全 球 沙 尘 暴 警 世 录 特 别 鸣 谢 ACKNOWLEDGEMENT 中 华 人 民 共 和 国 科 学 技 术 部 联 合 国 教 科 文 组 织 联 合 国 防 治 荒 漠 化 公 约 秘 书 处 提 供 研 究 和 出 版 资 助 THIS RESEARCH AND PUBLICAT

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1 全 球 沙 尘 暴 警 世 录 卢 琦 杨 有 林 主 编 声 明 鉴 于 技 术 原 因, 本 网 络 版 (PDF 格 式 ) 并 非 是 印 刷 版 的 克 隆 如 有 任 何 争 议 和 差 异 则 以 印 刷 版 为 准 特 此 声 明! 中 国 环 境 科 学 出 版 社 2001 年 8 月 北 京

2 全 球 沙 尘 暴 警 世 录 特 别 鸣 谢 ACKNOWLEDGEMENT 中 华 人 民 共 和 国 科 学 技 术 部 联 合 国 教 科 文 组 织 联 合 国 防 治 荒 漠 化 公 约 秘 书 处 提 供 研 究 和 出 版 资 助 THIS RESEARCH AND PUBLICATION IS FUNDED BY MINISTRY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY, UNESCO BEIJING OFFICE, AND THE SECRETARIAT OF UNCCD i

3 全 球 沙 尘 暴 警 世 录 全 球 沙 尘 暴 警 世 录 编 写 人 员 主 编 : 卢 琦 杨 有 林 编 写 ( 译 ) 人 员 ( 以 姓 氏 笔 画 为 序 ) FADHIL A. H. AL-FARAJII LEAH ORLOVSKAYA NIKOLAI ORLOVSKY VICTOR R. SQUIRES 王 森 王 式 功 卢 琦 田 裕 钊 任 国 玉 吴 波 杨 有 林 杨 根 生 肖 洪 浪 陈 惠 忠 尚 可 政 拓 万 全 林 光 辉 赵 爱 云 贾 晓 霞 董 光 荣 慈 龙 骏 鞠 洪 波 ii

4 全 球 沙 尘 暴 警 世 录 序 言 本 书 研 究 的 对 象 旱 地, 约 占 地 球 表 面 的 43% 左 右 其 特 征 可 用 降 雨 稀 少 且 变 异 明 显, 人 类 活 动 影 响 巨 大 来 概 括 正 是 基 于 上 述 原 因, 联 合 国 防 治 荒 漠 化 公 约 ( 以 下 简 称 公 约 ) 应 运 而 生 并 有 120 多 个 国 家 地 区 和 区 域 性 组 织 签 署 了 该 公 约 公 约 的 任 务 就 是 发 现 存 在 的 问 题 并 尽 力 遏 制 荒 漠 化 的 扩 展 在 干 旱 半 干 旱 和 亚 湿 润 干 旱 地 区, 城 镇 所 遭 受 沙 尘 暴 袭 击 的 普 通 经 历 已 成 为 荒 漠 化 表 现 的 主 要 形 式 之 一, 并 由 此 成 为 政 府 和 公 众 采 取 治 理 行 动 的 动 因 沙 尘 暴 是 广 泛 发 生 在 世 界 各 地, 特 别 是 亚 热 带 地 区 的 一 种 自 然 事 件 ; 在 中 纬 度 的 旱 地 区 域 更 是 家 常 便 饭 但 更 多 情 况 下 沙 尘 暴 发 生 在 受 人 类 干 扰 严 重 的 干 旱 地 区 一 旦 长 期 干 旱 导 致 表 土 干 化, 大 风 一 刮 沙 尘 暴 必 起 无 疑 土 地 管 理 与 沙 尘 暴 密 切 相 关 人 类 活 动 导 致 土 地 覆 盖 的 减 少 同 样 可 以 通 过 植 被 重 建 和 其 它 补 救 措 施 得 以 逆 转 该 书 记 述 的 许 多 事 例 就 证 明 了 这 一 点 : 沙 尘 暴 的 频 率 和 强 度 通 过 良 好 的 土 地 管 理 实 践 降 到 了 可 以 忽 略 不 计 地 最 低 限 度, 如 美 国 和 澳 大 利 亚 等 国 的 事 例 这 本 重 要 著 作 中 记 录 的 许 多 事 实 源 自 中 国 科 学 家, 这 是 由 中 国 的 沙 情 所 决 定 的 : 中 国 作 为 受 荒 漠 化 严 重 影 响 的 国 家 之 一,58% 的 土 地 归 属 于 干 旱 半 干 旱 类 型, 几 乎 1/3 的 国 土 遭 受 