風(fēng)力侵蝕培訓(xùn)課件

風(fēng)力侵蝕培訓(xùn)課件主要教學(xué)目標(biāo)：本章教學(xué)目的主要是分析風(fēng)力侵蝕發(fā)生機制及其發(fā)展規(guī)律，闡述風(fēng)力侵蝕形式及影響風(fēng)力侵蝕的自然因素。使學(xué)生掌握風(fēng)力侵蝕的發(fā)生機制及發(fā)展規(guī)律，掌握防治風(fēng)力侵蝕的基本方法和對策。主要內(nèi)容：第一節(jié)風(fēng)沙運動第二節(jié)風(fēng)蝕與風(fēng)積作用第三節(jié)沙漠化成因與類型第四節(jié)沙塵暴主要講解內(nèi)容第一節(jié)風(fēng)沙運動一、近地層風(fēng)的性質(zhì)1.層流和紊流大氣對流層屬于大氣層中直接與地表接觸的部分，與地球表面的相互影響極其強烈，人類的生產(chǎn)生活關(guān)系極其密切，歷來受到人們的重視。而大氣對流層中貼近地面100m范圍內(nèi)的氣層稱為近地層，一切風(fēng)沙運動都與本層大氣的性質(zhì)及活動狀況有關(guān)，因此也是風(fēng)力侵蝕學(xué)研究的重點。由于地球表面熱量分布的不均，出現(xiàn)氣壓差，空氣由高壓區(qū)向低壓區(qū)流動，就生了風(fēng)。與其他流體一樣，風(fēng)也存在兩種流態(tài)：層流和紊流。層流的空氣質(zhì)點運動軌跡平穩(wěn)，鄰近的空氣質(zhì)點平衡運動，互不干擾，但空氣的這種流態(tài)，僅在地表平坦，風(fēng)速很低的情況下才能見到。當(dāng)風(fēng)速稍大時，層流大氣即失去其穩(wěn)定性而變成紊流。紊流的空氣質(zhì)點運動不規(guī)則，并且互相干擾，各氣流層層間夾雜了大小不同的渦旋運動。渦流的產(chǎn)生使得各層之間的動能更易交換，上下層之間的流速趨于一致，這對于沙粒的運動是非常重要的。層流大氣是否失去其穩(wěn)定性取決于流體的慣性力與粘滯力之間的比例關(guān)系。對于粘度低，密度小的空氣來說，當(dāng)雷諾數(shù)超過1400時，就會使層流過渡到紊流。據(jù)勃蘭特（D.Brunt）估算，在室外大氣中如果風(fēng)速超過1.0m/s，則不管他看來是怎樣平穩(wěn)地流過，空氣流動必然是紊流。特別是引起沙粒運動的風(fēng)幾乎都是紊流運動。2.湍流與地表粗糙度湍流運動是一種疊加在一般流動上的不規(guī)則的旋渦狀的混合運動。旋渦的大小各不相同，可從幾毫米到幾百米。湍流發(fā)生時，分子群代替了單個分子的運動，空氣分子不再恒定地向前移動，而是不斷地改變著運動的方向和速度，通過這種旋渦運動進行風(fēng)的動能的傳遞和交換。其中最明顯的就是風(fēng)吹過地表時，受地面磨擦阻力的影響，風(fēng)速減小，并把這種阻力向上層大氣傳遞，由于磨擦阻力隨高度增加而減小，故風(fēng)速隨高度而增大。二、沙粒的運動1.沙粒起動的機制半個多世紀(jì)以來，中外科學(xué)家對靜止沙粒受力起動機制進行了深入的研究，并形成了多種假說，如沖擊碰撞說，壓差升力說及湍流的擴散作用說等，但都沒有圓滿地解決這一問題。1980年吳正和凌裕泉在風(fēng)洞中用高速攝影方法對沙粒運動過程進行了研究。他們認為在風(fēng)力作用下，當(dāng)平均風(fēng)速約等于某一臨界值時，個別突出的沙粒在湍流流速和壓力脈動作用下，開始振動或前后擺動，但并不離開原來位置，當(dāng)風(fēng)速增大超過臨界值后，振動也隨之加強，迎面阻力(拖曳力)和上升力相應(yīng)增大，并足以克服重力的作用.氣流的旋轉(zhuǎn)力矩促使某些最不穩(wěn)定的沙粒首先沿沙面滾動或滑動。由于沙粒幾何形狀和所處空間位置的多樣性，以及受力狀況的多變性，因此在滾動過程中，一部分沙粒碰到地面凸起沙粒的沖擊時，就會獲得巨大沖量。