黃土的粒度分布及其與北太平洋風(fēng)有關(guān)的物質(zhì)

黃土的粒度分布及其與北太平洋風(fēng)有關(guān)的物質(zhì)

中國(guó)北方風(fēng)力沉積物的起源、運(yùn)輸路和沉積區(qū)主要分布在北緯3045的山區(qū)。它是東亞季風(fēng)氣候的重要活動(dòng)場(chǎng)所之一。也位于北半球西風(fēng)循環(huán)的主要活動(dòng)帶。西風(fēng)循環(huán)和西風(fēng)循環(huán)的交叉控制著東亞大陸氣候循環(huán)的基本結(jié)構(gòu)。在冬季風(fēng)盛行的季節(jié)里,強(qiáng)盛的冬季風(fēng)環(huán)流主導(dǎo)著黃土高原及西北干旱區(qū)的近地面氣流,在高空則是加強(qiáng)的西風(fēng)環(huán)流,中國(guó)北方的風(fēng)塵物質(zhì)正是通過(guò)這兩種大氣環(huán)流系統(tǒng)來(lái)傳輸?shù)摹７蹓m搬運(yùn)與沉積的氣候動(dòng)力學(xué)研究表明,對(duì)于組成黃土主要組分的粉砂級(jí)粉塵來(lái)說(shuō),近地面的氣流是它搬運(yùn)的主要營(yíng)力,短距離近地面低空懸移是它們最主要的搬運(yùn)方式;它們沉積的主要機(jī)理是由于重力的存在而由搬運(yùn)距離對(duì)不同粒度的顆粒進(jìn)行分選。對(duì)于粘土級(jí)以下的細(xì)粒粉塵來(lái)說(shuō),高空長(zhǎng)距離懸浮是它的主要搬運(yùn)方式,主要由近地面冬季風(fēng)搬運(yùn)的粗粒粉塵以短距離懸移方式被逐步搬運(yùn)到以黃土高原為主體的中國(guó)北方粉塵沉積區(qū),再上升到高空大氣中。被高空西風(fēng)氣流所攜帶的細(xì)粒粉塵可因降水而沉積到包括黃土高原、東南沿海、日本及北太平洋在內(nèi)的大部分下風(fēng)西風(fēng)帶所覆蓋大陸或海洋中。所以,對(duì)于冬季風(fēng)所不能到達(dá)的地區(qū),如北太平洋,只有細(xì)粒的西風(fēng)帶粉塵沉積,而中國(guó)北方的廣大地區(qū)可能同時(shí)沉積了高空西風(fēng)粉塵和近地面的冬季風(fēng)粉塵。通過(guò)大量的粒度分布曲線研究,我們發(fā)現(xiàn)了黃土中這兩種類型的粒度組分,并通過(guò)粒度分布函數(shù)的研究,提出了兩個(gè)分量分離的數(shù)學(xué)方法。1黃土粒度分析與粒度分布曲線1.1膠結(jié)物質(zhì)的前處理粒度分析的兩個(gè)主要環(huán)節(jié)是樣品的前處理和粒度測(cè)量。樣品前處理的目的是將原始樣品分散成單顆粒以用于儀器測(cè)量,所以,處理過(guò)程的不同將明顯地影響著粒度測(cè)量的結(jié)果。對(duì)中國(guó)黃土來(lái)說(shuō),主要是除去有機(jī)質(zhì)和碳酸鹽等膠結(jié)物質(zhì)。然而,成壤的黃土和古土壤中有些粘土礦物的形成可能與黃土沉積后的成壤作用有關(guān),所以,我們采用了較徹底的前處理方法,以除去與成壤作用有關(guān)的有機(jī)質(zhì)、碳酸鹽和粘土礦物等。這一方法被廣泛用于現(xiàn)代海相及陸相水成及風(fēng)成沉積物粒度分析中。這一研究中所用儀器為德國(guó)FRITSCH公司生產(chǎn)的A22型激光粒度儀。其測(cè)量范圍為0～1000μm,測(cè)量的粒度組分間距為0.25Φ,從0～1000μm的測(cè)量區(qū)間共可獲得54個(gè)粒級(jí)的百分含量數(shù)據(jù),測(cè)量結(jié)果將給出每一粒度組分的百分含量,并可提供粒度分布曲線和累積曲線。