荒 漠 化 影 响 ; 其 影 响 形 式 包 括 耕 地 或 草 场 遭 到 沙 埋 和 侵 蚀 森 林 生 态 系 统 遭 到 破 坏, 华 北 和 西 北 地 区 大 面 积 遭 受 沙 尘 暴 侵 袭 等 荒 漠 化 造 成 的 经 济 损 失 每 年 在 65 亿 美 元 以 上, 占 全 球 经 济 损 失 的 16% 50 年 代 以 来, 中 国 沙 化 面 积 扩 展 已 经 吞 噬 掉 70 万 公 顷 农 田 235 万 公 顷 草 牧 场 640 万 公 顷 林 地 现 有 荒 漠 化 土 地 超 过 260 万 平 方 公 里, 且 仍 以 每 年 2460 平 方 公 里 的 速 度 扩 展, 同 70 年 代 的 1560 平 方 公 里 和 80 年 代 的 2100 平 方 公 里 相 比, 扩 展 速 率 明 显 加 快 由 于 沙 漠 蔓 延 和 风 沙 尘 暴 的 威 胁, 为 数 不 少 的 村 庄 ( 估 计 达 个 ) 受 到 流 沙 埋 没,1400 公 里 的 铁 路 线 3 万 公 里 的 公 路 5 万 公 里 的 灌 渠 引 水 渠 等 时 常 受 到 荒 漠 化 的 威 胁 风 沙 尘 暴 埋 没 了 众 多 村 社, 袭 击 了 城 市, 广 大 公 民 受 害 非 浅 荒 漠 化 不 可 避 免 地 产 生 了 生 态 环 境 破 坏 由 于 人 口 的 快 速 增 长 非 可 持 续 的 人 类 活 动, 诸 如 过 度 改 变 土 地 利 用 方 向 过 度 放 牧 乱 砍 滥 伐 水 资 源 利 用 不 当 等 加 剧 了 荒 漠 化 发 生 和 扩 展 的 速 度 令 人 欣 慰 的 是, 在 澳 大 利 亚 美 国 和 其 他 地 区 所 做 的 一 些 实 例 研 究 表 明, 人 类 在 防 治 荒 漠 化 领 域 是 可 以 有 所 作 为 的 协 助 各 国 政 府 扭 转 荒 漠 化 扩 展 的 趋 势 正 是 公 约 的 职 责 本 书 的 编 辑 出 版 恰 恰 适 逢 了 秘 书 处 希 翼 交 流 全 球 各 地 防 治 荒 漠 化 经 验 的 契 机 希 望 本 书 的 出 版 不 仅 仅 惠 及 全 球 的 旱 地 居 民, 而 且 对 旱 地 管 理 者 和 决 策 者 也 有 所 裨 益 哈 玛 阿 巴 迪 亚 洛 (Hama Arba Diallo) 联 合 国 防 治 荒 漠 化 公 约 常 设 秘 书 处 执 行 秘 书 2001 年 5 月 于 波 恩 iii

5 全 球 沙 尘 暴 警 世 录 目 录 序 言 引 言 第 一 篇 沙 尘 暴 机 理 过 程 研 究 页 码 第 1 章 全 球 沙 尘 暴 研 究 进 展 评 述 1 第 2 章 荒 漠 化 与 气 候 变 化 的 相 互 作 用 17 第 二 篇 北 美 黑 风 暴 : 两 个 具 有 警 示 意 义 的 故 事 第 3 章 美 国 30 年 代 的 黑 风 暴 和 90 年 代 的 沙 尘 暴 31 第 4 章 挑 战 沙 尘 暴 : 加 拿 大 大 草 原 地 区 的 经 历 41 第 三 篇 澳 洲 非 洲 的 沙 尘 暴 实 例 研 究 第 5 章 干 旱 大 陆 上 最 干 旱 省 份 - 南 澳 洲 的 沙 尘 暴 71 第 6 章 非 洲 大 陆 萨 赫 勒 地 区 的 沙 尘 暴 与 人 类 活 动 79 第 四 篇 来 自 中 亚 的 沙 ( 盐 ) 尘 暴 报 告 第 7 章 中 亚 地 区 六 十 年 代 的 白 色 盐 ( 沙 ) 尘 暴 105 第 8 章 伊 拉 克 防 沙 止 漠 减 尘 降 暴 的 经 历 和 举 措 137 第 五 篇 中 国 搏 击 风 沙 灾 害 及 防 尘 减 暴 的 战 斗 历 程 第 9 章 河 西 及 阿 拉 善 地 区 沙 尘 暴 频 发 的 原 因 与 对 策 145 第 10 章 中 国 西 北 地 区 5 5 特 大 沙 尘 暴 实 例 分 析 157 第 11 章 2000 年 环 北 京 沙 尘 暴 成 因 过 程 及 其 影 响 分 析 185 第 六 篇 中 国 荒 漠 化 发 展 的 未 来 趋 势 与 防 治 对 策 第 12 章 中 国 强 沙 尘 暴 灾 害 及 其 荒 漠 化 的 未 来 扩 展 趋 势 199 第 13 章 中 国 风 沙 灾 害 加 剧 的 成 因 与 防 沙 止 漠 科 技 对 策 207 附 录 : 1 20 世 纪 下 半 叶 中 国 西 北 地 区 主 要 沙 尘 暴 事 件 纵 览 世 纪 70~90 年 代 中 国 西 北 地 区 5 次 强 沙 尘 暴 天 气 状 况 及 危 害 涉 及 沙 尘 暴 和 荒 漠 化 的 部 分 互 联 网 资 源 (INERNET WEB SITES) iv

