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地球知识局
NO.1862-沙尘暴的原因
作者：斯文的樊学长
制图：孙绿 / 编辑：养乐多
“人们至少要每年一次做好准备，对付来自蒙古沙漠的大风沙，…届时天空阴暗，太阳看起来泛着黄色。尘土很像一朵厚厚的云，它钻进人们的耳朵和鼻孔里，弄的满嘴砂砾。”
这是林语堂回忆北平20世纪上半叶的文字。近百年的时间里世界格局都已经变化了数次，现代化的力量让生活天翻地覆，但对沙尘暴的无奈却何其相似。
是了，这是青春年华的气味▼
2021年3月15日，西起喀什，东至哈尔滨的广大地区陷入一片扬沙之中。帝都朋友圈摄影大赛如约而至，这唤起了很多北京孩子的小学记忆，也让北漂的南方朋友们体验到了北方都市的独特景象。
这样的天气，最适合拯救世界了（图：网络）▼
为什么本应万物生长的美好春季偏偏会刮起沙尘暴？这些沙尘究竟从哪里来？说好的春风十里怎么就变成了如此的样貌？
这次从东到西，北方省份一个都没放过
（参考：中央气象台-全国沙尘天气预报）▼
沙子从哪里来
沙尘暴并不是一件近代才出现的新鲜事物，《汉书》中就记录过：“夏四月，黄雾四塞。博问公卿大夫，无有所讳。”
唐代边塞诗中，沙尘暴更成为描摹边塞地区严酷环境的重要意象。意气风发时则如“大漠风尘日色昏，红旗半卷出辕门。前军夜战洮河北，已报生擒吐谷浑。”炽热的豪迈表露无疑；思乡心切时则有“出塞复入塞，处处黄芦草。从来幽并客，皆共沙尘老。”苍白的无奈点到即止。
古代边塞难啊
北边是蒙古高原大戈壁，西边是西域大沙漠
春风是如此短暂，日常都是在吹沙
（图：NASA-2013年3月9日）▼
“异常”的天气现象总能引发观者心中的种种不轻易表露的情感，古人不朽的诗文与今天速朽的朋友圈何其相似。可见沙尘暴是中国边疆地区自古以来就并不罕见的天气现象，我们的民族已经对它感慨了几千年。
千年来没有改变的一点是，沙尘暴只眷顾北方人，因为它的形成需要三个要素——沙源、不稳定的大气环流和强风。
大风刮起来，已经认不出下图哪是哪了
（图：NASA-2011年5月11日）▼
一旦三者同时具备，强风便会从地面卷起大量沙尘，沙尘过境之处，空气变得污浊，水平能见度也会明显下降。而不稳定的大气环流让沙尘得以被强风携带到更远的地方，否则沙尘会被更快削弱、阻挡，绝不可能让小半个中国沦陷。
原以为这是一张内陆卫星图，没想到是沿海
可惜我只能找到这么多了
各位列文虎克，你们还能找出更多城市么？
（图：NASA-2010年3月20日）▼
日常用语中的“沙尘暴”，其实指的是沙尘天气。而沙尘天气又以能见度、空气浑浊度、风力大小等标准分为五个等级，分别为浮尘、扬沙、沙尘暴、强沙尘暴、特强沙尘暴。而本次沙尘天气属于十年一遇的强沙尘暴。
也正因有多种要素限制，沙尘天气通常会突然发生，只持续较短时间，便会结束。时间虽然短，它却能带来极大的危害性，是一种灾害性天气现象。
动物也无法幸免
（图：图虫创意）▼
本次北京沙尘天气的沙源来自蒙古国南部，这里是一片面积高达130万平方千米的巨大沙漠的组成部分（另一部分在中国境内），横跨东戈壁省、中戈壁省、南戈壁省、戈壁阿尔泰省。就像古汉语中江特指长江，河特指黄河一样，这片沙漠名称也非常直接，就叫戈壁沙漠，它便是划分漠北蒙古和漠南蒙古的那个“漠”。
这是一条相当广阔的荒漠地带
大风吹起来，风沙的辐射范围还会更大更大
（底图：在意空气）▼
蒙古国的国家能力目前尚不足以应对非法采煤、过度放牧的问题，以至于首都乌兰巴托早已不是想象中静谧的漠北天堂，而是一片深受虚假城市化、空气污染之苦的臃肿城市。对如此广大，干旱的沙海进行有效的综合治理也就更无从谈起了。戈壁沙漠自然就成为沙尘暴取之不尽的沙源。