受到突然沖擊力作用的沙粒，就會在碰撞瞬間由水平運動急劇地轉(zhuǎn)變?yōu)榇怪边\動，驟然向上(有時幾乎是垂直的)起跳進入氣流運動，沙粒在氣流作用下，由靜止?fàn)顟B(tài)達到躍起狀態(tài)。2.臨界風(fēng)速與起沙風(fēng)風(fēng)沙流中的沙粒是從運動氣流中獲取運動動量的，只有當(dāng)風(fēng)力條件能夠吹動沙粒時，沙粒才能脫離地表進入氣流形成風(fēng)沙流。假定地表風(fēng)力逐漸增大，達到某一臨界值后，地表沙粒脫離靜止?fàn)顟B(tài)開始運動，這時的風(fēng)速稱為臨界風(fēng)速或起動風(fēng)速，一切大于起動風(fēng)速的風(fēng)稱為起沙風(fēng)。起動風(fēng)速與沙粒粒徑、地表性質(zhì)、沙粒含水率等多種因素有關(guān)。國內(nèi)外專家研究證實，在一般情況下起動風(fēng)速和沙粒粒徑的平方根成正比。3.沙粒運動形式據(jù)觀測研究，風(fēng)沙流中沙粒依風(fēng)力大小、顆粒粒徑、質(zhì)量不同而以懸移、躍移、蠕移三種形式向前運動當(dāng)沙粒起動后以較長時間懸浮于空氣中而不降落，并以與風(fēng)速相同的速度向前運動時稱為懸移。懸移運動的沙粒稱為懸移質(zhì)。懸移質(zhì)粒徑一般為小于0.1mm甚至小于0.05mm的粉沙和粘土顆粒。由于其的體積小質(zhì)量輕，在空氣中的自由沉速很小，一旦被風(fēng)揚起就不易沉落，因而可長距離搬運。如中國黃土不但可從西北地區(qū)懸移到江南，甚至可懸浮到日本。懸浮沙量在風(fēng)蝕總量中所占比例很小，一般不足5%，甚至1%以下。沙粒在風(fēng)力作用下脫離地表進入氣流后，從氣流中取得動量而加速前進，又在自身的重力作用下以很小的銳角落向地面。由于空氣的密度比沙粒的密度要小的多，沙粒在運動過程中受到的阻力較小，降落到沙面時有相當(dāng)大的動能。因此不但下落的沙粒有可能反彈起來，繼續(xù)跳躍前進，而且由于它的沖擊作用，還能使其降落點周圍的一部分沙粒受到撞擊而飛濺起來，造成沙粒的連續(xù)跳躍式運動。沙粒的這種運動方式稱為躍移，躍移運動的沙土顆粒稱為躍移質(zhì)。躍移運動是風(fēng)沙運動的主要形式，在風(fēng)沙流中躍移沙量可能達到運動沙量總重量的1/2甚至3/4。粒徑0.1～0.15mm的沙粒最易以躍移方式移動。在沙質(zhì)地表上躍移質(zhì)的跳躍高度一般不超過30cm，而且有一半以上的躍移質(zhì)是在近地表5cm高度內(nèi)活動。跳躍沙粒下落時的角度一般保持在10～16°，因此它的飛行距離與躍起高度成正比。在戈壁或礫質(zhì)地面上，沙粒的躍起高度可達到1m以上，沙粒的飛行距離更遠。但是，戈壁風(fēng)沙流一般是不會達到飽和的，除非風(fēng)速下降或地面狀況發(fā)生大的變化。沙粒在地表滑動或滾動稱為蠕移，蠕移運動的沙粒稱為蠕移質(zhì)。在某一單位時間內(nèi)蠕移質(zhì)的運動可以是間斷的。蠕移質(zhì)的量可以占到總沙量的20～25%。呈蠕移運動的沙粒都是粒徑在0.5～2.0mm左右的粗沙。造成這些粗沙運動的力可以是風(fēng)的迎面壓力，也可以是躍移沙粒的沖擊力。觀測表明以高速運動的沙粒在躍移中通過對沙面的沖擊，可以推動6倍于它的直徑或200倍于它的重量的粗沙粒。隨著風(fēng)速的增大部分蠕移質(zhì)也可以躍起成為躍移質(zhì)，從而產(chǎn)生更大的沖擊力?？梢娫陲L(fēng)沙運動中，躍移運動是風(fēng)力侵蝕的根源。這不僅表現(xiàn)在躍移質(zhì)在運動沙粒中所占的比重最大，更主要的是躍移沙粒的沖擊造成了更多懸移質(zhì)和蠕移質(zhì)的運動。正是因為有了躍移質(zhì)的沖擊，才使成倍的沙粒進入風(fēng)沙流中運動。因此防止沙質(zhì)地表風(fēng)蝕和風(fēng)沙危害的主要著眼點，應(yīng)放在如何控制或減少躍移沙粒的運動方面。三、風(fēng)沙流及其結(jié)構(gòu)特征風(fēng)沙流是氣流及其搬運的固體顆粒（沙粒）的混合流。