黑龙江地区沙尘天气形成条件分析.doc

哈尔滨学院黑龙江省沙尘天气形成条件分析杨占山指导教师: 康春国专业名称: 地理科学日期: 2011年2月哈尔滨学院理学院2011年2月5日学年论文黑龙江省沙尘天气形成条件分析地理科学 杨占山 指导老师 康春国【摘要】 结合黑龙江省地形、气候变化、沙源分布、空气干湿度等条件简要分析了黑龙江省沙尘天气的形成条件，其中黑龙江省小兴安岭、张广才岭两大山系在地形上形成了狭管作用增加了年大风日数，达50天以上；沙尘天气的形成包括沙暴和尘暴，为大气沙尘气溶胶与细粒粉尘粘粒、粗粒沙尘的硅酸盐混合物。而沙源沙粒级、粗颗粒为近源物质堆积；长期悬浮颗粒来源于远程搬运，而湿度条件也是沙尘天气的重要影响因素，当年的空气相对湿度和沙尘天气变化成一致的反相关关系。【关键词】 沙尘天气 形成条件 就地起沙 狭管作用 【Abstract】Combining heilongjiang terrain, climate change, sand distribution, air dry humidity conditions are briefly analyzed the formation of heilongjiang dust-sandstorm weather conditions, including two in heilongjiang province, ZhangAnCaiLing xiaoxinganling mountain terrain is formed in narrow tube role increased winds in 50 days, more days, And sand grade, coarse sand for nearly source material accumulation; Long-term suspended particles from remote handling, and humidity conditions are also important influence factors of dust weather, when air relative humidity and dust-sandstorm weather changes into consistent reverse correlation 【Keywords】 Dust weather Forming conditions On-site the sand narrow-pipe roled沙尘天气是也称沙暴或尘暴指的是强风将尘沙吹起使空气很浑浊，水平能能见度小于一公里的风沙天气现象，其中沙暴是指大风将大量沙粒吹入近地面所形成的挟沙风暴，尘暴则是大风将大量尘埃及细粒物质卷入高空所形成的风暴。沙尘暴的形成则是多方因素综合作用的结果本文将结合黑龙江省的地形、气候变化、沙源分部、空气干湿等条件对黑龙江省的沙尘天气进行简要分析。沙尘暴形成的物理机制 沙尘天气沉降物包含4个物源区组分,粒径范围分别为:1m、119.2m、19.2152.4m和152.4m。19.2m是沙尘天气颗粒短期悬浮和长期悬浮之界限,而152.4m是沙尘颗粒悬浮搬运的粒径上限。20m作为粉尘物质短期悬浮颗粒与长期悬浮颗粒之界限具有普遍性,而悬浮载荷的粒径上限则与一定的风力条件和地表状况密切相关。前2个组分属长期悬浮组分,其中1m代表大气粉尘的本底值即硅酸盐气溶胶;119.2m代表非本地源的远距离外源输入,可悬浮于大气中并形成可悬浮肉眼可见的大气悬浮颗粒，可能与高空气流的搬运有关,包括甘肃和内蒙古和蒙古国东南部戈壁荒漠区在内的半干旱地区为哈尔滨沙尘提供了一定量的粉尘物质;19.2152.4m为短期悬浮组分,主要是区域内部沙尘天气产生,松散地表裸土是该组分的重要物源;152.4m为跳跃或滚动组分,源于近源物质堆积,是就地起沙。土壤的主要组成成分为硅酸盐，当干旱少雨时硅酸盐表面的硅酸失水分解形成硅酸根离子与水蒸气，硅酸酸性较弱易发生电离致使硅酸根离子浓度相对阳离子偏高，其中硅酸根离子带两个单位的负电荷相互排斥成为气溶胶不能够凝聚。在空气热力层结不稳定的条件下高空冷空气下沉、近地面热空气上升形成对流带起地面的硅酸盐成为带有负电荷的硅酸盐气溶胶。