6 全 球 沙 尘 暴 警 世 录 引 言 沙 尘 暴 作 为 发 生 在 沙 漠 及 其 邻 近 地 区 特 有 的 一 种 灾 害 性 天 气, 是 沙 暴 (sand storm) 和 尘 暴 (dust storm) 两 者 兼 有 的 总 称, 是 大 量 沙 尘 物 质 被 强 风 吹 到 空 中, 致 使 空 气 浑 浊 ( 水 平 能 见 度 小 于 1 千 米 ) 的 严 重 风 沙 天 气 现 象 其 中 沙 暴 系 指 8 级 以 上 的 大 风 把 大 量 沙 粒 吹 入 近 地 面 大 气 层 所 形 成 的 携 沙 风 暴 ; 尘 暴 则 是 指 大 风 把 大 量 尘 埃 及 其 它 细 微 颗 粒 物 质 卷 入 高 空 所 形 成 的 风 暴 1993 年 5 月 5 日, 中 国 西 北 地 区 发 生 了 有 史 以 来 罕 见 的 特 大 沙 尘 暴 ( 亦 称 黑 风 暴 ), 席 卷 了 甘 肃 新 疆 宁 夏 内 蒙 古 四 个 省 自 治 区 的 18 个 地 ( 市 ) 的 72 个 县 ( 旗 ); 直 接 影 响 面 积 约 110 万 平 方 公 里, 农 作 物 受 灾 面 积 达 37.3 万 公 顷, 死 亡 和 丢 失 牲 畜 12 万 头 ( 只 ), 受 灾 牲 畜 73 万 头 ( 只 ); 区 域 内 受 影 响 人 口 1200 万, 其 中 伤 亡 380 多 人 ; 仅 甘 肃 新 疆 两 省 区 的 直 接 经 济 损 失 就 高 达 4 亿 多 元 2000 年 的 春 天, 一 个 不 安 份 的 沙 季 黄 沙 翻 滚, 尘 埃 弥 天 风 起 3 17, 吹 沙 扬 尘 13 场, 覆 盖 了 大 半 个 中 国 ; 还 飘 洋 过 海, 远 走 太 平 洋 2001 年 的 元 旦, 不 甘 寂 寞 的 沙 尘 暴 早 早 地 就 吹 醒 了 尚 在 冰 雪 覆 盖 下 冬 眠 的 兰 州 大 地, 再 次 向 世 人 警 示 它 的 存 在 1979 年 的 早 春, 人 民 日 报 发 表 了 一 篇 题 为 风 沙 紧 逼 北 京 城 1 的 记 者 来 信, 文 中 记 述 了 北 京 春 天 的 风 沙 肆 虐 : 在 北 京, 大 风 一 起, 大 街 小 巷 尘 土 飞 扬, 扑 面 而 来 的 风 沙 吹 得 人 睁 不 开 眼 白 昼 如 同 黄 昏 20 年 后, 人 民 日 报 再 次 刊 发 文 章 说 风 沙 依 旧 紧 相 逼 2 : 我 国 北 方 地 区 又 连 续 发 生 大 风 扬 沙 或 沙 尘 暴 天 气, 其 中 北 京 和 天 津 等 地 先 后 遭 受 12 次 沙 尘 袭 击, 其 发 生 的 时 间 之 早 频 率 之 高 强 度 之 大 影 响 范 围 之 广, 为 近 50 年 来 所 罕 见 历 史 给 我 们 开 了 一 个 不 大 不 小 的 玩 笑, 着 实 幽 了 一 个 大 黑 默 如 果 说 20 年 在 人 类 历 史 长 河 中 仅 是 弹 指 一 挥 间, 且 仅 仅 中 国 的 典 例 有 以 偏 盖 全 之 嫌 的 话, 让 我 们 回 溯 到 20 世 纪 100 年 的 时 间 隧 道, 遍 查 世 界 四 大 洲 的 历 史 典 籍, 试 看 沙 尘 暴 曾 经 风 狂 到 了 极 点? 20 世 纪 30 年 代, 美 国 西 部 大 平 原 1935 年 4 月 14 日 ( 黑 色 星 期 天 ): 在 数 周 沙 尘 暴 发 生 之 后 ( 包 括 发 生 在 3 月 底 那 场 摧 毁 了 500 万 英 亩 麦 田 的 沙 尘 暴 ), 人 们 终 于 感 激 地 看 到 太 阳 出 来 了, 纷 纷 外 出 打 工 上 教 堂 出 门 野 营, 或 是 在 蓝 天 下 沐 浴 阳 光 下 午 时 分, 