青藏高原沙尘特征与高原黄土堆积_以2003_03_04拉萨沙尘天气过程

青藏高原

第49卷 第11期 2004年6月

论 文

青藏高原沙尘特征与高原黄土堆积: 以2003-03-04

拉萨沙尘天气过程为例

方小敏①②　　韩永翔①③　　马金辉①　　宋连春③　　杨胜利①　　张小曳②　

(①兰州大学西部环境教育部重点实验室和资源环境学院, 兰州730000; ②中国科学院地球环境研究所黄土与第四纪地质国家重点实

验室, 西安 710054; ③中国气象局兰州干旱气象研究所, 兰州730020. E-mail: fangxm@lzu. edu. cn)

摘要 青藏高原是否是一个重要的粉尘源区, 它关系到对青藏高原和远东-太平洋地区粉尘堆积、来源、环境效应认识和青藏高原隆升及全球海-陆-气相互耦合作用的重大科学问题. 2003年3月3～5日拉萨地区强扬沙天气过程的大气动力学和遥感影像跟踪分析, 表明高原具备沙尘暴发生的所有条件, 并有强大的上升运动将不同粒径的粉尘扬升到不同的高度, 使粗粒粉尘在高原东部就近堆积成粗黄土, 而较细的粉尘则被西风急流携带漂移并沉降到远东地区. 高原40年来沙尘暴时空分布表明沙尘暴主要发生在冬季和初春, 有较高的发生频率, 从冬到春由南向北移动并与西风急流的位置密切相关. 同中国大陆其他12个沙尘区相比, 高原因较高的沙尘暴发生频率, 特别是粉尘极易扬升到西风急流区, 成为远程传输中主要的粉尘源地之一.

关键词 青藏高原　　沙尘暴　　黄土堆积　　远程传输　　粉尘源区　

青藏高原中、西部外围地区的高原和边缘地区广泛分布大量的黄土, 尤其是东昆仑山——鄂拉山以南的青藏高原黄土, 因高原海拔多在3500～4500 m以上, 黄土的成因及其来源一直是一个引人注目的重要科学问题(图1). 最近地质学的研究证据表明, 青藏高原的黄土是不同于黄土高原黄土的冷黄土, 黄土粒度显著粗于后者, 可能主要来自青藏高原本身, 中、高空西风和高原季风可能是主要的沙尘制造者和搬运载体[1~5]. 通过粉尘石英颗粒ESR信号比较研究, 日本“黄沙”的许多部分可能是西风从青藏高原地区携带而至[6]. 太平洋深海钻探沉积粉尘的研究也揭示出25°～40°N的亚洲大陆干旱荒漠化地区是主要的粉尘源地, 西风是主要的粉尘搬运载体[7,8]. 最新的研究表明, 青藏高原及其边缘的黄土主要形成于距今约0.8～1.15 Ma前[2,4,5,9~12], 并且可能是高原隆升到关键的大气动力学和自然地理景观分界高度. 高原进入冰冻圈, 荒漠化成为新的粉尘源地, 并导致环流的重大调整, 低中层西风被迫分成南北两支绕流. 高原季风稳定发生的产物[5,11,12], 并进而很可能导致了此时的全球降温(中更新世革命)[13]和中国内地急剧干旱化和沙漠化, 大型沙漠形成, 黄土从黄土高原向中国东部长江流域中下游大规模扩展[5,11,12].

张小曳等人[14,15]和沈志宝等人[16]利用化学元素示踪系统分析了1993年9～10月与1994年4～5月

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在海拔4800 m的五道梁(35.2°N, 93.1°E)气溶胶特征和沉积通量, 初步断定青藏高原不具备粉尘源区的条件[15]. 然而, 由于观测资料短, 并仅局限一个地点, 既难以代表整个高原的平均状况也难以代表高原年际及长期状况, 现在高原是不是粉尘源区需要进一步研究. 高原面积约占我国总面积的1/4, 海拔多在3500～4500 m以上, 远高于塔克拉玛干沙漠840～1200 m、巴丹吉林沙漠1300～1800 m和腾格里沙漠1400～1600 m的海拔高度[17]. 而早在21世纪80年代初期, Duce等人[18]就认为来源于亚洲的春季粉尘主要被500　hPa(5500 m)的西风急流所携带沉积在北太平洋, 因此, 高原上发生的沙尘暴所扬起的粉尘较其余源区更容易进入西风急流区. 鉴于青藏高原是否是一个重要的粉尘源区不但是一个地区性的科学问题, 涉及对青藏高原黄土形成和来源的认识, 而且是一个关系到青藏高原隆升和全球海-陆-气相互耦合作用的重大科学问题, 有必要展开充分的讨论.

