3月20日夜间至今，我国西北、华北和东北以至中原地区相继出现了严重的沙尘过程，不少地区更是达到了沙尘暴的水平，造成了严重的空气污染。

(资料图)

图源：中国蓝新闻

这是我国今年以来，最强的沙尘天气过程，引发了广泛的社会关注。

图源：weibo.com

沙尘暴是如何形成的？引起这次强沙尘天气的原因是什么？沙尘暴能根治吗？我们一起来看看。

沙尘暴是什么？它是如何形成的？

沙尘暴是一种强沙尘天气，即强烈大风将地面沙粒、尘土席卷入空中，导致空气混浊与能见度显著下降的天气现象。通常而言，当大量沙尘导致的水平能见度低于1千米，且风速达到6级或以上时，即可称为沙尘暴；而水平能见度仍有1千米以上、相对较弱的大风沙尘天气，则称为扬沙；风速较弱（低于3米/秒）、沙尘悬浮的沙尘天气，则称为浮尘。这三类天气现象可以统称为沙尘天气。

要形成沙尘暴需要满足三个条件：干燥松散的沙状物质作为沙源，将沙尘从大地带离的起沙条件，以及能让沙尘扶摇直上的不稳定大气层结（或上升条件）。

干燥松散的沙状物质，是沙尘暴的物质基础。影响我国沙尘天气的沙源，来自我国和周边国家地区的大片沙漠——包括我国境内的塔克拉玛干沙漠、巴丹吉林沙漠等一众沙漠，以及蒙古的戈壁沙漠与中亚的大片荒原。这些庞大的荒漠区有大量干燥沙尘，只待后续的动力条件，扶摇直上。

亚洲地区的沙漠分布示意图（黄色）

图源：http://www.ikonet.com/en/visualdictionary/static/us/deserts

起沙条件是需要足够强的大风。影响我国沙尘天气的沙源，地处亚洲中纬度内陆地区，邻近西伯利亚冷空气源地（与相应的西伯利亚高压）。在秋冬春三季，常出现强冷空气南下的天气过程。此时，冷高压外围的强风区就成为了黄沙飞扬的关键。当然，如果遇到一个高空槽东移，槽前区域诱发的气旋发展到一定程度也会激起强风，如果和前文的冷高压相配合（通常出现在气旋西侧），其间更大的气压梯度会造成更狂暴的风，这种情形往往容易造成强沙尘暴。

如果只有这两步，我们只能得到风和沙交织的“混合体”，根本无法“缠缠绵绵绕天涯”，一旦地面风稍微减小，很快就会因为贴近地表的摩擦而坠地沉降。要造成蔽日千里的强沙尘天气，还需要第三个条件：不稳定的大气层结（或上升运动条件）。简单而言，它需要大气层在垂直方向是上部冷下部暖，这样下方的空气较轻，容易扶摇而上；高空风速更大且受地面摩擦影响较小，所以进入高空的沙尘足够飞扬千万里。当然，除了这种热力条件，也可以直接由天气系统提供强烈动力条件——比如上一段提到的气旋，本身就能带起大范围的向气旋中心的辐合与上升运动，能造成类似效果。

所以根据上述条件分析，春季是沙尘天气最为频发的时段——当大漠冬季的薄雪消释，沙土的固定能力最弱，也最容易起沙；春季沙漠地表很快升温并加热近地面大气，容易引发上冷下暖的不稳定的层结，容易让大量沙尘上升。夏季随着冷空气撤退，缺少大风条件；秋季虽然是冷暖空气激烈交锋期，但地面迅速冷却，无法形成上冷下暖的不稳定层结与上升运动；冬季虽然常有冷空气活跃，但地表冻结不容易起沙，因而夏秋冬三季沙尘天气都较为稀少，在历年观测里也体现了这一点。

我国历年沙尘过程次数

图源：中国气象报社

引起这次强沙尘天气的原因是什么？

根据上一部分的沙尘暴起源的三大要素，我们可以从这三个方面分别分析。

最直接的起沙动力来源，是一个显著发展的蒙古气旋，它由高空西风带内的一个短波槽在低空诱发形成。过去数日的气象条件，很适合这个蒙古气旋的发展：首先是前期蒙古高原当地和高空气温偏高，而北侧西伯利亚气温又明显偏低，极大的温度梯度间蕴藏着促进气旋发展的有效位能。而在地形上，气旋翻越阿尔泰山后，总体处在下坡状态，根据局地位涡守恒原理，这也会促进气旋发展增强。到了3月21日夜间，它移动到了蒙古高原东部，中心气压也下降到了985hPa以下。在这个强烈发展的气旋与西侧冷高压间极大的气压梯度作用下，气旋西侧的蒙古戈壁暴风骤起，激起万千里黄沙。

北京时间3月21日20时的地面天气图，红圈即有所发展的蒙古气旋，气旋中心西侧紫色阴影区即大风区

图源：中央气象台

从沙源地的起沙条件看，在过去一个月内，蒙古国大部与我国内蒙古西部都出现了异常的气温偏高，这导致大漠本就轻薄的积雪与季节性冻土层更早地融化。在3月18日积雪监测图上，已经看到蒙古高原南部戈壁已无积雪覆盖，相较近年提早融化。在稀疏的植被还没生长的季节，裸露且异常干燥的沙土很容易成为起沙的沙源。