它的形成依賴于空氣與沙質(zhì)地表兩種不同密度物理介質(zhì)的相互作用，而它的特征對于風(fēng)蝕風(fēng)積作用的研究及防沙措施的制定有重要意義。1.含沙量隨高度的分布風(fēng)沙流中沙粒隨高度的分布稱為風(fēng)沙流結(jié)構(gòu)。根據(jù)野外觀測，氣流搬運的沙量絕大部分（90%以上）是在沙面以上30cm的高度內(nèi)通過的，尤其是集中在0～10cm的高度（約占80%），也就是說風(fēng)沙運動是一種近地面的沙粒搬運現(xiàn)象2.風(fēng)沙流結(jié)構(gòu)特征值近地表氣流層沙粒分布性質(zhì)，即風(fēng)沙流的結(jié)構(gòu)決定著沙粒吹蝕與堆積過程的發(fā)展。通過風(fēng)洞對風(fēng)沙流結(jié)構(gòu)特征與沙粒吹蝕和堆積關(guān)系的實驗研究發(fā)現(xiàn)，在不同風(fēng)速下0～10cm氣流層中沙粒的分布特點為：地面以上0～1cm的第一層沙量隨著氣流速度的增加而減少；不管速度如何，第二層（地面之上1～2cm）的沙量保持不變，等于0～10cm層總沙量的20%；平均沙量（10%）在2～3cm層中搬運，這一高度保持不變，并不以速度為轉(zhuǎn)移；氣流較高層（從第三層起）中的沙量隨著速度的增加而增加。根據(jù)上述特點，前蘇聯(lián)學(xué)者茲納敏斯基提出了采用Qmax/Q的比值（用S表示）作為風(fēng)沙流結(jié)構(gòu)的指標(biāo)（Qmax為氣流中0～1cm層的沙量），稱之為風(fēng)沙流的結(jié)構(gòu)數(shù)，并以此作為判斷風(fēng)蝕過程的方向性。在非堆積搬運情況下，S值對所有的粗糙表面平均等于2.6，在部分沙粒從風(fēng)沙流中跌落堆積的情況下，平均S值增大達到3.8。中國學(xué)者吳正、凌裕泉（1965）根據(jù)野外沙質(zhì)地表的觀測資料，查明在10cm氣流層內(nèi)的風(fēng)沙流結(jié)構(gòu)有以下基本特征：(1)在各種風(fēng)速和沙量條件下，高程與含沙量（或%）對數(shù)尺度之間具有很好的線性關(guān)系，表明含沙量隨高度分布遵循著指數(shù)函數(shù)關(guān)系，沙量隨高度呈指數(shù)規(guī)律遞減。(2)隨著風(fēng)速的增加，下層氣流中沙量（%）相對減少，相應(yīng)地增加了上層氣流中搬運的沙量。(3）在同一風(fēng)速條件下，隨著總輸沙量增大，下層氣流中搬運的沙量增加，上層沙量相應(yīng)減少。3.風(fēng)沙流的固體流量氣流在單位時間通過單位寬度或面積所搬運的沙量叫做風(fēng)沙流的固體流量，也稱為輸沙率。計算輸沙率不僅有理論意義，而且是合理制定防止工礦、交通設(shè)施不受沙埋的措施的主要依據(jù)。影響輸沙率的因素是很復(fù)雜的，它不僅取決于風(fēng)力的大小、沙粒粒徑、形狀和其比重，而且也受沙粒的濕潤程度、地表狀況及空氣穩(wěn)定度的影響（表4.6，表4.7），所以要精確表示風(fēng)速與輸沙量的關(guān)系是較困難的。到目前為止在實際工作中對輸沙率的確定，一般仍多采用集沙儀在野外直接觀測，然后運用相關(guān)分析方法，求得特定條件下的輸沙率與風(fēng)速的關(guān)系。第二節(jié)風(fēng)蝕與風(fēng)積作用一、風(fēng)蝕與風(fēng)積作用的概念1.感念風(fēng)和風(fēng)沙流對地表物質(zhì)的吹蝕和磨蝕作用，統(tǒng)稱為風(fēng)蝕作用。其中風(fēng)將地面的松散沉積物或基巖上的風(fēng)化產(chǎn)物吹走，使地面遭到破壞稱吹蝕作用。風(fēng)沙流以其所含沙粒作為工具對地表物質(zhì)進行沖擊、磨損的作用稱磨蝕。如果地面或迎風(fēng)巖壁上出現(xiàn)裂隙或凹坑，風(fēng)沙流還可鉆入其中進行旋磨，其結(jié)果是大大加快了地面破壞速度。