部分樣品同時(shí)在其它激光粒度儀上作了平行測(cè)量以檢驗(yàn)結(jié)果的可靠性。1.2粒度分布的特征搬運(yùn)介質(zhì)的動(dòng)力大小和搬運(yùn)方式是決定沉積物粒度組成的兩個(gè)基本因子,對(duì)于同一搬運(yùn)方式而言,具有一定動(dòng)力分布的流體所搬運(yùn)的沉物質(zhì)的粒度總體實(shí)際上是單因子隨機(jī)事件的集合,并且其數(shù)字特征服從自然界的某種分布函數(shù)。這種單成因組分的頻率分布為具有不同對(duì)稱型、不同曲線形態(tài)的單峰(即單眾數(shù))光滑連續(xù)曲線。由于大多常見(jiàn)類型的分布函數(shù)的形式以指數(shù)函數(shù)為基礎(chǔ),因而累積分布曲線的主體部分在對(duì)數(shù)座標(biāo)上一般為直線。沉積學(xué)研究早就發(fā)現(xiàn)介質(zhì)中由于搬運(yùn)方式不同所產(chǎn)生的多成因組分的存在。由統(tǒng)計(jì)分布的數(shù)學(xué)規(guī)律我們知道,多組分的總體分布函數(shù)即為各組分分布原型函數(shù)與組分百分比乘積的和函數(shù)。這一數(shù)學(xué)規(guī)律的存在,使得多組分的總體分布在頻率曲線上表現(xiàn)為與組分相對(duì)應(yīng)的多峰分布的連續(xù)光滑曲線,它們的累積曲線主體在對(duì)數(shù)座標(biāo)上為與各組分相對(duì)應(yīng)的多個(gè)光滑相連的直線段。所以,根據(jù)頻率分布曲線上分布的眾數(shù)(峰)及其與之對(duì)應(yīng)的分布體的個(gè)數(shù)或累積曲線主體直線段的個(gè)數(shù)都可確定總體分布的組分?jǐn)?shù),其中頻率分布曲線對(duì)多組分的反映更為直觀和明確。圖2為兩個(gè)典型黃土樣品的粒度頻率曲線和累積曲線,我們看到,在頻率曲線上,風(fēng)成黃土的粒度分布范圍一般為0～150μm,粒度總體分布為負(fù)偏態(tài)非對(duì)稱分布,眾數(shù)粒徑一般在32～16μm之間,并以這個(gè)眾數(shù)為中心向粗粒及細(xì)粒減小,但一個(gè)明顯的變化特征是自眾數(shù)徑向細(xì)粒端減小的速率比粗粒端快得多。并且向粗粒端的減小是一個(gè)相對(duì)平滑的過(guò)程,而在變細(xì)的一端這種變化并不是一個(gè)平滑的過(guò)程。一般在2～4μm處存在一個(gè)明顯的平臺(tái),即出現(xiàn)第二個(gè)眾數(shù)。由圖2我們也清楚地看到,黃土粒度累積曲線的主體由兩個(gè)線段組成,它們分別對(duì)應(yīng)于頻率曲線上的兩個(gè)組分,每個(gè)線段的長(zhǎng)度與組分的粒度范圍有關(guān),它的斜率則取決于組分的峰度即分選程度。黃土粒度分布的這種雙峰式特征并不是某個(gè)剖面上或某個(gè)層位僅有,它在不同的剖面上和不同時(shí)代的風(fēng)成黃土中是普遍存在的。圖3中給出了不同剖面上晚更新世馬蘭黃土的粒度分布曲線,很明顯,幾乎每個(gè)剖面的樣品粒度分布曲線都存在代表細(xì)粒組分的“峰”或“拐點(diǎn)”,特別是北部較粗的樣品中,兩個(gè)組分差別較大,第二組分的存在更為明顯。圖3中的洛川剖面上各層位的粒度分布曲線也證明了這種雙峰式分布特征在時(shí)間序列上的一致性。從黃土形成、搬運(yùn)與演化過(guò)程來(lái)理解的話,風(fēng)成沉積物中的粘粒(細(xì)粒)主要有三種成因,第一種與普通風(fēng)成顆粒一樣被風(fēng)單獨(dú)搬運(yùn)而沉降;第二種是細(xì)粒附著于大顆粒或粘結(jié)成大顆粒而搬運(yùn)和沉降;第三種是風(fēng)成物沉積后產(chǎn)生于成壤作用中的細(xì)顆粒。