2003年3月4日和5日中央电视台新闻联播连续报道了3～5日拉萨(29.4 N, 91.08 E)地区发生的强扬沙天气, 为研究上述重大科学问题提供了一个难得的契机. 本文以此强扬沙天气过程为例, 分析了沙尘暴的路径及其垂直上升运动, 并结合高原91个气象站近40年来的沙尘暴资料和日本、韩国的有关文献, 来探讨高原沙尘暴的时空分布及其远程传输,

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青藏高原

论 文

就青藏高原是否是一个重要的粉尘源区展开讨论.

1 研究区的地理和沙源概况

研究区域主要集中在青藏高原, 总的地势由西北向东南倾斜, 海拔从平均5000 m以上渐次递降至3500 m左右. 当西风急流调整时, 高原主体上主要有沿雅鲁藏布江的西风、经羌塘高原的西风及从柴达木盆地吹来的西北风, 它们分别在黄河、长江源区和拉萨一带形成强大的辐合上升气流, 为沙尘的扬升提供了动力条件. 同时高原上流动沙丘遍布(图1), 其中位于喜马拉雅山脉和冈底斯山脉之间的雅鲁藏布江及其支流河谷, 海拔约3600 m, 河谷冬季有大量的流动沙丘分布, 风沙活动区域面积约2000 km2, 其外围则为黄土堆积, 厚度可达近30 m, 最老年代约为0.8 Ma前[9,19]. 位于冈底斯山和昆仑山之间的广大藏北高原, 由一系列现代冰川占据的近东西向山地和其间宽广的夷平面(高原面)组成, 其上分布有许多大大小小的湖泊和风蚀地貌与流动沙丘[20], 各类风沙化土地面积约400 km2, 以流动沙丘占绝对优势, 在狂风大作的冬季, 风沙活动十分强烈[21]. 在黄河、长江源区有大片活动沙丘, 如通天河上游河道及昆仑山口至拉萨沿线西侧广袤的高原面上的活动沙丘、黄河源区古河道中的连片活动沙丘, 及星星海、日格错和扎陵湖滩上的连片沙丘. 同时整个长江和黄河源区沙漠化草甸土和草原土的分布面积远比沙丘

图1 青藏高原现代与末次盛冰期沙丘、沙地、黄土分布

及40年来沙尘暴年发生日数

沙尘暴资料来源于中国气象局气候中心, 图中数字为1961～2000年40年来平均年沙尘暴发生日数; 风沙和黄土分布依据我们调查和文

献[1～5, 9～12, 19～21]绘制

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宽广, 几乎包括了除沙丘和山地中心基岩部分以外的所有地区, 物质组成均匀, 以粉细砂为主[20]. 同时高原目前沙漠化的面积也在剧增, 据调查目前仅西藏自治区就有沙漠化土地2047.41×104 hm2, 占全区土地总面积的17.03%, 沙漠化土地广泛分布于全区各个县市内[21]. 而在目前的沙漠化地区, 其下普遍发育厚层的连片沙丘, 年代以24～14 kaBP为主, 即主要是末次冰期最盛期的产物[20], 表明冰期时风沙的强度远远大于现代(图1). 高原上存在大片的流动沙丘和大片荒漠化土地为沙尘暴的发生提供了充足的沙源. 从1961～2000年青藏高原40年来年平均沙尘暴日数分布图(图1)可见, 羌塘高原和其北面的塔克拉玛干沙漠都是沙尘暴高发区, 羌塘高原多在15天以上, 高原主体年沙尘暴日数也在5天以上, 大体有以羌塘高原为中心向东南逐渐减少的趋势.

2 拉萨地区扬沙过程的天气动力学分析

2003年3月3～6日青藏高原发生的大风沙尘天气起源于欧亚中低纬环流形势调整、强西风带急流南压的过程中. 大风沙尘天气出现前, 在300 hPa天气图上, 欧亚大陆环流为两槽一脊型, 青藏高原到我国西部地区处于高压脊控制之下, 高原附近50～60 m/s的强西风带急流位于33°N, 低纬度南支槽较弱; 随着中纬度欧洲槽的加深东移, 高空锋区南压, 南支槽也逐渐发展, 3月4～5日, 中低纬两支低值系统发生同位相叠加, 南支槽在高原西侧 …… 此处隐藏：13085字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……