風(fēng)沙流運行過程中，由于風(fēng)力減緩或地面障礙等原因，使風(fēng)沙流中沙粒發(fā)生沉降堆積時稱風(fēng)積作用。經(jīng)風(fēng)力搬運、堆積的物質(zhì)稱為風(fēng)積物。2.搬運過程氣流搬運沙量的多少是由風(fēng)力大小決定的。在一定風(fēng)力條件下氣流可能搬運的沙量稱為容量（相當(dāng)于水流的挾沙力），氣流中實際搬運的沙量稱風(fēng)沙流的強度，容量和強度的單位可取g/cm2·h。強度與容量之比稱為風(fēng)沙流的飽和度，這也是一個無量綱參數(shù)。此比值越小風(fēng)沙流的風(fēng)蝕能力就越大。若風(fēng)沙流容量減小，則侵蝕力下降或發(fā)生沙粒的堆積。在風(fēng)沙搬運過程中，當(dāng)風(fēng)速變?nèi)趸蛴龅秸系K物（如植物或地表微小起伏），以及地面結(jié)構(gòu)、下墊面性質(zhì)改變時，都會影響到風(fēng)沙流容量而導(dǎo)致沙粒從氣流中跌落堆積。如果地表具有障礙物，氣流在運行時會受到阻滯而發(fā)生渦漩減速，從而消弱了氣流搬運沙粒的能量（容量減小），使風(fēng)沙流中多余部分的沙粒在障礙物附近大量堆積下來，形成沙堆。這種因障礙（包括地表的急劇上升或下降）形成的堆積，稱之為遇阻堆積。堆積的強度取決于障礙物的性質(zhì)和尺度，障礙物愈不透風(fēng)，渦流減速范圍愈大，沙粒的堆積也愈強烈，形成較大的沙堆。地面結(jié)構(gòu)、下墊面改變引起沙粒堆積，主要是由于不同表面結(jié)構(gòu)具有不同的輸沙率和不同的風(fēng)沙流結(jié)構(gòu)所致。根據(jù)風(fēng)洞實驗和野外觀察，沙粒在堅硬的細石床面（如沙礫戈壁）上運動和在疏松沙床上運動是不同的。前者沙粒產(chǎn)生強烈地向高處彈跳（圖4.8），增加了上層氣流搬運的沙量，并且沙粒在飛行過程中飛得更遠，在沿下風(fēng)方向的一定范圍內(nèi)，和地面沖撞的次數(shù)減少了，因而氣流因補給沙粒動量而消耗的能量也減少了，所以，對于氣流的阻力減少。后者沙粒的躍移高度和水平飛行距離都較小，在搬運過程中向近地面貼緊，下層沙量增加很大，也就增加了近地面氣流的能量消耗，減弱了氣流搬運沙粒的能力。因此在一定風(fēng)力作用下，松散沙床面上的輸沙率比堅硬細沙床面上的輸沙率要少得多。正是由于松散的沙質(zhì)床面上的輸沙率低，風(fēng)易被沙所飽和。所以我們在野外常會看到在疏松的沙土平原上一般要比沙礫質(zhì)戈壁上積沙多，易于形成沙堆。當(dāng)然沙礫戈壁上在沒有障礙物（地形起伏或人為障礙）的情況下，一般不易于積沙的原因，還與其沙粒的供應(yīng)不充分（沙粒因受細石的掩護，在一般風(fēng)力下不易起沙）、風(fēng)不易為沙粒所飽和有關(guān)。這種因地面結(jié)構(gòu)改變，或由于外在阻力的影響，地表風(fēng)逐漸變?nèi)?，使容量減小而產(chǎn)生的堆積，稱為停滯堆積。回到最上面二、風(fēng)沙蝕積作用與沙丘的運動沙漠中各種類型的沙丘都不是靜止和固定不變的，而是運動和變化的。沙丘的移動是通過沙粒在迎風(fēng)坡風(fēng)蝕、背風(fēng)坡堆積而實現(xiàn)的。1.沙丘移動方向沙丘移動的方向取決于有一定延續(xù)時間的起沙風(fēng)的風(fēng)向，移動總方向與大于起沙風(fēng)的年合成風(fēng)向大體相一致，但不完全重合，二者之間有一交角。例如新疆莎車阿瓦提地區(qū)沙丘移動的總方向平均為南50°東，而起沙風(fēng)的年合成風(fēng)向是北40°西。皮山地區(qū)沙丘移動的總方向平均為南70°東，而起沙風(fēng)的年合成風(fēng)向是北70°西。2.