气 温 骤 然 下 降, 鸟 不 安 地 啼 鸣 突 然, 一 股 黑 云 出 现 在 地 平 线 上, 急 速 翻 滚 涌 来 路 上 的 行 人 在 沙 尘 中 搏 击 着 赶 回 家, 有 些 人 则 不 得 不 在 半 途 中 停 下 来, 在 废 城 旧 址 中 寻 找 藏 身 之 地 就 这 样 在 漆 黑 中 静 坐 了 4 个 多 小 时, 时 刻 担 心 会 窒 息 而 死 ; 之 后, 继 续 上 路. 1 李 一 功 黄 正 根 等, 风 沙 紧 逼 北 京 城 人 民 日 报,1979 年 3 月 6 日 2 丁 伟, 风 沙 依 旧 紧 相 逼 人 民 日 报,2000 年 6 月 19 日 1

7 全 球 沙 尘 暴 警 世 录 发 生 在 这 个 黑 色 星 期 天 的 沙 尘 暴 是 美 国 历 史 上 最 严 重 的 沙 尘 暴 之 一, 以 至 于 它 造 成 的 损 害 在 过 了 很 多 年 以 后 还 不 能 完 全 估 算 出 来 阿 卫 斯 卡 尔 森 在 他 新 共 和 国 杂 志 的 文 章 中 写 道 : 就 像 用 铁 锹 往 脸 上 扬 沙 一 样 人 们 在 自 家 庭 院 赶 上 沙 尘 暴, 都 得 摸 着 台 阶 进 门 行 进 中 的 汽 车 必 须 停 下, 因 为, 世 界 上 没 有 一 只 车 灯 可 以 照 亮 黝 黑 的 沙 尘 漩 涡 这 次 沙 尘 暴 是 所 有 沙 尘 暴 中 最 为 可 怕 的 一 次 梦 魇, 但 是 在 偶 然 的 晴 朗 白 天 和 平 常 的 阴 沉 天 气, 我 们 都 无 法 摆 脱 沙 尘 恶 魔 的 纠 缠 我 们 整 天 与 沙 尘 生 活 在 一 起, 呼 着 灰 气 吃 着 尘 埃, 天 天 看 着 沙 尘 剥 夺 我 们 的 财 产, 使 我 们 发 财 的 希 望 变 得 渺 茫 化 为 沙 尽 诗 情 画 意 般 的 春 天 变 成 了 古 代 传 说 中 的 幽 灵, 噩 梦 变 成 了 现 实 由 于 沙 尘 暴, 几 百 万 公 顷 的 农 田 废 弃, 几 十 万 人 口 流 离 失 所 当 看 到 旱 灾 和 沙 尘 暴 没 有 暂 停 的 迹 象, 众 多 人 口 抛 弃 了 他 们 的 土 地, 其 他 滞 留 下 来 的 人, 在 丧 失 了 银 行 抵 押 土 地 的 返 还 权 时, 也 被 强 迫 迁 出 家 门 总 计 有 1/4 的 人 口, 卷 起 所 有 行 头, 乘 着 各 种 大 小 机 动 车, 向 着 西 部 的 加 利 福 尼 亚 州 迁 移, 相 当 数 量 的 地 区 几 乎 成 了 荒 芜 人 烟 的 空 城 黑 风 暴 引 起 的 大 量 人 口 迁 移 在 美 国 历 史 上 是 最 大 的 一 次 人 口 移 民, 到 了 1940 年, 大 平 原 几 个 州 共 有 250 万 人 口 外 迁, 其 中 有 20 万 涌 入 加 利 福 尼 亚 州 正 如 1935 年 矿 工 杂 志 中 所 描 写 的 那 样, 当 这 些 生 态 移 民 来 到 边 境 时 成 了 不 受 欢 迎 的 人 一 位 开 着 破 车 的 当 地 司 机, 挺 直 腰 板 歇 斯 底 里 地 狂 叫, 就 像 一 部 失 灵 的 机 车 上 每 一 个 铰 链 轴 承, 连 接 部 位 都 在 发 出 刺 耳 的 怪 叫 声 一 样 : 加 利 福 尼 亚 的 救 济 名 单 现 在 严 重 满 员, 再 来 已 无 济 于 事, 而 几 乎 崩 溃 的 逃 难 者 却 不 管 他 在 说 什 么, 只 管 左 顾 右 盼 地 照 看 着 自 己 庞 大 的 家 庭 成 员, 紧 随 其 后 他 们 人 挨 人, 几 乎 水 泼 不 进, 挤 进 去 后 再 想 挤 丢 都 是 不 可 能 的 事 实 际 上 洛 杉 矶 警 察 局 长 不 得 不 动 用 125 名 警 察, 在 州 界 充 当 人 墙, 劝 阻 这 些 不 受 欢 迎 的 人 20 世 纪 50 年 代, 中 亚 哈 萨 克 斯 坦 1955 年 4 月, 伏 尔 加 河 下 游 发 生 了 又 一 次 密 集 强 烈 的 白 色 盐 ( 沙 ) 尘 暴, 当 年 第 一 次 盐 ( 沙 ) 尘 暴 于 4 月 10 日, 发 生 在 里 海 - 