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，包頭市就出現大范圍強沙塵暴天氣，中央氣象臺3月15日6時就發布了沙塵暴黃色預警。內蒙古西部、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）
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、半干旱區域。它們不僅是中國，也是世界主要的沙塵源區。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，包括：新疆塔里木盆地邊緣；甘肅河西走廊和內蒙古阿拉善地區；陜、蒙、晉、寧西北長城沿線的沙地、沙荒地旱作農業區；內蒙古中東部的沙地。這些地區由于深處內陸，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，高空大氣環流形勢的變化也與沙塵天氣的出現緊密相關。隨著季節更替，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定的脊區。
正是由于我國位于槽后西北氣流控制區，東亞大槽不斷向東推進，引領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，冷空氣的堆積引導了蒙古氣旋的發展，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，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）
沙塵源，強勁風力，再加上近地層不穩定的大氣，每年冬春寒潮來襲的時候，北方便容易發生大規模的沙塵天氣。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了沙塵暴，就認為發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）。
誰是長期驅動中國沙塵暴的幕后黑手？
沙塵天氣的出現，僅僅是一次天氣現象的偶然么？
近40年來的氣象記錄表明, 中國北方春季大風日數的增減與沙塵暴日數的增減是一致的。而大風的增減往往反映的是氣候周期性變化規律。所以大風日數異常增加，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。研究已經發現，在厄爾尼諾年, 冬春季大風天氣較少；而在反厄爾尼諾年, 大風天氣出現頻繁，為沙塵暴出現提供了動力條件。20世紀70年代, 由于反厄爾尼諾事件占優勢, 中國北方寒潮大風天氣出現很頻繁，而在80~90年代, 厄爾尼諾事件占優勢, 寒潮大風天氣出現相對較少。2000年爆發了20世紀最強的一次厄爾尼諾事件，在當年及次年，也爆發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量有關。東亞夏季風增強時, 人口數量急劇增多, 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，與人為活動并非毫不相關。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出來，而人類活動在2000年前就成為了中國東部地區沙塵暴的主控因素。
（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生。
經過幾十年的努力，我國創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。
在改善當地生態環境上，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。根據北京觀象臺沙塵資料統計分析， 60-80年代及以前，北京春季的沙塵日數在10-20天以上，到了2010年以后，平均沙塵日數已經降低為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系么？基本沒有。根據最新的衛星遙感數據測算，陽關林場區域內現有防護林面積6979畝，尺度為46.5km，而破壞的又僅僅為陽關的一部分，還不到這個數，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，在高空環流的帶領下席卷我國北方。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環境的科學治理仍然需要持續推進。
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，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）
我們需要認識到：沙塵暴是全球生態系統的重要一環，只要內陸地區極端干旱區存在，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有關，此外，在全球變暖形勢下的中低緯度地區平均風速的減少也起到了重要作用。
不過，在全球循環中，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，北半球中緯度內陸地區降水量雖然變化不大，但溫度顯著升高，必定使得地表蒸發加大，土壤變干。極端天氣現象的增加將使我國北方地區干旱和暖冬現象日益嚴重, 如果繼續加以不合理的人為利用，必然為異常沙塵暴的發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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