大气的沙尘气溶胶会在白天和晚上分别影响太阳辐射的长波和短波使得在沙尘天气过境前大气呈干热状态，气压降低。因此在过境时由于气压的变化是的过境时风速急增，并带起更多的地表沙粒。黑龙江地区沙尘天气地形因素 黑龙江的地形主要以平原为主，在黑龙江中部有两大北东走向的山脉，松嫩平原地质地貌在大地构造上属“松辽凹陷”，由松花江及其支流河漫滩、河流阶地和东部山地山前洪积-冲积台地所构成。在地形上形成了狭长的通道，为沙尘天气的风力条件起到了加强的作用，即所称的狭管作用。其中小兴安岭、张广才岭两大山系平均海拔均在一千米以上，由于地形的抬升作用也会影响到松花江流域空气对流，对黑龙江省的大气层结稳定性起到了一定的影响。黑龙江地区沙尘天气形成的气候条件黑龙江地处中纬度欧亚大陆东沿、太平洋西岸，被临近寒冷的西伯利亚，地跨中温带与寒温带。因此，冬季高空受贝加尔湖高压脊与亚洲大陆东部低压槽控制，相对应的地面受到蒙古高压中心与阿留申低压中心的影响，蒙古高压中心的干冷极地大陆气团不断向太平洋阿留申低压中心流动，形成的冬季风寒冷干燥降温减湿，也就是所说的冬季风。夏季太阳辐射能量增加，亚洲大陆由高压系统转为低压系统；太平洋副热带高气压控制和高空锋区影响，太平洋的暖湿海洋性气团向亚洲低压流动，形成夏季风，但是黑龙江省由于地形作用使得夏季风影响较弱，因此在干湿度上由东部三江平原的湿润性过度到半湿润再到黑龙江西部的半干旱，可见夏季风对黑龙江的影响由东至西逐渐减弱，而局部来说小兴安岭、张广才岭等山区气压较低，平原气压较高。将全球气候背景所形成的风向与黑龙江省地形影响的气压所形成的风向进行矢量合成，不难发现黑龙江省大部分地区全年盛行偏西风松花江右岸地区盛行西南风，西部与北部盛行西北风。冬季多西北风，控制时间长达9个月（9月到翌年5月）黑龙江省年平均风速大部分地区在34米/秒，松嫩平原西部在4米/秒以上，牡丹江呼玛一带平均风速在3米/秒以下，山地区大部分在4米/秒以下，因此在风速分布上黑龙江的西部风速要大于东部，平原要大于山区。黑龙江地区沙尘天气形成的沙源沙源是沙尘天气形成的物质基础，也是研究沙尘天气形成的最重要的因素，而关于黑龙江省沙尘暴的沙源，报纸网络媒体也是众说纷纭，其中最具典型的两种说法：1、黑龙江省沙尘暴的沙源来自于蒙古国东南部戈壁荒漠区，沙尘经过远程搬运到达黑龙江省，黑龙江由于拥有三北防护林等阻止了本地土壤条件恶化，减少了图的的沙化，黑龙江省内不具备就地起沙的条件。2、黑龙江省沙尘暴的尘源来自于近源物质堆积沙源来自于黑龙江省各大城市的地表裸土，也就是说就地起沙。那么，黑龙江省沙尘暴的沙源是哪里，我们将从沙尘粒度分别对其进行分析。按照沙尘的粒度我们可以将其分成三种尘源：1、119.2m这部分沙尘包括肉眼可见和不可见的大气气溶胶和可长期搬运的大气悬浮颗粒，这部分沙源可以来自于远程搬运。2、19.2m152.4m这部分沙尘全部为肉眼可见的小颗粒可以来源于近程搬运，即运输距离较短，可以说是就地起沙。也是沙尘天气沙粒的主要沙源。3、 大于152.4m这部分沙粒体积和质量较大不能够进行搬运，只能够借助细小沙粒的碰撞和沙尘天气发生时的强风进行极短距离的搬运，由于质量较大一般不做悬浮运动，只能进行跳跃式的抛物运动和滚动，这部分全部来自于沙尘天气发生的地点，虽然含量较少但由于其质量体积较大，因此成为沙尘天气破坏性的决定性因素，也是能够对一些物质和人体产生危害的部分。根据风力的机械沉积分异规律，随着离源区距离的加大，沉降物粒度有规律地向下风方向逐渐递减。例如，日本东京由于远离中亚粉尘源地，基本不发生沙尘暴，只是在春季大气中有少许浮尘。粒度组成介于可见于不可见的粉尘物质可长期悬浮于大气中并可以远程搬运，这部分粉尘可以跟随大气的运动而运动，属于大气的正常组分，但这部分粉尘不足以构成沙尘暴的成因但是可以为沙尘天气的形成提供一定的条件，比如，沙尘气溶胶通过改变地表大气之间的短波及长波辐射从而对地气间热量传输产生影响到地表能量收支平衡以及近地面气象要素的分布结果表明, 沙尘气溶胶对半干旱地区地面微气象学特征及辐射收支具有明显的影响, 且表现出不同于干旱区的若干特性: 半干旱区沙尘天气下的平均风速比晴天高约2 m s - 1 , 而相对湿度则降低了约35 %。相对而言, 气温和浅层地温的变化对沙尘的影响响应较弱。半干旱区在沙尘天气时地表净辐射小于晴天, 感热/ 潜热通量分别约占净辐射的55 %和30 % , 分别远大于/ 远小于晴天时的情形。