咸 海 盆 地 整 个 地 区 东 风 和 东 南 风 风 速 达 到 15~20 米 / 秒, 在 3000 米 的 高 度, 风 速 达 50~60 公 里 / 小 时, 气 流 卷 起 地 面 的 粉 尘 和 盐 尘, 并 搬 移 漂 浮 到 伏 尔 加 河 的 中 游 下 游 地 区 好 几 个 气 象 台 站 记 录 了 4 月 11 日 和 12 日 两 天 粉 尘 盐 尘 弥 漫 的 干 旱 阴 霾 天 气 在 卡 尔 梅 克 加 盟 共 和 国 的 埃 利 斯 塔 城,4 月 11 日 上 午 6 时 出 现 了 盐 ( 沙 ) 尘 暴, 下 午 4 时 达 到 最 高 锋, 直 至 次 日 下 午 5 时 停 止 迎 风 面 地 面 物 体 和 植 被 上 落 了 0.1 毫 米 厚 的 一 层 灰 白 色 粉 尘 经 化 学 分 析 得 出 结 果,47.4% 为 可 溶 盐 沉 降 物,52.6% 为 不 可 溶 残 积 物 总 盐 量 中, 硫 酸 盐 高 达 90.6%, 氯 化 物 7.4%, 重 碳 酸 盐 2% 据 初 步 估 计, 每 一 公 顷 土 地 沉 降 了 25 公 斤 的 硫 酸 钠 1955 年 4 月 18~22 日, 再 次 发 生 更 强 的 风 沙 盐 ( 沙 ) 尘 暴, 根 据 强 度 与 范 围 来 看, 这 些 盐 粉 沉 降 物 属 于 罕 见 现 象 4 月 18 日 这 一 天, 哈 萨 克 斯 坦 西 部 风 速 达 到 15~20 米 / 秒, 有 些 地 段 高 达 20~25 米 / 秒, 几 近 飓 风 风 力 风 卷 盐 ( 沙 ) 尘 暴 形 成 巨 大 的 沙 尘 云 团 直 袭 哈 萨 克 斯 坦 西 北 地 区 北 部 地 区 和 伏 尔 加 河 流 域 中 上 游 地 区 ;4 月 19 日, 盐 ( 沙 ) 尘 暴 抵 达 高 尔 基 市, 形 成 阴 霾 天 气, 能 见 度 1000 米 根 据 航 空 观 测, 盐 ( 沙 ) 尘 云 团 高 达 3000~4000 米, 当 干 热 盐 ( 沙 ) 尘 暴 出 现 在 东 南 方 向 的 刹 那 间, 地 面 物 体 植 被 以 及 牲 畜 身 上 覆 盖 了 一 层 略 苦 味 道 的 白 色 沉 降 物, 沉 降 物 厚 度 达 1~2 毫 米, 有 些 地 段 达 到 2~4 毫 米 化 学 分 析 结 果 显 示, 沉 降 物 主 要 是 硫 酸 钠 氯 化 钠 镁 盐 石 膏 颗 2

8 全 球 沙 尘 暴 警 世 录 粒 和 硅 石 颗 粒 物 如 前 所 述, 曾 经 发 生 过 白 色 盐 暴, 但 是,1955 年 4 月 18~22 日 的 盐 粉 尘 暴 影 响 极 大, 危 害 范 围 达 到 50 万 平 方 公 里 20 世 纪 30~80 年 代, 加 拿 大 1996 年, 哥 雷 用 下 面 生 动 的 语 言 描 述 了 30 年 代 发 生 在 加 拿 大 大 草 原 地 区 的 尘 暴 : 大 风 卷 起 表 土, 就 像 大 雪 般 弥 漫 了 艾 伯 塔 的 铁 路, 尘 暴 将 萨 克 其 万 贫 瘠 地 上 的 表 土 吹 蚀 搬 运 堆 积 到 了 万 顷 良 田 上 里 贾 纳 穆 斯 乔 和 斯 威 夫 特 卡 伦 特 等 三 个 城 市 里 里 外 外 都 蒙 上 了 一 层 厚 厚 的 尘 土 温 尼 伯 金 黄 的 外 衣 受 到 了 沙 尘 的 洗 礼 冬 季 降 雪 使 得 道 路 无 法 通 行, 而 夏 季 风 沙 尘 暴 使 得 道 路 又 一 次 瘫 痪 风 沙 流 埋 没 了 居 民 的 院 墙 和 篱 笆, 阻 塞 了 防 风 林 带, 压 埋 了 菜 园 果 园 和 花 园 沙 土 漫 过 了 鸡 舍, 撕 裂 窗 户, 家 家 室 内 灌 满 了 尘 土 沙 子, 门 前 堆 积 了 黄 沙, 使 得 人 们 出 不 了 门, 离 不 了 村, 走 不 了 路 真 可 谓, 风 沙 迷 漫 出 门 难, 一 场 风 沙 毁 家 园 20 世 纪 整 个 30 年 代, 风 蚀 和 干 旱 极 为 严 重 就 这 一 段 时 间 来 说, 大 草 原 地 区 的 250 个 城 市 700 多 万 公 顷 土 地 受 到 了 旱 灾 的 影 响 风 蚀 到 