沙丘移動方式沙丘移動方式取決于風(fēng)向及其變化，它可分為三種方式，其一為前進式，即在單一的風(fēng)向作用下終年保持向某一方向移動；其二為往復(fù)前進式，即在兩個風(fēng)向相反而風(fēng)力大小不等的情況下往復(fù)向前移動；其三為往復(fù)式，即它是風(fēng)力大小相等而風(fēng)向相反的情況下產(chǎn)生的往復(fù)移動。3.沙丘移動速度沙丘移動速度主要取決于風(fēng)速和沙丘本身的高度，如果沙丘在移動過程中，形狀和大小保持不變，則迎風(fēng)坡吹蝕的沙量應(yīng)該等于背風(fēng)坡堆積的沙量。橫向沙丘由于走向與主風(fēng)向垂直，在同等風(fēng)力條件下有效作用面積最大，因此在各種類型的沙丘中移動速度是最快的。縱向沙丘除橫向移動外，還有縱向移動的特點，以新月形沙壟為例，它不僅沿著垂直于沙脊的方向移動，還沿著脊線方向移動。在兩個銳角相交風(fēng)的作用下，運動的總方向既不與沙壟垂直，也不單純地沿著沙壟縱向伸展，而是與沙壟構(gòu)成一個斜交的角度，交角介于25～40°之間，移動速度比橫向沙丘要慢的多。復(fù)合型沙壟的運動是通過覆蓋其上的新月形沙丘和沙丘鏈的運動來實現(xiàn)的，根據(jù)航空相片查明，整個復(fù)合型沙壟基本上平行于合成風(fēng)向，或兩者呈小角度的斜交關(guān)系，而其上疊加的次生新月形沙丘和沙丘鏈，它們和整個壟體構(gòu)成90°的交角，且與風(fēng)向近于垂直。金字塔沙丘是多向風(fēng)作用下的一種典型沙丘類型。它雖屬裸露沙丘地貌形態(tài)，但因其形成的動力條件是多方向風(fēng)的作用，且各個方向風(fēng)的風(fēng)力較為均衡，故沙丘來回擺動，但總的移動量并不大。復(fù)合型橫向沙丘（如復(fù)合型新月形沙丘和復(fù)合型新月形沙丘鏈等）表面層層疊置著次一級的新月形沙丘和沙丘鏈，沙丘的移動則是通過復(fù)蓋在其上的次一級沙丘的移動來實現(xiàn)的。這種復(fù)合型沙丘移動速度比簡單類型沙丘慢許多。沙丘移動速度除了受風(fēng)速和沙丘本身高度的影響外，還與沙丘的水分含量、植被狀況及下伏地貌條件的差異性等多種因素有關(guān)。沙丘在濕潤時，沙粒的粘滯性和團聚作用較強不易被吹揚搬運，所以影響到沙丘移動的速度降低。沙丘下伏地面有起伏時也能降低其上沙丘移動的速度。植被對沙丘移動速度的影響，在于沙丘上生長了植被后增加了其粗糙度而消弱了地表風(fēng)速，減少了沙粒吹揚搬運的數(shù)量，從而使沙丘移動速度大大減慢，甚至完全靜止。所以植物固沙是治理沙漠的重要措施。第三節(jié)沙漠化成因與類型一、荒漠化的概念1.荒漠化（Desertification）1993～1994年，國際防治荒漠化公約政府間談判委員會（INCD）經(jīng)多次反復(fù)討論，最后在防治荒漠化公約上確定的定義為：“荒漠化是指包括氣候變異和人類活動在內(nèi)的種種因素造成的干旱、半干旱和亞濕潤干旱地區(qū)的土地退化?！薄肮s”明確了干旱、半干旱和亞濕潤干旱區(qū)的范圍及“土地”和“土地退化”的定義。干旱、半干旱和亞濕潤干旱地區(qū)是指年降水量與潛在蒸發(fā)散之比在0.05-0.65之間的地區(qū)，但不包括極區(qū)和副極區(qū)。“土地”是指具有陸地生物生產(chǎn)力的系統(tǒng)，由土壤、植被、其他生物區(qū)系和該系統(tǒng)中發(fā)揮作用的生態(tài)及水文過程組成?！巴恋赝嘶笔侵赣捎谑褂猛恋鼗蛴捎谝环N營力或數(shù)種營力結(jié)合致使干旱、半干旱和亞濕潤干旱地區(qū)的雨養(yǎng)地、水澆地或草原、牧場、森林和林地的生物或經(jīng)濟生產(chǎn)力和復(fù)雜性下降或喪失，其中包括：①風(fēng)蝕和水蝕致使土壤物質(zhì)流失；②土壤的物理、化學(xué)和生物特性或經(jīng)濟性退化；③自然植被長期喪失。

