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平沙莽莽黄入天
—漫话沙尘暴
王 振 东
君不见走马川,雪海边,平沙莽莽黄入天。
轮台九月风夜吼,一川碎石大如斗,随风满地石乱走。
匈奴草黄马正肥,金山西见烟尘飞,汉家大将西出师。
将军金甲夜不脱,半夜军行戈相拨,风头如刀面如割。
马毛带雪汗气蒸,五花连钱旋作冰,幕中草檄砚水凝。
虏骑闻之应胆慑,料知短兵不敢接,车师西门伫献捷。
这是唐代诗人岑参所写的《走马川行奉送出师西征》,是他在任安西北庭节度判官时,为封常清出兵西征,所写的送行诗。诗一开始就描写了出师西征时恶劣的自然环境,“平沙莽莽黄入天”,是典型的西北风沙情景,狂风怒卷,黄沙飞扬,遮天蔽日,迷迷蒙蒙,一派混沌的景象。开头三句并无“风”字,但却捕捉住了风“色”,将白天时风的猛烈写得历历在目。当行军由白日进入黑夜时,风“色”己看不见了,便转而写风声。狂暴的风,象发疯的野兽,在怒吼,在咆哮,居然将斗大的石头也吹得满地滚动。“平沙莽莽”句写天,“石乱走”句写地,诗人用三言两语就勾勒出了在沙尘暴天气中出征的艰难与险恶。
在唐诗中还有不少关于沙尘暴的描述,如:
胡皓《大漠行》
云沙泱漭天光闭,河色阴沉海色凝
崆峒异国谁能托,萧索边心常不乐。
也形象地描述了西北大漠的沙尘天气,泱(yāng)指弘大,漭(mǎng)是广阔无边的意思,“云沙泱漭天光闭”形象地形容了沙尘暴使得天光失色的情景。
岑参《武威送刘单判官赴安西行营便呈高开府》
赤亭多飘风,鼓怒不可当。
有时无人行,沙石乱飘扬。
李白《北上行》
沙尘接幽州,烽火连朔方。
杀气毒剑戟,严风裂衣裳。
陈子昂《感遇诗三十八首》
黄沙幕南起,白日隐西隅。
汉甲三十万,曾以事匈奴。
崔湜《塞垣行》
疾风卷溟海,万里扬沙砾。
仰望不见天,昏昏竟朝夕。
崔融《西征军行遇风》
北风卷尘沙,左右不相识。
飒飒吹万里,昏昏同一色。
李益《度破纳沙二首》之一
眼见风来沙旋移,经年不省草生时。
莫言塞北无春到,总有春来何处知。
佚名《婆罗门》
回乐峰前沙似雪,受降城外月如霜。
不知何处吹芦管,一夜征人尽望乡。
中国古籍里有上百处关于“雨土”、“雨黄土”、“雨黄沙”、“雨霾”的记录,最早的“雨土”记录可以追溯到公元前1150年:
天空黄雾四塞,沙土从天而降如雨。
所记录的实际上就是现在所说的沙尘暴。
沙尘暴 (sand duststorm) 是沙暴 (sandstorm) 和尘暴 (duststorm) 两者兼有的总称,是指强风把地面大量沙尘物质吹起卷入空中,使空气特别混浊,水平能见度小于 1km 的严重风沙天气现象。其中沙暴系指大风把大量沙粒吹入近地层所形成的挟沙风暴;尘暴则是大风把大量尘埃及其它细粒物质卷入高空所形成的风暴。
沙尘暴是我国西北地区和华北北部地区出现的强灾害性天气,可造成房屋倒塌、交通供电受阻或中断、火灾、人蓄伤亡,污染自然环境,破坏作物生长,给经济建设和人民生命财产安全造成严重的损失和极大的危害。
一场沙尘暴,发生在新疆、甘肃、宁夏、内蒙古……和发生在北京,是大不相同的。在西部边远地区,多一场、少一场,搅不起多大动静,而在北京发生一场沙尘暴,则会沸沸扬扬。由于近年来沙尘暴常在北京的春天出现,引起了人们的普遍关注,本文试从流动不稳定性的角度来讨论沙尘暴的起因,并在看到沙尘暴危害的同时,也讨论了沙尘暴在生态系统中的作用。