底 摧 毁 了 多 少 农 田, 没 有 准 确 的 记 录 当 时, 土 地 表 土 被 剥 蚀 的 局 面 用 失 控 形 容 一 点 不 为 过 20 世 纪 30 年 代 的 这 场 大 风 和 干 旱 也 带 来 了 蝗 虫 灾 难 艾 伯 塔 发 生 蝗 虫 的 第 一 年, 受 到 严 重 袭 击 的 面 积 大 约 4100 平 方 公 里, 到 1939 年, 蝗 虫 袭 击 面 积 达 到 15.5 万 平 方 公 里 萨 克 其 万 受 到 中 度 袭 击 的 面 积 由 1931 年 的 4000 平 方 公 里, 增 加 到 26 万 多 平 方 公 里, 超 过 全 省 国 土 面 积 的 40% 沙 尘 暴 和 干 旱 摧 毁 了 城 镇 和 粮 田, 给 人 们 的 财 产 和 粮 食 生 产 带 来 了 不 可 估 量 的 损 失 以 1988 年 的 沙 尘 暴 和 干 旱 为 例, 直 接 生 产 损 失 估 计 达 到 18 亿 加 元 加 拿 大 政 府 花 在 这 次 灾 难 中 的 保 险 和 补 助 金 达 14 亿 加 元 各 省 政 府 也 由 于 沙 尘 暴 和 干 旱 等 自 然 灾 害, 遭 受 了 粮 食 损 失 的 巨 额 费 用 平 均 来 算, 萨 克 其 万 省 损 失 最 为 惨 重, 每 年 超 过 1.3 亿 加 元 ( 按 1995 年 不 变 价 计 算 ), 马 尼 托 巴 的 粮 食 损 失 费 用 每 年 大 约 在 3000 千 万 加 元 据 估 计, 大 草 原 地 区 三 省 每 年 因 风 蚀 花 在 农 场 上 的 开 支 大 约 为 2.49 亿 加 元 加 拿 大 沙 尘 暴 / 干 旱 最 为 严 重 的 灾 害 及 其 费 用 ( 加 元 ) 日 期 灾 害 地 区 经 济 损 失 ( 按 89 年 不 变 价 计 算 ) 1936 年 尘 暴 干 旱 热 浪 所 有 各 省 小 麦 损 失 5.14 亿 元 1961 年 沙 尘 暴 干 旱 大 草 原 三 省 小 麦 损 失 6.68 亿 元 79~80 年 夏 沙 尘 暴 干 旱 大 草 原 三 省 25 亿 元 1984 年 尘 暴 干 旱 热 浪 西 部 各 省 10 亿 元 1988 年 夏 尘 暴 干 旱 热 浪 大 草 原 三 省 + 安 大 略 省 18 亿 元 的 产 品 损 失 40 亿 元 出 口 损 失 20 世 纪 70 年 代, 非 洲 大 陆 60 年 代 末 和 70 年 代 初 (1968~1973), 发 生 在 撒 哈 拉 沙 漠 南 部 边 界 苏 丹 - 萨 赫 勒 地 区 的 干 旱 和 荒 漠 化 生 态 灾 难, 是 除 了 20 世 纪 两 次 世 界 大 战 之 外, 近 百 年 人 类 史 中 最 悲 惨 的 灾 难 : 损 失 了 一 半 家 畜 和 200 万 头 游 牧 牲 畜,600 万 以 上 的 生 态 难 民 流 离 家 园, 造 成 了 几 十 万 人 死 亡 英 国 牛 津 大 学 地 质 学 院 的 研 究 记 录 表 明, 自 1900 年 以 来, 英 国 共 经 历 过 17 次 撒 哈 拉 沙 漠 降 尘 一 次 降 到 英 国 的 来 自 撒 哈 拉 沙 漠 的 降 尘 量 可 达 1000 万 吨 这 是 一 些 直 径 仅 有 1% 毫 米 的 红 色 3

9 全 球 沙 尘 暴 警 世 录 尘 埃, 呈 碱 性, 在 空 中 飘 移 距 离 达 1200 英 里 埃 尔 巴 兹 认 为, 撒 哈 拉 尘 暴 搬 运 的 微 细 颗 粒 集 中 于 大 气 层 中 1.5~3.7 公 里 的 高 度 上 每 年 有 2500~3700 万 吨 尘 埃 输 送 到 赤 道 以 北 的 大 西 洋 地 区, 有 的 穿 过 西 经 60 线 沉 降 有 人 研 究 发 现, 海 底 沉 积 物 中 风 吹 来 的 沉 降 粉 尘 占 20~75%, 陆 地 上 有 大 面 积 的 黄 土 及 类 似 黄 土 的 覆 被 层, 证 明 干 旱 半 干 旱 的 沙 漠 地 区 不 仅 是 沙 尘 暴 的 形 成 地, 也 是 粉 尘 盐 分 向 外 输 出 的 源 产 地 Duce (1983) Martin & Gordon (1988) 和 Barrow (1991) 等 人 进 一 步 确 认, 每 年 参 与 地 球 化 学 循 环 的 10 6 吨 磷 元 素 中 有 一 半 以 上 是 从 撒 哈 拉 沙 漠 以 浮 尘 传 输 形 式 输 送 到 北 大 西 洋 的, 而 北 太 平 洋 95% 的 可 用 铁 元 素 是 通 过 大 气 环 流 过 程 从 中 国 中 部 沙 漠 传 输 到 海 洋 20 世 纪 90 年 代, 澳 大 利 亚 澳 大 利 亚 中 部 和 西 部 海 岸 地 区 沙 尘 暴 的 发 生 最 为 频 繁, 每 年 平 均 达 5 次 以 上 沙 尘 暴 的 发 生 还 表 现 为 鲜 明 的 季 节 性, 晚 春 (9 月 或 10 月 ) 和 夏 季 (2 ~3 月 ) 最 为 显 著 ; 在 南 澳 旱 农 耕 作 区 及 其 毗 邻 地 区, 冬 雨 降 临 之 前 的 晚 秋 也 会 发 生 沙 尘 危 害 沙 尘 暴 的 影 响 范 围 水 平 可 达 数 百 公 里, 垂 直 距 离 高 达 上 千 米 1993 和 1994 年 发 生 在 澳 大 利 亚 最 严 重 的 沙 尘 暴 给 东 部 沿 海 城 市 以 及 周 围 的 城 镇 带 来 了 毁 灭 性 的 破 坏 1993 年, 南 澳 东 部 的 平 原 发 生 了 一 次 大 规 模 的 沙 尘 暴 大 量 的 土 壤 被 大 风 吹 蚀, 降 尘 覆 盖 了 澳 大 利 亚 东 部 和 新 西 兰, 绵 延 1800 多 公 里 细 小 的 土 壤 颗 粒 被 卷 入 大 气, 导 致 尘 土 随 着 气 流 围 绕 地 球 环 绕 了 三 圈 1994 年 也 有 类 似 现 象 发 生 沙 尘 暴 席 卷 了 西 澳 南 澳 和 新 南 威 尔 士 西 部 据 估 算, 这 几 个 州 的 农 业 主 产 区 大 约 损 失 了 1000 万 到 1500 万 吨 表 土, 这 些 表 土 被 大 风 席 卷, 以 沙 尘 暴 形 式 殃 及 澳 洲 大 陆 的 大 部 分 地 区 南 澳 平 均 每 年 8.5 天 的 沙 尘 天 气, 空 气 中 的 浮 尘 量 足 以 引 发 哮 喘 病 的 爆 发, 据 估 计 南 澳 20% 的 哮 喘 病 问 题 与 空 气 中 的 浮 尘 有 关 大 量 研 究 业 已 表 明, 沙 尘 暴 与 土 地 荒 漠 化 密 切 相 关, 全 世 界 四 大 沙 尘 暴 多 发 区 ( 即 中 亚 北 美 中 非 和 澳 洲 ) 无 一 不 是 荒 漠 化 重 灾 区 中 国 的 沙 尘 暴 多 发 区 属 于 中 亚 沙 尘 暴 区 域 的 一 部 分, 主 要 位 于 北 纬 35 ~49 度 东 经 74 ~119 度 的 广 大 北 方 地 区, 东 西 绵 延 4500 公 里 南 北 跨 越 600 公 里 西 北 地 区 最 大 的 强 沙 尘 暴 出 现 区 域, 一 个 是 西 起 吐 鲁 番 哈 密 地 区, 东 接 绵 延 千 余 公 里 的 甘 肃 河 西 走 廊, 北 连 内 蒙 古 阿 拉 善 盟, 东 扩 外 延 到 河 套 地 区 ; 另 外 一 个 是 北 疆 克 拉 玛 依 地 区 南 疆 的 和 田 地 区 及 青 海 西 北 部 地 区 的 三 个 局 地 性 沙 尘 暴 区 触 目 惊 心 的 事 实 已 经 摆 在 我 们 面 前 由 此 可 见, 人 类 可 以 跨 越 技 术 的 束 缚, 但 终 将 摆 脱 不 了 自 身 的 羁 绊 自 人 类 社 会 出 现 以 来, 人 类 就 不 断 地 从 自 然 界 获 得 其 生 存 所 必 需 的 物 质 资 料, 在 整 个 自 然 界 中 与 人 类 关 系 最 为 密 切 的 是 土 地, 人 类 的 衣 食 住 行 都 离 不 开 土 地 技 术 进 步 为 人 类 开 发 资 源 提 供 了 更 大 的 空 间, 伴 随 着 人 类 文 明 脚 步, 特 别 是 人 口 的 急 剧 增 加, 人 类 对 土 地 的 索 取 已 大 大 超 出 了 土 地 本 身 的 承 载 能 力, 其 结 果 必 然 是 导 致 土 地 的 退 化, 长 此 以 往, 人 类 文 明 的 发 展 将 最 终 毁 灭 人 类 自 身 历 史 学 家 曾 一 度 悲 观 地 