2.沙漠化（Desertization）中國科學(xué)家認為，沙漠化是荒漠化的一種表現(xiàn)形式，它是指在干旱多風(fēng)的沙質(zhì)地表條件下，由于人為強度活動破壞脆弱生態(tài)平衡所造成的地表出現(xiàn)以風(fēng)沙活動為主要標(biāo)志的土地退化過程。并提出沙漠化的定義是：“在干旱、半干旱和部分半濕潤地區(qū)，由于自然因素或人為活動的影響，破壞了自然生態(tài)系統(tǒng)的脆弱平衡，使原非沙漠的地區(qū)出現(xiàn)了以風(fēng)沙活動為主要標(biāo)志的類似沙漠景觀的環(huán)境變化過程，以及在沙漠地區(qū)發(fā)生了沙漠環(huán)境條件的強化與擴張過程。簡言之，沙漠化也就是沙漠的形成和擴張過程?！辈⒂糜⑽摹癉esertization”或“SandyDesertification”表示之。本節(jié)中“荒漠化”不包括水蝕荒漠化和鹽漬化，其含義與狹義“荒漠化”大體一致。

3.風(fēng)沙化風(fēng)沙化是朱震達等人根據(jù)我國情況提出的名詞術(shù)語。其內(nèi)涵與沙漠化基本一致，外延是指半濕潤、濕潤地區(qū)的沙質(zhì)干河床與河流泛淤三角洲（如北京永定河谷、灤河三角洲等地區(qū)）古河谷和古代河流決口扇（如黃淮海平原）及海濱沙地（如河北、山東、福建、臺灣、海南及廣東省等地的沿海地段）因風(fēng)力作用，產(chǎn)生風(fēng)沙活動并出現(xiàn)類似沙漠化地區(qū)的沙丘起伏地貌景觀。風(fēng)沙化土地與沙漠化土地主要是因自然環(huán)境、地理條件不同而存在顯著的差異。由于地帶性、區(qū)域性等空間分異性，使?jié)駶?、半濕潤地區(qū)具有較優(yōu)越的自然條件。雖然在植被遭到破壞后的沙質(zhì)地表也會因風(fēng)力作用產(chǎn)生風(fēng)沙活動形成風(fēng)沙地貌景觀，但決不會形成類似荒漠或沙漠環(huán)境。因此，按地帶分異規(guī)律，區(qū)分出風(fēng)沙化土地，既便于開展有針對性的科學(xué)研究，又便于結(jié)合客觀實際進行防止、治理、開發(fā)和利用風(fēng)沙化土地，使已經(jīng)退化的土地盡快恢復(fù)生產(chǎn)力。二、沙漠化成因沙漠化的形成與發(fā)展既有自然因素的作用，又有人類活動的干擾與影響。在自然因素中，沙源與氣候變化是最主要的因素：1.氣候變化與沙漠化在沙漠化的自然因素中，氣候干旱是決定性的。撒哈拉地區(qū)的研究資料表明，沙漠化過程主要是在持續(xù)干旱期間發(fā)生和加強的。撒哈拉地區(qū)特別是它的中部和南部降水情況的變化，基本上決定于地球表面冷暖變化導(dǎo)致的熱帶輻合帶的位置和幾內(nèi)亞灣季風(fēng)的進退。在全球氣候變暖時期，熱帶輻合帶北移，幾內(nèi)亞灣的夏季風(fēng)能更深地向北深入。全新世最佳期的夏季風(fēng)可達到北緯30°，促使撒哈拉特別是它的南部區(qū)域有良好的濕潤條件。但在5300～4900年以前、3600～3400年以前、3100～2400年以前和2100～1800年以前的幾次全球變冷時期（所謂“新冰期”），熱帶輻合帶分布在赤道附近，因而撒哈拉南部區(qū)域（薩赫勒）就處在干燥性風(fēng)的影響范圍內(nèi)，降水劇減成為明顯的干燥期，而地理和考古的證據(jù)則表明在這一干旱時期，沙漠化明顯地加劇了。最近500年來在撒哈拉的南部地區(qū)（薩赫勒和蘇丹地區(qū)）可劃分出三個降水劇減期，即1681～1687年。1738～1756年和1828～1839年，在這些干旱年份沙漠化幾乎出現(xiàn)在整個蘇丹薩赫勒地區(qū)。在最近80～100年來根據(jù)直接觀測的大氣降水資料，撒哈拉南部的蘇丹薩赫勒地區(qū)，在1913～1916年、1944～1948年、1968～1973年出現(xiàn)了持續(xù)的干旱期，其中1968～1973年干旱尤為嚴(yán)重，降水量比正常年份減少10～20%，個別年份的降水量甚至減少50%以上，撒哈拉的界線向南移動了幾百公里。在個別最旱的個份，熱帶稀樹草原帶作為一個獨立的地理氣候帶，在某些地方已經(jīng)消失了。