沙尘暴的形成原因
沙尘暴的形成原因主要有三个:强风、沙尘源和不稳定的空气。
强风,是指足够强劲持久的大风,这是形成沙尘暴的动力条件。根据观测,当出现了强风时,如果风速每秒达到30米(11级风),粗沙(直径0.5~1.0毫米)会飞离地面几十厘米,细沙(直径0.125~0.25毫米)会飞起2米高,粉沙(直径0.05~0.005毫米)可达到1.5公里的高度,细尘埃(直径小于0.005毫米)则可飞到更加高的高度。
沙尘源,是形成沙尘暴的物质基础。我国是世界上沙漠较多的国家之一,西北、华北和东北地区是我国沙漠和沙地集中分布的地方,这里沙漠和沙地面积达70万平方公里以上,沙漠中各式各样的沙丘,依照它们的稳定程度可分为流动沙丘、半固定沙丘和固定沙丘。当强风发生时,流动沙丘扬起沙尘的数量最大,半固定沙丘要小一些,固定沙丘最小。除沙漠和沙地外,我国北方地区多属中纬度干旱和半干旱地区,地面多为稀疏草地和旱作耕地,植被稀少,加上人为地破坏,当春季地面回暖解冻,地表裸露,狂风起时,沙尘弥漫,在本地及狂风经过的地带很容易形成沙尘天气。
不稳定的空气,有利于强对流发展,以夹带更多的沙尘卷扬得更高。可以用生活中的一个常见的例子,来说明流动不稳定的影响:在捅火炉的时候,炉火烧得正旺,轻轻一捅,常会使炉灰飞满屋子;而当炉火熄灭后,使较大的劲捅,一般也不易扬起灰尘。这是因为炉火熄灭后,火炉上下的空气温度相差不大,因而空气稳定;当炉火燃烧很旺时,火炉上面的空气是不稳定的,靠近火炉上空的空气热,离火炉较远的空气较凉,热空气比冷空气轻,容易上升。所以,被捅火炉的灰很容易随着热空气向上升,飘飞满屋。
在自然界里,沙尘暴起沙尘的道理也是同样的,如果低层空气温度较低,比较稳定,受风吹动的沙尘将不易被卷扬得很高;如果低层空气温度高,则不稳定,容易向上运动,风吹动的沙尘将会卷扬得很高,从而形成沙尘暴。
实际上,我国沙尘暴一般在午后或午后至傍晚时刻最强,就是因为这是一天中空气最不稳定的时段。
北京2006年4月16日下午发生的沙尘暴,曾引起大家议论纷纷为“满城尽带黄金甲”。两天之内,北京共降下了33万吨沙尘。专家们曾对这次降尘的沙尘样本做过捡测,由粒度的分析发现,降尘粒度直径小于0.074毫米的粉尘物质,占96%以上,所以严格地说,这实际上是一场尘暴;化学成份的分析还表明,这些沙尘有很大部分来自干旱农田、撂荒地和退化的草场。
张国藩教授1942年在西北工学院时,曾对风沙问题进行了研究。他用流体力学的观念,分析风夹沙的运动,写出了《我国北部沙漠南移问题》一文,认为比空气重很多倍的粗沙,之所以会随风飘移,是由于空气湍流作用所致,根据湍流的普朗特混合长理论,分析粗沙在湍流作用下沿铅垂方向的浓度分布。然后推导出在风力作用下飘移沙量的公式,公式中除包含有关空气和粗沙的物理常数外,还与大气边界层的厚度、粗沙粒径的分布有关。他应用公式预测了我国北部沙漠在风力作用下,向南推移的输沙量。在缺乏观测资料的条件下,引用了一些相近似的外国数据进行计算,得到的结论是:我国北部沙漠将以每年 7.65乘10的10次方吨的输运量向南迁移。若将此风沙量分布到内蒙、新疆的一部分,以及甘肃、陕西、山西、河北、河南各省,则每年沙的堆砌厚度可达0.47英寸。