土壤中成壤作用的研究表明,成壤作用中所產(chǎn)生的后生物質(zhì)大多數(shù)為膠體和鹽類化合物,其顆粒的粒徑一般不超過(guò)1μm,這一次產(chǎn)生的化學(xué)物質(zhì)和超細(xì)粒粘土礦物絕大多數(shù)已在粒度分析前的化學(xué)前處理過(guò)程中被除去。所以,可以認(rèn)為經(jīng)過(guò)前處理后用于粒度分析的顆粒絕大多數(shù)是原始的風(fēng)成粉塵。碎屑石英的粒度分布曲線同樣證明了細(xì)粒組分與成壤作用的相關(guān)性。石英是是黃土中最為穩(wěn)定的礦物之一,且是黃土的主要成分,所以它的粒度分布在風(fēng)成物質(zhì)中含量的一致性,基本代表了全樣的原始粒度。圖3中給出了我們用文獻(xiàn)介紹的方法分離的石英所作的粒度分布曲線,圖中也給出了同一樣品原樣粒度分布曲線,我們看到它與原樣的粒度組成基本一致。第二分量在石英粒度分布曲線上表現(xiàn)得同樣明顯,有些甚至比原樣更明顯。黃土和古土壤中附著于大顆?；蛘辰Y(jié)成大顆粒而搬運(yùn)和沉降的細(xì)粒物質(zhì)可能是存在的,但它對(duì)第二組分的貢獻(xiàn)可能不是主要的。因?yàn)槿绻@種成因的細(xì)粒占第二組成的主要部分的話,它的含量及粒度應(yīng)與粗粒組分的粒度和含量有關(guān),至少粗粒含量增加或粒度增大時(shí)細(xì)粒的含量和粒度應(yīng)該增大。而比較不同剖面上不同粒度的樣品我們會(huì)發(fā)現(xiàn),細(xì)粒組分的變化與粗粒之間幾乎是獨(dú)立的。例如在北部的剖面上(圖2中的榆林剖面),主組分特別粗,而細(xì)粒組分含量非常少也較細(xì);而在南部的剖面上(圖2中的西安剖面),粗粒主組分相對(duì)變細(xì)時(shí),細(xì)粒組分的含量反而增加且粒度并沒(méi)有減小。所以,風(fēng)成黃土粒度的第二組分的形成可能還是主要以單顆粒搬運(yùn)和沉積為主,但不排除粘粒附著于大顆?；蛘辰Y(jié)成大顆粒而搬運(yùn)和沉積,而這種類型的細(xì)顆粒在第二組分中到底有多少?它的分布特征是否與第二組分的總體分布一致?這些問(wèn)題需要進(jìn)一步的研究?？傊?不同剖面和不同時(shí)代的黃土粒度分布曲線一致表明,黃土粒度組分中有兩個(gè)成因不同的粒度組分,黃土粒度的總體分布為兩個(gè)單一因子過(guò)程分布的和分布。2粒度分布函數(shù)的擬合分布函數(shù)研究的關(guān)鍵,一是確定分布函數(shù)的類型,二是確定分布函數(shù)的參數(shù)。我們知道,一個(gè)單一過(guò)程的隨機(jī)變量分布服從自然界的某種類型的分布。既然我們已經(jīng)確認(rèn)了黃土粒度有兩個(gè)分布特征不同的組分,所以一個(gè)黃土樣品的粒度總分布是這兩個(gè)分量分布的和分布。確定分布函數(shù)類型的基本依據(jù)是分布線的形態(tài),從粒度分布曲線來(lái)看,兩個(gè)分量都為一種偏態(tài)分布,特別是其主分量的偏度較大。在黃土和古土壤中一般為負(fù)偏態(tài),但也有正偏態(tài)的樣品。自然界中常見(jiàn)的隨機(jī)變量的分布類型有十多種,圖4為幾種常見(jiàn)分布的分布曲線,可以看出,正態(tài)分布和POISSON分布為對(duì)稱分布,而γ分布、F分布、X2分布和T分布為單偏態(tài)非對(duì)稱分布。而WEBULL分布的自由度較大,由于參數(shù)設(shè)置的不同可以是正偏態(tài)或負(fù)偏態(tài),在設(shè)置特殊參數(shù)值時(shí)可變種為對(duì)稱分布。