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塔里木盆地沙漠沙沙環(huán)境因素對(duì)大氣粉塵氣溶膠的影響

砂是干旱的重要組成部分。半干旱地區(qū)的氣候變化是該地區(qū)砂壤侵蝕性強(qiáng)的主要原因。沙塵天氣的產(chǎn)生受大風(fēng)、降水、植被覆蓋度、下墊面性質(zhì)以及大氣環(huán)流等多種因素的影響。新疆地處我國西北內(nèi)陸,遠(yuǎn)離海洋,氣候干燥,沙漠、戈壁廣布,整個(gè)地區(qū)年降水量多在150mm以下,植被稀少,沙塵物質(zhì)及其豐富,風(fēng)蝕強(qiáng)烈,這里成為亞洲沙塵暴多發(fā)區(qū)之一。沙塵暴既是一種加速土地沙漠化的重要過程,又是土地荒漠化發(fā)展到一定程度的具體體現(xiàn),具有一定的指示意義。對(duì)新疆沙塵源狀況進(jìn)行全面、系統(tǒng)、深入的研究,有助于分析新疆特殊的下墊面對(duì)沙塵氣溶膠的貢獻(xiàn),有助于搞清荒漠化過程中的某些動(dòng)力學(xué)機(jī)制。1風(fēng)速和沙物質(zhì)大風(fēng)是沙塵天氣形成的動(dòng)力條件,當(dāng)風(fēng)速達(dá)到一定條件時(shí),地表物質(zhì)就會(huì)在風(fēng)的攜帶下發(fā)生運(yùn)動(dòng),當(dāng)質(zhì)粒的摩擦力矩與風(fēng)的流體動(dòng)力矩相等時(shí)可確定起動(dòng)質(zhì)粒的風(fēng)速閾值。不同土壤產(chǎn)生大氣沙塵的風(fēng)速閾值不同(表1),以摩擦速度u*表示:u?=kuzlnZ0Z(1)u*=kuzlnΖ0Ζ(1)式中:k=0.38~0.41;Z0為地表粗糙度;uz為觀測(cè)高度,距地面20cm。根據(jù)觀測(cè),起沙率與風(fēng)速有很大的關(guān)系,可以用以下公式來表示:q=a(V?Vt)b(2)q=a(V-Vt)b(2)塔克拉瑪干大沙漠以流動(dòng)性沙丘為主,現(xiàn)代風(fēng)積沙以粒徑0.25~0.063mm的細(xì)沙和極細(xì)沙占85%以上(表2),塔克拉瑪干沙漠邊緣細(xì)粒物(<0.063mm)含量達(dá)6.18%,土壤及沖積物達(dá)82.36%,喀什地區(qū)沙漠沙以細(xì)沙為主,大風(fēng)日數(shù)平均每年達(dá)20d,和田地區(qū)沙漠沙以極細(xì)沙為主,大風(fēng)日數(shù)平均每年達(dá)7.3d,細(xì)小的沙粒在大風(fēng)的作用下極易形成沙塵暴。古爾班通古特沙漠由于植被覆蓋度較高,沙漠有很好的穩(wěn)定性,沙塵不容易被大風(fēng)攜帶到大氣中,但在人為擾動(dòng)的區(qū)域,由于沙漠物質(zhì)較細(xì)在大風(fēng)的作用下也可以成為沙塵氣溶膠的重要來源(表3)。2土地沙漠化分布新疆是沙漠的集中地,中國60%的沙漠分布在新疆,新疆1/4的土地被沙漠覆蓋,87個(gè)縣市中有53個(gè)縣市有沙漠分布,塔里木盆地絕大部分地區(qū)沙土和沙壤土占地比率>60%,塔克拉瑪干大沙漠面積達(dá)33.7萬km2,整個(gè)沙漠為流動(dòng)性沙漠,流沙面積占27.7萬km2,沙漠沙以細(xì)沙為主,為沙塵天氣的形成提供了豐富的沙源,是中國最大的沙塵源。此外塔里木盆地地區(qū),還有2.5萬km2的荒漠化土地,植被稀疏,也是主要起沙地,另外,春季由于大片土地還沒有作物生長,土質(zhì)疏松,在大風(fēng)的作用下,也成為春季的沙源之一。據(jù)朱震達(dá)統(tǒng)計(jì)(表4),新疆土地沙漠化土地面積為3.05萬km2,占全國土地荒漠化面積的17.27%,其中,古爾班通古特沙漠邊緣為6.248km2,塔克拉瑪干沙漠邊緣為2.42萬km2,新疆強(qiáng)烈發(fā)展中的沙漠化土地和嚴(yán)重沙漠化土地分別占全國同類型沙漠化土地面積的32.13%和21.88%。