乌兰巴托所在的蒙古北部已经是相对湿润的地区了
再往北是更湿润的森林地带
往南则从草原逐步过渡到茫茫大漠
（乌兰巴托周边，图：shutterstock）▼
其实，受本轮沙尘天气影响最严重的地区并不是北京，于国外是蒙古国，目前已经造成数人死亡，数十人失踪。
于国内是黄河几字湾周边，即宁夏和内蒙古的巴彦淖尔与呼包鄂地区。这里不但会受到蒙古国沙源的影响，其周边就有巴丹吉林沙漠、腾格里沙漠、毛乌素沙地等中国八大沙漠中的四个。只不过受限于人口规模和经济政治地位，这里往往不受区域外的人关注。
也就是这一区域
可以说是中国阻挡沙漠化的前沿，非常重要
（底图© 2008-2019 Chelys srl）▼
之前地球知识胡局捐助的公益林也建于这一区域
点击下图查看相关▼
风沙如何来
秋冬季节，大陆降温快，海洋降温慢，大陆的温度会比海洋更低，靠近地面的空气同样如此。而欧亚大陆作为世界上最大的大陆，这种海陆热力性质差异表现得尤其明显。在亚洲内陆高纬度的蒙古国北部、或以北地区，空气尤为寒冷致密，自然要向周边温度较高、密度较低的地区扩散。由此便出现了一个影响范围几千千米的顺时针旋转气团，这就是蒙古-西伯利亚冷高压。
就属你最显眼
（图：wikipedia@Sinysee）▼
高压生成后会向东南方移动，带来大风和降温，让冬季的亚洲东部比同纬度其他地区更为寒冷。在高压裹挟的冷气团向南“倾轧”暖气团的过程中，大气环流变得不稳定，所以秋天沙尘暴多发。而冬季，中国北方已经被冷气团控制，南方距离沙源太远，所以冬季虽然会刮起寒冷的北风，却很少见到沙尘天气。
虽然不见沙尘，但极地涡旋南下还是非常可怕的
气候变化导致的各种灾害越发显现
（今年年初的超级寒潮）▼
原本的高压向南移动后，因为海陆热力性质差异没有逆转，西伯利亚还是会再次生成新的高压，周而复始，带来一轮轮的寒潮。当春季到来，太阳直射点即将北移至北半球，北半球接受到的太阳能越来越多，并带来气压带风带的北移。此时冷气团与暖气团此消彼涨，南方的暖气团再次北上，与南下的冷气团再次相遇，大气环流变得不稳定。
一月初(上)与三月初(下)
冷空气向北方退却了
但中国北方到蒙古国的沙漠地带也成了交锋前线▼
所以从2月中下旬，中国北方开始出现沙尘天气，3月后进入高发期，4月通常为沙尘天气出现的峰值。进入5月暖气团控制地区越来越多，越来越靠北，而冷气团变得非常弱势，沙尘天气出现频率开始下降。
一月初(上)与八月初(下)▼
具体到本次沙尘天气。新一轮南下的冷空气非常强劲，在蒙古国境内刮起了每秒20米的强风，经过戈壁沙漠时卷起了大小沙尘。从直径5-0.05毫米的沙，到直径小于0.05毫米的尘都被卷起。受重力和地表建筑物、植被的影响，直径较大的沙很快落下，尘则随着风继续南侵。
3月14日左右，冷气团抵达中国，并将南方暖气团与被“晒热”的上一轮冷气团挤逐渐挤压到长江沿线一代，来自蒙古国的尘被刮到北京。而黄河几字湾周边因为有就近的沙源，所以表现为强沙尘暴，而北京等华北城市，能见度在500米至1千米之间，也达到了沙尘暴级别。
大规模重度污染来得如此之快
沿着沙漠带横扫中国北方
（图：彩云天气）▼
防沙多年有用吗
其实，北京的沙尘暴在以前更为严重。
受不合理开发的影响，到1966年时，北京的沙尘暴天气创造了20天的纪录。那时离北京最近的沙源是仅仅180千米之外河北承德的塞罕坝，所以那时北京的沙尘暴，是刮到嘴里可以嚼出颗粒感的真正的沙尘暴。
如今的承德塞罕坝，环境比曾经已经改善很多
（图：ImZ318-图虫创意）▼
70年代风沙依旧频繁，为了改变这一环境问题，1979年，三北防护林工程正式上马。这一工程西起新疆的乌孜别里山口，东至黑龙江宾县，分三个阶段、八期工程进行，规划造林5.34亿亩，预计到2050年正式完成。