從黃土粒度中兩個(gè)組分的分布特征,特別是對(duì)稱性和分布形態(tài)的自由度變化來(lái)看屬于WEIBULL分布類型。另一方面,現(xiàn)代風(fēng)場(chǎng)的大量統(tǒng)計(jì)表明,某一地點(diǎn)上確定方向的風(fēng)的風(fēng)速也服從WEIBULL分布,這從全球其它地區(qū)和中國(guó)的現(xiàn)代觀測(cè)記錄的分析都得到了證明,這也從黃土成因的氣候?qū)W角度提供了證據(jù)來(lái)說(shuō)明用WEIBULL分布函數(shù)來(lái)表示黃土粉塵粒度分布的合理性。對(duì)于兩個(gè)WEIBULL函數(shù)組成的分布函數(shù),它的概率分布密度函數(shù)為代表兩個(gè)組分布的原型函數(shù)與其百分比積的和函數(shù),即式(1),式中α1和β1分別為總體分布函數(shù)中第一個(gè)WEIBULL函數(shù)的形狀和位置參數(shù),α2和β2分別為總體分布函數(shù)中第二個(gè)WEIBULL函數(shù)的形狀和位置參數(shù),c為細(xì)粒組分的分布函數(shù)在總體分布函數(shù)密度中的比重,即細(xì)粒組分在全樣中的百分比。由此可見(jiàn),用兩個(gè)兩參數(shù)WEIBULL分布函數(shù)對(duì)黃土粒度分布曲線進(jìn)行擬合時(shí),有5個(gè)待定參數(shù)。以各粒級(jí)的粒徑作為自變量,以該粒級(jí)的百分含量為分布密度函數(shù)值,并以最小殘差平方和為擬合目標(biāo),可計(jì)算出這5個(gè)參數(shù)。我們用兩個(gè)兩參數(shù)威爾分布的和函數(shù)對(duì)大量的黃土樣品的粒度分布進(jìn)行了擬合,以最小殘差平方和最小為目標(biāo),都可得到較高的擬合度的分布函數(shù)。而用其它分布函數(shù)如正態(tài)分布、F分布、X2分布等來(lái)擬合的話,擬合度明顯降低。圖4中給出了典型樣品實(shí)測(cè)粒度和分別用正態(tài)函數(shù)和WEIBULL函數(shù)擬合的情況及擬合殘差,很明顯WEIBULL函數(shù)的擬合殘差明顯小于正態(tài)分布函數(shù)。以擬合函數(shù)與實(shí)際粒度數(shù)據(jù)的殘差最小和擬合度最大為條件,便可計(jì)算出某個(gè)給定樣品粒度分布的兩個(gè)分量的WEIBULL分布函數(shù)的四個(gè)參數(shù)和兩個(gè)分量在樣品中的相對(duì)含量比例系數(shù)。這兩個(gè)函數(shù)可作為樣品中兩個(gè)粒度分量各自的分布函數(shù)。另外需要說(shuō)明的是,如果只用一個(gè)WEIBULL函數(shù)來(lái)擬合的話,擬合度明顯降低,這也同樣證實(shí)了黃土粒度中第二分量的存在。f(x,α1?β1?α2?β2?c)=cα1β1α1xα-11e-(Xβ1)α1+(1-c)α2βα22xα2-1e-(Xβ2)α2(1)從上述粒度分布函數(shù)的擬合計(jì)算過(guò)程我們看到,利用實(shí)測(cè)粒度對(duì)分布函數(shù)擬合獲得樣品粒度總體分布函數(shù)的同時(shí)就獲得了各組分的粒度分布函數(shù)和該組分在全樣中的比重,從而可計(jì)算各組分的各種粒度參數(shù),這一過(guò)程實(shí)際上已達(dá)到了從數(shù)字特征上分離兩個(gè)成因組分的目的。這種方法的理論依據(jù),一是單因子控制的沉積物粒度必然服從自然界的某一分布,二是以最小殘差為擬合目標(biāo)對(duì)分布函數(shù)的參數(shù)解是唯一的。圖5中給出了不同剖面和不同層位風(fēng)成黃土的實(shí)測(cè)粒度分布及分離計(jì)算的二個(gè)粒度組分的粒度分布。