塔克拉瑪干沙漠邊緣及沙漠河兩岸,近2000a來形成的沙漠化土地面積為2.83萬km2,其中近百年來形成的現(xiàn)代沙漠化土地為0.86萬km2(有0.73萬km2就地起沙),在現(xiàn)代沙漠化土地中,因風(fēng)沙和沙丘移動(dòng)而形成的沙漠化土地面積為1296km2。塔里木盆地中的胡楊林是中國面積最大的天然胡楊林,總面積4758km2,其組成物質(zhì)顆粒物中粒徑小于10μm達(dá)50%(圖6),是沙塵天氣沙塵物質(zhì)的潛在來源,因此保護(hù)新疆天然胡楊林是減少潛在沙塵源的重要途徑之一。3土壤顆粒物來源的改變沙塵暴的形成與人類生產(chǎn)活動(dòng)有密切的關(guān)系。直徑小于0.063mm的粉塵是沙塵暴、浮塵的主要組成部分,粉塵隨風(fēng)高空輸送速度快、覆蓋面廣,污染城市環(huán)境的同時(shí)危害人體健康。中國沙漠和零星沙地的平均含塵量為2.56%;沙漠邊緣地區(qū)平均含塵量為11.94%;旱作耕地含塵量為30.37%;沙質(zhì)草地平均含塵量為51.86%;干旱湖盆及干旱河床平均含塵量為63.08%。沙漠并不是沙塵暴和浮塵天氣的主要成因,沙質(zhì)草地、干旱湖盆及干旱河床平均含塵量高,對(duì)環(huán)境危害最大。圖7為在塔里木盆地不同土壤的粒徑分布,土壤顆粒物的粒徑都比較小,特別是沙漠周圍的邊緣地帶、河流兩岸、古河道中的土壤類型中粒徑小于2.5μm和粒徑小于10μm的土壤顆粒物中細(xì)顆粒物占有相當(dāng)大的比例(圖8),如:古河道土壤中d<10μm和d<2.5μm的顆粒物含量百分比分別達(dá)到了50%和20%,是大氣沙塵氣溶膠中細(xì)顆粒物的主要來源和潛在來源。過度放牧和使用地下水資源是造成草地沙化、湖泊河流干涸的人為因素;封育植被覆蓋率較高的草原,涵養(yǎng)水源,嚴(yán)格控制沙漠邊緣的土地開發(fā),盡快治理綠洲內(nèi)的零星沙地是當(dāng)務(wù)之急。塔里木盆地地區(qū)人為地破壞沙生植被,大面積地開荒、撂荒,不合理地利用水資源,使塔克拉瑪干沙漠邊緣地區(qū)隔離帶縮小,土地沙漠化十分嚴(yán)重,據(jù)統(tǒng)計(jì),塔里木盆地地區(qū)沙漠化土地每年以1.34%的速度增加,因農(nóng)墾不重視環(huán)境保護(hù)形成沙漠化土地占沙漠化土地的13.6%(表5),大面積的裸露沙地為沙塵暴的產(chǎn)生提供了豐富的沙源。地表裸露面積擴(kuò)大,羅布泊完全干涸和許多內(nèi)陸湖泊干涸,水位下降,塔里木等內(nèi)陸河斷流,地下水位明顯下降,這些與20世紀(jì)60\_70年代塔里木地區(qū)沙塵暴頻數(shù)呈波動(dòng)上升的事實(shí)相符。由于塔里木河下游320km河道多年斷流,造成沿河而生的胡楊大面積死亡,根據(jù)塔里木河流域管理局的一份材料顯示,在1958—1978年的20a間,塔里木河干流兩岸胡楊林面積減少了62%,其中下游減少了69%。胡楊土有可能成為沙塵暴的新塵源。胡楊土顆粒細(xì)小,直徑比流沙還要小十多倍,極易在空中飄浮,被風(fēng)刮得很遠(yuǎn)很高,只要有8級(jí)西北風(fēng),已干燥的胡楊土就能輕易飄到長江中下游。目前,塔里木河流域胡楊死亡4.7萬hm2,形成的胡楊土有數(shù)億m3,如不盡快采取措施,新的塵源將會(huì)很快形成。4中國最大的砂源地在新疆中,有科學(xué)量化的沙源1)沙塵天氣發(fā)生時(shí)較大顆粒被攜帶到大氣中,隨著天氣過程的減弱,大顆粒物質(zhì)逐漸沉降,小顆粒物質(zhì)還要在大氣中懸浮一段時(shí)間才會(huì)逐漸沉降,因此沙塵暴發(fā)生時(shí)沙塵氣溶膠的大粒子明顯增多,而浮塵天氣下的粒徑多小于10μm。2)由于新疆地區(qū)沙漠戈壁廣布,中國60%的沙漠分布在新疆,新疆1/4的土地被沙漠覆蓋,塔里木盆地絕大部分地區(qū)沙土和沙壤土占地比率>60%,沙漠沙以細(xì)沙為主,為沙塵天氣的形成提供了豐富的沙源,是中國最大的沙塵源,特殊的下墊面性質(zhì)為沙塵天氣的產(chǎn)生提供了有力的自然條件。3

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