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生态系统研究与管理简报 |
| 亚洲沙尘暴关键问题研究获新进展 |
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关键字：沙尘暴
时间: 2003-04-10 点击率: 162749 |
摘 要： 由中科院地球环境所张小曳研究员主持的“有关亚洲沙尘暴研究”项目经2001、2002年大规模的网络观测与数值模拟紧密结合的研究，在沙尘暴的源区、形成的主要控制因素、输送路径、高度等方面取得了明显进展。
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2000年以来的连续3年我国出现了比较严重的沙尘暴，引起了国家、科学界、媒体和公众的广泛关注。影响我国的沙尘暴源区到底在那里？亚洲其他国家对沙尘暴的贡献有多大？在沙尘暴的发生过程中气候变化因素和近几十年来我国沙漠化土地增加的因素到底哪个扮演了更为重要的角色？沙尘暴输送的路径？分布的高度如何？这些均是认识沙尘暴和控制并减缓其影响的核心问题。
为了获得亚洲沙尘暴形成机制及其与气候变化和土地沙漠化增加本质联系的准确和完整的科学结论，在中国科学院2000年创新重大方面性项目和科技部2001年“973”项目的主要资助下，在中国气象局的支持下，由中科院地球环境研究所张小曳研究员主持的有关亚洲沙尘暴研究，经过2001、2002年大规模的网络观测与数值模拟紧密结合的研究，并通过自1960年我国有完整、稳定沙尘暴观测以来发生过的沙尘暴研究，结合以往的研究积累，除了获得迄今国际上在亚洲沙尘暴主要源区和关键沉降区最为系统、且对于亚洲粉尘研究(包括模拟的参数化和验证)至关重要的一些关键资料外，还在沙尘暴的源区、形成的主要控制因素、输送路径、高度等方面取得了明显进展：
通过源区粉尘气溶胶释放通量的研究，发现亚洲沙尘暴的10个主要源区的分布，其中非中国源区对沙尘暴的贡献约为40%。蒙古源区(S2)，以塔克拉玛干沙漠为中心的中国西部沙漠源区(S4)，和以巴丹吉林沙漠为中心的中国北部沙漠高粉尘源区(S6)贡献了亚洲粉尘释放总量的约70%，它们可视为亚洲沙尘暴的3个贡献量最大的源区。除塔克拉玛干源区(S4)外，不论相对于1980年前的20年和之后的20年，近3年来沙尘暴在绝大多数源区的发生均有增加。在经过近20年的沉寂之后，蒙古粉尘源区和中国北部沙漠高粉尘源区近3年的沙尘暴增加，可能预示着另一个20年的亚洲沙尘暴高爆发期的来临。
近40年来伴随着我国沙漠化土地增加(相对于1960-1979年的平均水平，1980年以后的沙漠和沙化土地增加约30%-50%面积)，亚洲粉尘释放总量却呈现出不断下降的走势，近3年在沙化土地可视为基本不变的情况下，沙尘暴却大幅度大面积增加，结合其它证据表明气候因素而非沙漠化因素可能是控制亚洲和我国沙尘暴发生的主导因素，其中地表风速可能是关键的因子。
我国沙化土地明显扩张的区域在浑善达克沙地周边，科尔沁沙地西南和西北缘，毛乌苏沙地中北部以及巴丹吉林沙漠的东部，增幅最大的部分在浑善达克沙地。已经沙化的部分区域特别是降水在200-400毫米的区域有可能被恢复到原来的干草原等面貌。消除了部分沙化土地后沙尘暴有多大程度的减缓，对我国重要城市，特别是北京的影响有多大程度的降低正在进一步研究之中。
通过空气气团轨迹分析，发现亚洲沙尘输送的5条主要路径及其对我国不同城市，特别是北京的影响。“东北沙地路径”由黑线表示，粉尘主要由东北风携带经我国东北沙地(特别是浑善达克沙地)输送到北京；兰线表示“北部蒙古路径”，气团穿过蒙古源区沿阴山北、东坡到达北京；第3条路径显示气团穿过阿拉山口，经过以巴丹吉林沙漠为主体的亚洲粉尘“北部沙漠高粉尘源区”以及阴山南坡到达北京，这条路径称为“北部沙漠路径”用褐色表示；路径4叫做“西部沙漠路径”用绿线表示，这主要是因为粉尘的输送源于并经过以塔克拉玛干沙漠为主体的“西部沙漠源区”，向东越过太行山脉到达北京；最后一条输送路径称为“转向路径”以粗红线表示，粉尘首先穿过主要源区向南输送，后改变方向主要经秦岭和太行山交界的山口再向北到达北京。在主要输送路径特别是山口建风力发电厂等，以减缓风速控制沙尘暴输送可能是关键和重要的控制对策之一。
亚洲沙尘暴输送的3维空间分布结果显示，沙尘暴在接近其源区的区域，粉尘气溶胶浓度的最大值在1000米以下；在中国内陆，类似北京和西安这样的城市其峰值通常在1000-3000 米高度；在日本等东亚区域浓度最大值处在2000-4000 米位置；在太平洋中部峰值位于4000-5000 米高度；在美国西部位于5000-7000 米。3、4月间沙尘暴离开中国向西北太平洋输送的主要位置位于40°N左右，高度在1500-3000 米，5月除了维持这样一个输出的主要位置外，在4000-7000 米高度、60-65°N出现另外一条输出路径。我国主要以造林为主的防治沙尘暴政策和举措，例如：斥巨资的环京津防护林是否对高空输送的沙尘暴有明显的减缓作用值得慎重考虑。
研究结果已有22篇文章在J. Geophysics Res.; J. Atmospheric Chemistry，Atmos. Environ.和 EPSL等高影响因子国际期刊上，36篇在国内期刊上发表，表明此项研究有比较充分的科学依据，并得国际、国内同行的承认。沙尘暴模拟方法正在与中国气象局的数值天气预报模式嵌套，将在沙尘暴的定量预报系统中发挥作用。这项研究在对国际科学界有关粉尘气溶胶对地球气候系统影响研究做出贡献的同时，也希望能在国家控制和减缓沙尘暴影响的决策中发挥作用。
（中国科学院地球环境研究所）
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