從大量樣品粒度組分的分離結(jié)果來(lái)看(圖5和圖3),黃土中粗粒組分的百分含量一般在70%～90%之間,在古土壤中的含量約為50%～70%,是黃土和古土壤的主要組分,它的平均粒徑和與之相近的眾數(shù)粒徑范圍約為20～70μm,這一組分布的基本特征是粒度粗、分選好、粒度分布范圍較窄且多具粗偏態(tài)。同一層位的樣品在橫向上粗粒組分的粒度分異較大,由西北到東南粒度變細(xì)的規(guī)律十分明顯,并且粗粒組分的粒度與沉積的地貌位置關(guān)系較密切。黃土中細(xì)粒組分的百分含量在黃土中約為10%～30%,在古土壤中約為30%～50%,其平均粒徑和與之接近的眾數(shù)粒徑的范圍約為2～6μm。細(xì)粒組分分布的基本特征是粒度細(xì)、分選差、粒度分布范圍寬且多具對(duì)稱分布。同一層位樣品在橫向上細(xì)粒組分基本一致,即橫向變化較小,它在粒度大小和分布特征上和與之同源的北太平洋粉塵有著一致的特征,表現(xiàn)出成因上的內(nèi)在聯(lián)系。細(xì)粒組分的時(shí)間序列在橫向變化上明顯不同于粗粒組分,在中部和南部,細(xì)粒組分粒度在冰期黃土中粗,在間冰期古土壤中細(xì)。而在北部高緯度地區(qū),細(xì)粒組分在黃土中細(xì),反而在古土壤中粗。細(xì)粒組分在時(shí)間序列上的另一個(gè)特征是其變率和變幅都比同樣品粗粒組分大。值得一提的是晚第三紀(jì)風(fēng)成紅粘土的粒度分布在結(jié)構(gòu)上與黃土完全一致,即總體粒度由粗粒組分和細(xì)粒組分組成(見(jiàn)圖5和圖3),所不同的是粗粒組分遠(yuǎn)低于黃土而細(xì)粒組分遠(yuǎn)高于黃土,并且細(xì)粒組分的粒度也比同一剖面上黃土中的細(xì)粒組分粗,其眾數(shù)粒徑一般為4～7μm,而粗細(xì)組分的粒度則與黃土相當(dāng)。這些特征不僅反映了紅粘土與黃土在成因上的一致性,也暗示著晚第三紀(jì)大氣環(huán)流與第四紀(jì)可能有著實(shí)質(zhì)性的差別。3粒級(jí)范圍和粒度組成大氣動(dòng)力學(xué)研究表明,在一定平均風(fēng)速的大氣邊界層中風(fēng)速隨高度以對(duì)數(shù)函數(shù)規(guī)律增加,這一風(fēng)速隨高度的變化率,即風(fēng)的剪切速度,決定著風(fēng)對(duì)表面顆粒所施加的剪切力,它是表面顆粒克服重力和表面阻力而運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力。發(fā)生于粉塵源區(qū)普通塵暴事件可同時(shí)起動(dòng)平均粒徑在幾百微米以下的所有粒級(jí),然而,這些起動(dòng)的顆粒所能上升的高度、它的搬運(yùn)方式以及搬運(yùn)距離在風(fēng)的特征一定時(shí)取決于顆粒的粒徑。從風(fēng)成相的特征粒級(jí)分布及其在空間上分布的非線性來(lái)看,搬運(yùn)方式對(duì)粒度的分選是非線性的,即某種粒級(jí)有其優(yōu)勢(shì)的搬運(yùn)方式,這可能也是搬運(yùn)方式上存在明顯粒度界限的原因。理論計(jì)算和實(shí)際觀測(cè)都表明,風(fēng)的剪切速度(Uf)和顆粒開始運(yùn)動(dòng)所需的剪切速度閾值(u*)是顆粒運(yùn)動(dòng)方式是兩個(gè)基本因素,并可用兩者比值(Uf/u*)來(lái)評(píng)估,當(dāng)比值大于1時(shí),顆粒最多只能沿地表滾動(dòng)或爬行,比值在1～0.7之間的顆粒主要以躍移方式運(yùn)動(dòng),比值小于0.7則主要作懸移運(yùn)動(dòng)。