气溶胶质量浓度与日均感热、相对湿度、潜热等要素具有明显的相关。沙尘的内源输入属于本地源的短距离物质堆积，而外源输入属于非本地源的远距离输入。那么“外源”究竟在哪里，西北地区现代粉尘的粒度分布与黄土相似，全样由3 个粒度组分组成，在超细粒端存在一个含量约5%的超细粒组分（1 m），这些1 m的超细粒组分主要形成于粉尘堆积前的源区，在沙尘的起动与搬运过程中，与较粗的颗粒一起被搬运到了堆积区。然而在没有成壤作用或成壤作用较少的干旱区的天然降尘中只有背景粉尘组分和尘暴降尘组分，基本不存在超细粒组分。哈尔滨沙尘同样存在含量约3.6%的超细粒组分，并形成了一个明显的成因组分（峰），这似乎表明包括黄土高原在内的西北地区可能为哈尔滨沙尘提供了一定量的粉尘物质。事实上，近来的研究也表明，位于亚洲粉尘源区的西北地区干枯湖床、弃耕的荒地和裸露的草场等地表裸地含有大量的粉尘（4 m）颗粒，可以在一般风暴条件下在大气中搬运几千公里，该地区的粉尘在沙尘暴发生时可以通过高空气流横扫整个东亚地区乃至太平洋海域。所以不能排除哈尔滨沙尘沉降物中含有西风环流带来的西北地区的粉尘物质。选取沙尘天气情况显著的哈尔滨为例，根据相关研究，哈尔滨沙尘天气沉降物中粉尘的含量较高这些细颗粒粉粘物质来源何处。城市地表裸土中可作为远程搬运的细颗粒物质含量较多，在60%以上，可为沙尘天气提供较多的粉尘物质，根据相关研究沉积动力学研究表明，单成因组分的频率分布为单峰光滑曲线，多成因组分的频率曲线是多峰分布的连续光滑曲线。因此根据频率曲线上分布的众数（峰）即可确定不同成因的组分数，众数峰值的高低说明此种成因组分对样品整体贡献率的大小【3】。根据其图表的信息可以看出是一个呈现三峰分布的光滑曲线，在1m附近出现了一个高峰，而在63m附近又出现了一个高峰，以后的第三个高峰却是非常的低缓，且分布比较分散。因此可以看出，沙尘沉降物中以颗粒较小的可见不可见的粉尘微粒为主，又有相关学者对粉尘微粒的风化特征进行了研究即对粉尘的化学组成进行了研究，详细地从化学成分的角度对比了哈尔滨的沙尘天气沉降物和我国西部的沙漠、荒漠区、半干旱区的风化程度，结果显示：哈尔滨沙尘源区处于大陆化学风化的早期,气候生物状况好于西北地区,包括沙漠和黄土高原在内的西北地区为哈尔滨沙尘天气的沙源贡献较少,或者至少不是主要物源区但不排除细小的粉尘来源于西风环流带来的西北地区的粉尘物质。那么，哈尔滨地区沙尘沉降物的尘源是来源于近源，哈尔滨市西南部的拉林河一线的金城段的长20km、宽2001000m的流动沙带，距市中心不到40km；哈尔滨市东北部的道外区民主坝外和阿城巨源乡松花江行洪滩地、草原湿地，现已有3万多亩土地沙壤化，其中严重沙壤化面积已达15万亩，民主乡一块沙带距市区不足2km；哈尔滨市西北部的松北区万宝镇松花江支流大亮子一带的沙化地近1000亩。还有哈尔滨市周边太平区民主乡，由于该乡农民违规野蛮开荒，使大量的草原被开垦成耕地。目前已经造成五千多亩的土地沙化，使原本绿草如茵的五千多亩草原沦为了无法耕作的沙场。在双城市与哈尔滨市接壤的地区出现了长达约四十公里的沙化带。并在松花江双城段杏山乡顺利村发现，这里沙丘已经上岸，而且“淹没”了大片耕地。在肇东市与哈尔滨市接壤的地区同样人为原因，出现了长达四十公里左右的沙化带。哈尔滨市周边已经形成三面环沙的情形。这些沙化地区为哈尔滨市的沙尘天气提供了近源物质基础，其中包括细粒的沙尘与粗粒沙尘。黑龙江的地势为一个开口朝西的“漏斗状”而哈尔滨市正处于“漏斗”的瓶颈处。因此这种沙尘天气也会影响到松花江下游的地区，从而是下游地区天气情况恶化。 主要参考文献1何葵，谢远云，康春国，张丽娟，臧淑英. 哈尔滨沙尘沉降物的粒度组成及其源地分析. 哈尔滨师范大学地理科学学院，（中国农学学报2009，2（11）：200-205）。 2谢远云，梁鹏，孟杰，何葵，臧淑英.哈尔滨沙尘沉降物敏感粒度组分的提取及来源分析.哈尔滨师范大学地理科学学院.哈尔滨师范大学教务处(地理与地理信息科学)2009年06期，3李栋梁，王涛，钟海玲.中国北方沙尘暴气候成因及未来趋势预测(中国科学院寒区早区环婉与工程研究所，甘肃铸州)4李玲萍,罗晓玲,王锡稳.夏季强沙尘暴天气成因分析及预报(J.中国气象局兰州干早气象研究所甘肃省千早气候变化与减夕重卢实脸室.甘肃兰州7