也就是這次嚴(yán)重的沙漠化過程引起了國際社會的廣泛關(guān)注，沙漠化作為一個社會問題被提上了聯(lián)合國的議事日程。近幾年來我國學(xué)者對晚更新世以來我國北方東部沙區(qū)沙漠變動的研究證明，人類歷史時期以來，由于氣候經(jīng)歷幾次波動而使這一地區(qū)幾經(jīng)沙漠化和非沙漠化的一系列變遷。例如在內(nèi)蒙古東部呼倫貝爾沙地固定沙丘垂直剖面上，普遍存在三層有機質(zhì)含量比較豐富的、并有很多根孔和蟲孔的埋藏黑沙土夾于黃色細沙中。據(jù)考古推測最下層埋藏黑沙土層形成的時代距今7000年左右，也就是相當(dāng)于全新世中期的高溫期。這種埋藏黑沙土也曾在科爾沁沙地、松嫩平原和大興安嶺東坡山麓臺地上的固定沙丘剖面中看到，這說明它不是一個局部現(xiàn)象，而是由于氣候變化引起區(qū)域自然條件改變的結(jié)果。到了距今大約3000年前開始的晚全新世以來，氣候又轉(zhuǎn)為寒冷干燥。其中以公元前100年、公元400年、1200年和十七至十九世紀(jì)四次寒冷期最明顯，氣溫普遍比現(xiàn)在低1～2℃，旱災(zāi)暴風(fēng)頻繁發(fā)生。在干冷多風(fēng)環(huán)境下固定沙丘及發(fā)育的黑沙土，普遍受到風(fēng)蝕破壞，流沙再起又一次出現(xiàn)沙漠?dāng)U張，即產(chǎn)生所謂的沙漠化?；谏鲜龅难芯?，眾多學(xué)者斷言，氣候變化（包括長期的變遷和短期的波動），曠日持久的干旱及是招致沙漠化的主要因素。并且認為，只有對土地及其資源給予合理的正確使用，才能避免由于干旱而引起沙漠化的巨大災(zāi)難。2.人類活動與沙漠化干旱地區(qū)、特別是半干旱地區(qū)（包括部分半濕潤地區(qū)），自然生態(tài)系統(tǒng)具有脆弱性和敏感性。這里氣候干旱、降水多變、大風(fēng)頻繁，生物有機體與環(huán)境條件之間處于臨界的相對平衡狀態(tài)之中，只要稍受人為活動干擾，就很容易引起生態(tài)平衡破壞，誘發(fā)和促進沙漠化的發(fā)生和發(fā)展。據(jù)在非洲沙漠的研究，薩赫勒——蘇丹地區(qū)人為活動導(dǎo)致沙漠?dāng)U張的原因主要有農(nóng)牧交界地帶的開墾；過度放牧或牲畜管理不當(dāng)；喬灌木的過度采伐利用；不負責(zé)任地任意燒毀植被，這和我國常說的所謂濫墾、濫牧、濫伐“三濫”是一致的。所謂濫墾就是指人為濫行放荒墾地，如清朝中葉以后，清政府以“借地養(yǎng)民”、“移民實邊”等名義，在毛烏素沙地的南部、科爾沁沙地的西拉木倫河以北等地招民濫行放荒墾地。據(jù)史料記載僅1907年（光緒33年）一年中科爾沁右翼中旗就放荒8萬余坰，這些地區(qū)由于開墾的是長草的沙地，地廣人稀，農(nóng)民種地不打井、不開渠灌溉，也不施肥，采用極其粗放的廣種薄收方式，因此一般經(jīng)過二、三年，農(nóng)民就因沙害或天然肥力衰退而被迫棄耕，另辟新地。棄耕的撩荒地?zé)o植物保護，在干燥氣候下，加速了風(fēng)蝕過程，“暗沙”很快翻為“明沙”，導(dǎo)致流沙蔓延產(chǎn)生沙漠化。所謂濫牧就是指過度放牧，在牲畜頭數(shù)遠遠超過草地（生草沙地）載畜能力的情況下，由于牲畜的啃食和踐踏（特別是山羊）造成草地植物的衰退和死亡，在干燥氣候下，促使風(fēng)蝕而引起沙漠化。特別是在無人管理的自由放牧制度下，牲畜因受放牧半徑的限制，終年在畜群點或水井點周圍采食踐踏，造成更加嚴(yán)重的沙漠化。過度放牧引起的沙漠化，往往形成以畜井點為中心，呈環(huán)狀向外擴散（以畜圈和水井附近最為嚴(yán)重，愈往外破壞程度逐漸減低）的“光裸圈”。所謂濫伐就是指過度樵采，由于人口增加，燃料消耗量增大，據(jù)估計五口之家每日要燒沙蒿5kg以上，這樣每戶一年內(nèi)等于破壞了0.7hm2(10畝)固定沙地，濫樵柴破壞植被所造成的沙漠化，主要發(fā)生在城鎮(zhèn)和大居民點附近。