進(jìn)一步的研究表明,一般大氣環(huán)流的剪切速度存在一個(gè)明顯的下限,對(duì)于懸移組分中剪切速度閾值遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于這一下限的粘粒組分來(lái)說(shuō),它幾乎處于“永久性”搬運(yùn)狀態(tài),只有當(dāng)風(fēng)速明顯減小時(shí)才可沉降或隨雨水沉降。而閾值速度在此之上的懸移顆粒則只能懸浮一定的距離,所以懸移組分中有短距離懸移和長(zhǎng)距離兩種組分。Pye研究認(rèn)為短距離懸移和長(zhǎng)距離懸移的Uf/u*比值界線大約為0.1,它們所估算的兩者的搬運(yùn)距離分別為幾百千米和幾千千米。在理論計(jì)算和實(shí)際觀測(cè)的基礎(chǔ)上,Pye等總結(jié)了普通風(fēng)暴中各粒級(jí)組分的的主要搬運(yùn)方式、搬運(yùn)高度和一次性搬運(yùn)距離。這一理論模式表明,在一般的塵暴事件中,砂和粉砂級(jí)粗粒組分(70～500μm)每次起動(dòng)只能在上升到近地表的幾厘米到幾米的高度并在水平方向上躍移同樣量級(jí)的距離,這一組分就近形成風(fēng)成砂;平均粒徑為20～70μm的粉砂組分其Uf/u*值在普通風(fēng)暴中一般為0.7～0.1之間,這一組分粒度與風(fēng)速的線性相關(guān)性較好,在一般的風(fēng)暴中可上升到近地表的幾百米以內(nèi),最大高度一般不超過(guò)上千米的大氣邊界層,理論計(jì)算的一次性搬運(yùn)距離的大致在1000km以內(nèi),這一組分是黃土的主要組分。它們很少在空氣中懸浮較長(zhǎng)的時(shí)間,即便是被大風(fēng)吹起也只能在低空作短時(shí)間的懸浮而被搬運(yùn)較短的距離,一但風(fēng)速減弱便回到地面而沉降,它搬運(yùn)的方式是近地面短距離懸移,它沉積的機(jī)理是一旦風(fēng)速減小因重力作用而沉降,并且依顆粒重力大小在搬運(yùn)距離上分選,因此,在一次搬運(yùn)過(guò)程中粒度越粗搬動(dòng)距離越小,就是說(shuō)同一層位的黃土在橫向上粒度的變化不能說(shuō)明任何古氣候問(wèn)題,而且只有當(dāng)源區(qū)基本一致時(shí)粒度在同一剖面上的變化才能指示風(fēng)動(dòng)力的相對(duì)變化。幾個(gè)微米以下的細(xì)粒組分的搬運(yùn)方式、搬運(yùn)高度和搬運(yùn)距離則與粗顆粒有實(shí)質(zhì)性的不同,由于它們的沉降速率特別小,在普通大氣環(huán)流的u*值都遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其沉降速率,所以它們一旦起動(dòng)則很容易上升到高層大氣并分散到不同高空的大氣中被高空氣流帶到下風(fēng)區(qū)的任一上空。高空長(zhǎng)距離懸浮是粘粒級(jí)粉塵的主要搬運(yùn)方式,它的粒度與搬運(yùn)距離之間關(guān)系不大,并且當(dāng)搬運(yùn)距離超過(guò)上千千米時(shí)粉塵的粒度則與搬運(yùn)它的風(fēng)速達(dá)到了平衡,這一平衡的粒度變化指示了風(fēng)速的變化。由中國(guó)內(nèi)陸沙漠、黃土高原、中國(guó)和日本海域以及北太平洋粉塵區(qū)組成的北半球風(fēng)塵系統(tǒng)是全球規(guī)模最大、發(fā)育歷史最長(zhǎng)的風(fēng)塵系統(tǒng),這一系統(tǒng)中的風(fēng)塵沉積物在粒度組成和搬運(yùn)方式上都表現(xiàn)出與上述理論計(jì)算和實(shí)際觀測(cè)相一致的規(guī)律。