主要因素;二是冷锋前地面热低压发展使锋区气压梯度增大而形成梯度风。强冷空气是形成沙尘天气的驱动力,只有足够的冷空气方有可能形成强的气压差,推动大气的水平流动。又由于此时低空不同高度水平风速的不同,以及低层的强烈辐合,迫使空气产生垂直方向的流动,从而产生强烈的水平和垂直运动。瞬时最大风速为每秒17米,短时七、八级以上,即可出现沙尘暴。形成沙尘暴的冷空气强度要比一般大风的冷空气更猛烈。
大气层结是否稳定是形成沙尘暴的另一决定性因素。以最常出现区域性强沙尘暴的甘肃省河西地区为例,这里处在冷空气东南下的西北通道上,一般来说,冬春两季特别是春季经常有势力强大的冷空气入侵,而且春季植物稀少,沙漠和裸露的地表温度上升得很快,只要连续晴好两三天,地面气温可以升得很高。如果这时遇上强大的冷空气在中午前后过境,可形成上冷下暖的不稳定的温度层结,沙尘暴常常在此时发生。
沙源都是些什么东西呢?它们是怎么来的呢?我们能“消灭”或封闭这些物质吗?下面我们就从沙尘源的形成来寻找答案。
从我国北方地区沙尘源的形成看,一类是自然形成的第四纪沉积、堆积物;另一类是人类生产活动堆积物。前者有风成沙、沙砾戈壁、风蚀劣地、沙质粘土、第三纪红色沙岩、现代流水冲积物、湖积物、黄土等。这些沙尘源物质量大且分布面积广,为强沙尘暴的形成提供了丰富的物质基础。后者有尾矿砂、废弃物、炉灰等堆积物和开垦耕地的裸露地面等,比如退化的森林草地、没有植被覆盖的干松土地和城乡建筑工地的沙土堆。近年发生的沙尘暴中,沙质草地和旱作耕地是主要沙源。从自然成因上看,人类无法消除沙尘暴。但从人类自身活动来看,乱砍滥伐和对土地、水资源的不合理利用而加速沙尘暴发生的负面作用是可以消减的,可以在一定程度上消减沙尘暴发生的频率和强度。
沙源物质颗粒的大小也影响沙尘飞行的距离。如科尔沁沙地组成物质主要是中细砂粉砂层和粉细砂。鄂尔多斯等地含细砂、粉砂高达80%。松散沉积环境加上合适的环流条件,使这些地区成为沙尘暴的高发区和物源区。沙尘发生地区辽阔坦荡的地貌也是成因之一。
荒漠化扩大了沙尘源,增加了沙尘暴天气的发生,近年来气候干暖化和人为活动强度加大,造成荒漠化速度加快。荒漠化与经济活动强度及人口数量增加成正相关。人口的增加加大了对土地资源和水资源的压力,低素质的人群中便出现乱砍滥伐、过牧和水资源利用不当的现象,从而加速了荒漠化的蔓延,形成恶性循环。
沙漠以外地区的沙尘源也是一个不容忽视的因素。我国北方春季气候干燥,风力较强,土壤墒情差,植被疏矮,每遇大风天气,表层干燥土壤容易被风刮起,形成扬尘。而城郊地带由于破土施工、建材堆积、垃圾堆放不合理等也是扬沙的来源之一。
有关防治对策的探讨
我们要树立的一个信心是,人类现有的科学技术可以遏制或减轻沙尘暴对人类的危害。防御沙尘暴的长远对策是从根本上改善生态环境,人为改变荒漠和半荒漠地表现状以及恶劣的生态环境。下面就介绍几种防风固沙工程:
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