除了上述情況之外，人為活動還包括不合理地利用水資源、戰(zhàn)爭破壞水利設(shè)施、筑路、工業(yè)建設(shè)、采礦、住宅興建以及機動車輛運輸?shù)然顒樱诃h(huán)境脆弱地區(qū)，它們也都能不同程度第導(dǎo)致沙漠化。人為過度的經(jīng)濟活動，除了直接破壞生態(tài)環(huán)境，對沙漠化的自然因素起誘發(fā)和促進作用以外，還能夠?qū)е戮植亢偷乇硇夂虻膼夯?。因為多年生植被減少，無疑地增加了地表對太陽輻射的反射能力，促使地面和大氣層相對變冷，減少了大氣的對流，從而減少了降水，這就是所謂生物地球物理反饋機制。因此有人把人類對薩赫勒地區(qū)下墊面的直接影響看作是60～70年代這一地區(qū)發(fā)生旱災(zāi)的原因。大氣數(shù)值模擬研究結(jié)果證實了地面特性的變化，對薩赫勒的持續(xù)干旱所起的作用?？傊衬脑蚝軓?fù)雜，沙漠化過程通常是一系列起因的結(jié)果，或者是由一種起因引起、而由其它因素加劇的。對環(huán)境狀況及有關(guān)因素進行具體分析，有可能得出防治沙漠化的合理方法和恢復(fù)沙漠化地區(qū)生物潛力的途徑。第四節(jié)沙塵暴一、概念沙塵暴是大風(fēng)揚起地面沙塵，使空氣變得混濁，水平能見度低于1000m的惡劣天氣現(xiàn)象。在氣象學(xué)中規(guī)定，凡水平方向有效能見度小于1000m的風(fēng)沙現(xiàn)象，稱為沙塵暴。

黑風(fēng)暴是大風(fēng)天氣中的一種特強沙塵暴天氣，其標(biāo)準(zhǔn)是大風(fēng)吹揚起的沙塵使最小水平能見度降到0級（≤50m），瞬間風(fēng)速大于25m/s的一種災(zāi)害性天氣現(xiàn)象。由于發(fā)生強度和特強沙塵暴時天色昏暗，甚至伸手不見五指，所以人們又根據(jù)天色昏暗的程度形象地稱為“黃風(fēng)”和“黑風(fēng)”。沙塵暴前鋒呈高墻狀稱其為沙塵壁，沙塵壁移動迅速，呈現(xiàn)上黃、中紅、下黑三種顏色的旋轉(zhuǎn)式沙塵團。這種呈現(xiàn)不同顏色的天氣現(xiàn)象主要與沙塵暴中懸浮顆粒對太陽光的反射、散射、遮擋等作用有關(guān)。沙塵暴多發(fā)區(qū)是指沙塵暴發(fā)生的頻率高、強度大、災(zāi)情重的地區(qū)。根據(jù)我國西北地區(qū)各氣象臺站的沙塵暴日數(shù)，規(guī)定年平均沙塵暴日數(shù)接近或超過10天的地區(qū)為沙塵暴多發(fā)區(qū)，其中10～20天為中頻率區(qū)，20天以上的為高頻率區(qū)。

沙塵暴天氣按其發(fā)生的范圍可以分為區(qū)域性和局地性。區(qū)域性可以進一步分為小范圍和大范圍。由系統(tǒng)性天氣引發(fā)鄰近地區(qū)2站以上的沙塵暴天氣，稱為區(qū)域性沙塵暴天氣；由非系統(tǒng)性天氣（如局地強對流等）引發(fā)的零星1～2站沙塵暴天氣，稱為局地性沙塵暴天氣。二、沙塵暴形成因素沙塵暴形成的基本條件一是大風(fēng)，二是地面上有裸露沙塵物質(zhì)，三是不穩(wěn)定的空氣，三者同步出現(xiàn)時方能產(chǎn)生沙塵暴。三因素中強風(fēng)是起沙塵的動力，豐富的沙塵源是形成沙塵暴的物質(zhì)基礎(chǔ)，而不穩(wěn)定的空氣乃是局地?zé)崃l件所致，使沙塵卷揚得更高。因此，可以說沙塵暴是特定氣象和地理條件相結(jié)合的產(chǎn)物。1.天氣因素干旱少雨，大風(fēng)頻繁，冷熱劇變，寒潮過境，不穩(wěn)定的空氣在對流層底部形成強對流天氣等，均為沙塵暴的形成提供了有利的天氣背景。大風(fēng)是沙塵暴產(chǎn)生的動力，大風(fēng)頻繁是干旱地區(qū)的重要環(huán)境特點，由于具備了此環(huán)境特點，才有利于沙塵暴的形成。據(jù)報道強沙塵暴風(fēng)速達30m/s時，地面粗沙通過躍移進入地面以上數(shù)厘米高度，細沙可進