對(duì)比三種搬運(yùn)方式的粉塵粒級(jí)范圍與黃土中的二個(gè)粒度組分我們清楚地看到,黃土中的粗粒主組分的粒度完全在短距離懸移粒級(jí)范圍之內(nèi)。從分布曲線特征來(lái)看,主組分的峰度較高,粒度分布的范圍較小且較粗,它占總樣的多數(shù),它表現(xiàn)出一種集中發(fā)生的降塵過(guò)程,即它們產(chǎn)生于黃土高原的降塵季節(jié)里。同樣的比較會(huì)發(fā)現(xiàn),細(xì)粒組分顯然屬于長(zhǎng)距離高空懸移組分,它分布的峰度較小,分布粒度范圍較大,幾乎覆蓋了整個(gè)黃土粒度范圍,從這一特征來(lái)看,這一組分的形成為一種經(jīng)常性降塵過(guò)程,代表了黃土高原大氣粉塵的本底。黃土與東亞冬季風(fēng)的密切成因聯(lián)系是近年黃土古氣候研究的重要成果。黃土的古氣候研究和現(xiàn)代粉塵的觀測(cè)都表明,冬半年是黃土高原降塵的主要季節(jié),東亞冬季風(fēng)環(huán)流主導(dǎo)了這些季節(jié)里的近地面氣流。黃土中主組分較粗的粒度、近地面短距離搬運(yùn)、在全樣中的百分比、特別是它所表現(xiàn)出的集中發(fā)生的降塵過(guò)程等特征,都揭示了它與冬季風(fēng)環(huán)流的直接關(guān)系。所以,黃土主要組成部分的粗粒組分是東亞冬季風(fēng)的產(chǎn)物,這一組分的粒度在很大程度上指示了東亞冬季風(fēng)環(huán)流的強(qiáng)度。雖然中國(guó)黃土主要是冬季風(fēng)搬動(dòng)的粉塵,但許多研究者認(rèn)識(shí)到了西風(fēng)環(huán)流在現(xiàn)代粉塵第四紀(jì)黃土和晚第三紀(jì)風(fēng)成紅粘土搬運(yùn)中的作用。西風(fēng)帶是北半球中緯度大氣環(huán)流系統(tǒng)的重要組成部分,它在黃土高原活動(dòng)時(shí)間比冬季風(fēng)長(zhǎng)得多,在冬半年里,西風(fēng)帶不僅覆蓋了亞洲粉塵的源區(qū)和中國(guó)黃土高原,其強(qiáng)度也明顯加強(qiáng);在夏季,雖然西風(fēng)帶由于夏季風(fēng)北進(jìn)而北移,但它對(duì)黃土高原大氣環(huán)流的影響仍明顯,特別是黃土高原北部和高空氣流。對(duì)于黃土中可能為長(zhǎng)距離搬運(yùn)且常年性形成的細(xì)粒組分,它的形成與西風(fēng)帶有密切的關(guān)系是很容易理解的。所以,細(xì)粒組分的粒度在某種程度上指示了高空西風(fēng)氣流的強(qiáng)度。從細(xì)粒組分的成因來(lái)理解的話,它的含量主要取決于主要由源區(qū)干燥度決定的當(dāng)時(shí)大氣中的本底粉塵量,而粗粒相對(duì)于它的含量則指示了當(dāng)時(shí)冬季風(fēng)暴的頻率,粗粒組分的粒度則指示了冬季風(fēng)環(huán)流的強(qiáng)度。當(dāng)然,包括高空西風(fēng)氣流和近地面季風(fēng)氣流在內(nèi)的任何風(fēng)都可搬運(yùn)細(xì)粒組分,然而現(xiàn)代氣候研究表明,東亞季風(fēng)系統(tǒng)是活動(dòng)于中國(guó)大陸的淺薄系統(tǒng),其主要活動(dòng)高度一般在1000m內(nèi)的大氣邊界層,最大高度不超過(guò)3000m。而其上則為西風(fēng)環(huán)流,從地面向上幾千米最大至10000m都是西風(fēng)環(huán)流的活動(dòng)范圍,現(xiàn)代粉塵活動(dòng)的觀測(cè)也證明高空細(xì)粒粉塵的活動(dòng)可在萬(wàn)米以內(nèi)的任一高度,對(duì)于長(zhǎng)