今年2月15日-3月16日全球平均气温距平图（偏离多年平均的程度）

图源：国家气候中心

2023年3月18日的积雪卫星监测图，白色区域代表积雪，可以看到蒙古南部戈壁沙漠已无积雪覆盖

图源：美国冰雪中心卫星反演

从气象卫星在3月19日夜间和22日凌晨的反演图也可以看到，3月19日夜间沙尘在蒙古西南部和我国内蒙古西部起源，到了傍晚横扫两国交界的戈壁沙漠，并得到大量沙源物质进一步增强。到了3月22日清晨，沙尘随着风进入我国内蒙古高原以至华北平原区，并最终由强烈发展的蒙古气旋提供了关键的不稳定层结与上升运动条件（并导致了中低空显著的锋区和大风区），让沙尘飞越河山万里。

总体来看，蒙古国是本次大部分沙尘的源地，小部分可能来自我国内蒙古西部巴丹吉林沙漠，这次沙尘暴也给蒙古造成了明显影响。在长风中，这样的极端天气从来没有国界，是我们需要共同应对的。

自上而下为：北京时间2021年3月19日22:00和22日7:00的沙尘卫星监测图，图中黄色区域为沙尘区，越鲜艳偏亮浓度越高

图源：CIRA(https://rammb-slider.cira.colostate.edu/)，卫星反演自DEBRA

北京时间3月15日08:30的卫星云图，图中飞扬的气旋与白色螺旋云系正是造成强沙尘天气的蒙古气旋，气旋中心南侧的土黄色即沙尘区

图源：CIRA(https://rammb-slider.cira.colostate.edu/)，卫星反演自DEBRA

沙尘暴能根治吗？

同样从形成沙尘暴的三个条件入手分析，会发现沙尘暴可以说不能根治。

从沙源条件看，起沙的区域都是降水量极少、蒸发量极大的内陆干旱区，土壤表层沙化严重，甚至呈现大范围戈壁、沙丘等形态，并有大量盐类积累，同时水源往往极端匮乏。这样的条件导致人为种植的林草难以存活，也无法起到从源头固沙的作用。而起沙条件与大范围不稳定层结，则更是直接由蒙古气旋、冷高压等天气系统所引发，这是我们无法控制的。

对于本次这类强沙尘暴，防护林（草）会在近地面区域有一定削弱，但在整个沙尘暴面前显得杯水车薪。防护林（草）可以使沙尘暴在途经的时候，产生明显的贴地边界层摩擦，减小近地面层风速，从而在一定程度上使得沙尘沉降并削弱。然而在强烈的沙尘天气过程中，大量的沙得以被不稳定层结和上升运动抬升，厚度往往可以达到2000米以上。十几米高的防护林在它面前，犹如被降维打击……这个时候防护林只能对贴近地面的部分沙尘起到削弱沉降作用，但更高的地方的确是鞭长莫及。

2021年3月15日强沙尘暴过程里的卫星云图，可以看到西北到华北仅有超过2500米高的山峰“显露”出沙海

图源：见图片左下角

那防护林（草）在防范沙尘方面真的作用甚微吗？答案当然是否定的。

首先，防护林（草）种植的地区正是沙漠周边的干旱半干旱区域。虽然这里不是核心的起沙区域，但逐年间的气候差异较大、变化无常，在气候变化下的当今更是有显著干暖趋势，生态脆弱的地区很容易发生荒漠化与表土沙化等过程。种植防护林（草）后，植被根系有效地固定了这一带的土壤，让起沙过程被大幅削弱，有效抑制了起沙区域的进一步扩张。

此外，防护林（草）虽然对于高达上千米的强沙尘暴作用很小，但面对没有不稳定层结支持，沙尘厚度较薄、风速较弱普通起沙，完全可以大展身手——其实这类普通过程才是占起沙中的多数，几乎在秋冬春三季的每次冷空气侵袭时都能见到。根据国家气候中心的数据，自1961年以来，我国的沙尘日数明显下降，这里面一部分和自然气候变化造成的冷空气源减弱有关，另一部分也验证了防护林草和其它生态保护、治理工程的巨大贡献。

1961年以来全国沙尘天数的变化图

图源：国家气候中心

其实，沙尘在世间还有着更辽阔的轨迹。信风载着撒哈拉的千万沙砾渡海，大部分沉入烟波，成为了海洋中浮游生物重要营养物质，并生长出更辽阔的生命传奇；甚至有一部分能渡过浩海来到亚马孙雨林，为彼岸带来一份远方问候。沙砾中的矿物质，也是看似富饶、实则贫瘠的雨林土壤所缺乏的，它也将让这片大地之肺更加郁郁葱葱。而在亚洲，冬季风年复一年捎来大地深处的沙尘，将岁月沉淀成上百米厚的黄土，也被黄河等河流运向更远的大海，延伸着大地的边界；在这片黄土与大荒间，更是诞生出了数千年来的璀璨文明和无数悲欢。

2020年6月撒哈拉强沙尘暴漂泊过大半个大西洋，在巴哈马附近与积雨云的相遇

图源：sohu.com

沙尘是世界不息流转的一面，我们无法彻底消灭。但我们可以提高自身的防护，将沙尘对人类的影响尽可能下降到最低，并通过环境保护与治理行动，尽可能控制人类活动对环境气候系统的影响，降低灾害性强沙尘暴的频率。

或许，沙尘也本属于春的一抹颜色与一声呐喊。

作者：风云梦远，复旦大学气候学方向博士

编辑：小叮当

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