据马恩春教授回忆,当时张国藩教授曾将此论文公布在原西北工学院的壁报上,对沙漠在风力作用下的扩大,提出了科学的论断,并呼吁对沙漠扩大现象进行控制,引起全校师生的广泛兴趣。后来,又在兰州召开的中国工程师学会上正式宣读,获得了工程学会论文奖。F.A.Zenz 1956年评价这一工作时认为:这是最早对气体或液体输送颗粒这一问题,所做的基础性研究。
沙尘暴是一种全球气候现象。主要发生在风大的干旱地区。如中亚、北美干旱地区,澳大利亚、北非等地。我国的沙尘暴属于中亚干旱区。
澳大利亚东部2009年9月23日出现罕见的沙尘暴,加上风速每小时上百公里的强风吹袭,使悉尼全城笼罩在一片橘红色的尘雾中,由于能见度相当低,飞机和渡轮均己暂时停飞和停驶。
沙尘暴在生态系统中的作用
沙尘暴的危害虽然甚多,但整个沙尘暴的过程却也是自然生态系统所不能或缺的部份,例如澳洲的赤色沙尘暴中所夹带来的大量铁质,已证实是南极海浮游生物重要的营养来源,而浮游植物又可消耗大量的二氧化碳,以减缓温室效应的危害,因此澳洲沙尘暴的影响层级并非全为负面。或许在另一角度来说,沙尘暴也许是地球为了应对环境变迁的一种症候,就像我们感冒了会发生咳嗽,是为了排除气管中的废物一样。
为研究沙尘暴提供塔斯曼海养分以及其它诸多效应,澳洲曾汇集了许多气候学者。他们发现澳洲沙尘暴的红色石英沉积物也可在新西兰找到,并且肥沃了新西兰的土地;因此澳洲沙尘暴所造成的养分损失却可造成新西兰土地的养分收获。
夏威夷当地肥沃的土壤沉积物,根据分析资料也可证明有许多的养料成分也是来自遥远的欧亚大陆内部。
两地相隔万里,普通的风无法把内陆的尘埃吹到这么遥远的地方。正是沙尘暴,把细小却包含养分的尘土携上3000米高空,穿越大洋,再播种一般把它们撒下来。除了夏威夷群岛,科学家还发现,地球上最大的绿肺―亚马孙盆地的雨林也得益于沙尘暴,它的一个重要的养分来源也是空中的沙尘,沙尘气溶胶含有铁离子等有助于植物生长的成分。
此外由于沙尘暴多诞生在干燥高盐碱的土地上,沙尘暴所挟带的一些沙尘粒中也经常带有一些碱性的物质,所以往往可以减缓沙尘暴附近沉降区的酸雨作用或土壤酸化作用。中国科学院大气物理研究所的王自发先生曾指出:“沙尘暴的确降低了酸雨的酸性。沙尘及其土壤粒子的中和作用使中国北方降水的PH值增加0.8-2.5,韩国增加05.-0.8,日本增加0.2-0.5。如果没有沙尘的作用,那么很多北方地区的酸雨危害要严重得多。”
所以,沙尘暴虽然危害甚大,却也是地球自然生态当中的一个不可缺少的过程。自人类有史以来,便有沙尘暴出现。只是我们应该更积极地找寻异常沙尘暴频率发生的机制,以便应对和防治异常沙尘暴对于环境的危害性。
参考文献:
1、 萧涤非等,唐诗鉴赏辞典[M],上海:上海辞书出版社,1985:605
2、 马东田等,唐诗分类大辞典(上册)[M],成都:四川辞书出版社,1992:34,40,715—796
3、 张国藩,我国北部沙漠之南移问题[J],工程,1942,15(6):
13~20.
(原刊登于《自然杂志》2009年31卷6期)
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GMT+8, 2024-11-12 03:13
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