三北防护林工程范围与中国风沙带区域大致对应
（向右滑动，三北防护林工程大致范围）▼
植物的根系可以固定住土壤和砂砾，起到减少沙源的作用，成林后还可以减缓北风，过滤风沙，降低沙尘暴的强度和频率。
如今三北防护林的建设已经成果初现，沙尘经过越来越密，越来越厚的防护林，被显著减弱、过滤，让近年来北京每年的沙尘暴天数，确实呈现出波动下降的态势。从60年代的年均5.3日，6.6小时，变为80年代的年均0.9日，0.72小时5年未发生，再变为变为2010年代的年均0.1日。不光是北京，全国沙尘天气的也下降到2011-2019年的，年平均11.4次。
当然，建防护林并不是指要在广大的范围内种树
北方沙化最严重的其实是曾经的草原
而草原生态与沙漠生态都相当脆弱
除了种树，如何逐渐恢复沙化的草原才是治本
（图：图虫创意）▼
防护林抵御沙尘暴效果确实显著，但是，做不到杜绝风沙天气。因为沙尘中沙的高度通常只有40厘米，地表植被可以很好的起到阻挡、过滤的作用。但是轻飘飘的尘可以被上升气流刮得很高，甚至进入距地面5000米左右的平流层，对此植被能起到的作用非常有限。
秋冬季节的西伯利亚高压不会消失，强风和不稳定的大气环流就不会消失。想彻底解决沙尘天气，就只能解决沙尘暴沙源，但这同样并不现实。
治理沙源才是根本，但是也最难
（科尔沁塔敏查干沙漠，孝庄太后很伤心）
（图：yangyi380-图虫创意）▼
防风固沙需要成本，也需要自然条件。植树造林可以把年降水量490毫米的塞罕坝变成森林；把沙化的草原逐渐恢复成绿地。但是对于面积过于巨大，距海过于遥远，蒸发量巨大的地区，植物种植之后能否存活就是个问题了。
而且还要进行农业开发
水源往往在农业之外就所剩无几了
（西辽河流域，图：google map）▼
经过对于环保的重视和多年的环境治理，西北地区的年降雨量呈现出波动上升趋势，但是，其上升幅度很小，平均每十年只增加0.11毫米，部分地区的降水量甚至呈小幅下降趋势。西北地区的防风治沙工作依旧不简单。
内蒙古东部降水量尚可支持相当规模的草原
到了西部则愈发恶劣
广阔沙漠与蒙古的戈壁省连为一体，只能遏制其扩张▼
更尴尬的问题在于，最重要的沙源在蒙古国，中国显然无法直接把三北防护林扩展到他国境内，只能依赖于国际合作，而戈壁沙漠自古环境恶劣，想要改造恐怕成本巨大，且结局难以预料。
所以未来北京的沙尘暴可能会成为历史，但是扬沙、浮尘天气消失的可能性不大。不如换种心态来面对这些自然现象，想到那些飞上5000米高空的尘穿越荒野、农田与城市，最终降落到海中，成为浮游生物饕餮的营养物质，最终随着食物链滋养整片海洋，沙尘是不是也变得浪漫了起来。
毕竟，沙尘暴也是东亚气象系统的一部分
黄土高原与华北平原的形成均受益于此
既要解决问题，也要适应环境
（图：NASA）▼
参考文献：
1.黄小燕,王圣杰,王小平.1960-2015年中国西北地区大气可降水量变化特征[J].气象,2018:1191-1199.2.汪彪,曾新民,刘正奇,周霄林,所靖东.中国西北地区参考作物蒸散量的估算与变化特征[J].干旱气象,2016:34-42.3.郭军宁.北京“沙尘暴”新解[J].百科知识,2009:22-23.4.宋立宁,朱教君.沙暴、尘暴和沙尘暴[J].防护林科技,2015:5-7.5.邹受益.北京沙尘暴溯源[J].大自然,2008:61-63.
6.http://124.205.185.62:8080/lssbs/18/20200515/142357552882883.html
7.http://www.weather.com.cn/zt/tqzt/2859615.shtml#p=1
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