断 言 : 文 明 人 跨 越 地 球 表 面, 在 他 们 的 足 迹 所 过 之 处 留 下 的 必 将 是 一 片 片 荒 漠 而 人 类 的 可 悲 之 处 恰 恰 在 于 被 历 史 学 家 一 次 又 一 次 不 幸 言 中! 5000 年 前 的 古 埃 及, 这 里 土 地 肥 沃, 森 林 茂 密, 滔 滔 尼 罗 河 滋 润 万 物, 人 民 世 代 在 这 里 辛 勤 劳 作, 繁 衍 生 息 然 而 仅 仅 600 年 的 文 明 好 景, 换 来 的 却 是 近 3000 年 的 无 尽 荒 凉 和 贫 穷, 至 今 仍 蹲 在 金 字 塔 旁 的 司 芬 克 斯 面 挂 风 尘 和 忧 伤, 那 深 陷 的 眼 窝 中 闪 烁 着 凄 然 的 泪 光, 似 乎 在 向 过 往 的 行 人 询 问 另 外 一 个 谜 埃 及 文 明 的 遗 物 究 竟 还 能 持 续 多 久? 4

10 全 球 沙 尘 暴 警 世 录 在 现 今 伊 拉 克 的 地 方, 曾 经 诞 生 过 另 一 个 古 代 文 明 美 索 不 达 米 亚 文 明 它 与 埃 及 文 明 交 相 辉 映, 共 同 开 启 了 人 类 文 明 的 曙 光 正 是 这 块 土 地 曾 经 诞 生 过 一 个 强 盛 的 帝 国 古 巴 比 伦 王 国 苏 美 尔 人 世 代 在 底 格 里 斯 河 和 幼 发 拉 底 河 冲 积 平 原 上 农 耕 劳 作, 几 经 沧 桑, 几 度 兴 衰, 最 后 留 下 的 却 只 有 两 河 流 域 的 不 毛 之 地 伊 朗 沙 漠 那 座 曾 为 历 史 七 大 奇 迹 之 一 的 巴 比 伦 空 中 花 园, 最 终 默 默 地 长 眠 在 茫 茫 流 沙 的 怀 抱, 成 为 留 给 考 古 学 家 研 究 的 遗 迹 在 中 国 的 北 部 疆 土, 有 一 条 脊 背 隆 起, 昂 首 欲 跃 的 巨 龙, 是 它 的 乳 汁 孕 育 了 一 个 光 辉 灿 烂 的 华 夏 文 明 这 就 是 中 国 的 母 亲 河 黄 河 上 起 殷 商, 下 至 北 宋, 长 达 3000 年 的 时 间 跨 度, 黄 河 流 域 一 直 是 中 国 政 治 经 济 文 化 中 心 在 这 片 黄 土 地 上, 先 祖 们 向 世 界 贡 献 了 印 刷 造 纸 火 药 指 南 针 四 大 发 明 改 变 了 整 个 世 界 的 面 貌 和 状 态, 以 致 没 有 任 何 帝 国 任 何 派 别 任 何 星 球, 能 比 这 些 技 术 发 明 对 人 类 进 步 产 生 更 大 的 动 力 和 影 响 ( 培 根 语 ) 正 是 那 片 黄 土 孕 育 了 中 华 民 族 的 灵 气 和 睿 智 早 在 四 千 年 前 这 里 就 出 现 了 农 业, 并 一 直 是 林 木 茂 密 麦 浪 翻 滚 的 富 庶 之 乡 然 而, 今 天 的 黄 土 高 原 却 是 一 片 瘦 骨 嶙 峋, 黄 沙 肆 虐, 干 涸 贫 瘠 的 疆 土 昔 日 的 茂 林 密 草 早 已 荡 然 无 存, 留 下 的 只 有 那 每 年 16 亿 吨 向 黄 河 输 送 的 滚 滚 泥 沙, 其 中 4 亿 吨 粗 沙 因 太 重 而 无 法 伴 水 入 海, 造 成 下 游 河 道 以 每 年 10 厘 米 的 速 度 抬 升, 促 使 黄 河 长 成 了 一 条 高 挂 半 空 的 地 上 悬 河 再 看 看 西 北 的 楼 兰 罗 布 泊 居 延 海 等 一 个 个 近 代 文 明 的 沙 埋 和 消 亡, 已 经 为 世 人 立 下 了 一 座 座 历 史 明 镜 以 古 为 鉴, 可 知 兴 替 历 史 的 经 验 值 得 注 意 正 是 基 于 上 述 考 虑 和 目 的, 我 们 邀 请 了 世 界 四 大 洲 对 沙 尘 暴 感 兴 趣 的 十 几 位 同 行, 共 同 完 成 了 这 本 记 录 地 球 自 然 灾 难 和 人 类 奋 斗 历 程 的 书 稿 今 天 奉 献 在 各 位 面 前 的 就 是 集 体 智 慧 和 辛 勤 劳 动 的 结 晶 继 续 关 注 沙 尘 暴, 将 是 我 们 长 久 的 使 命, 同 时 也 希 望 有 更 多 志 同 道 合 者 加 入 到 这 一 行 列 中 来, 为 在 地 球 上 及 早 遏 制 并 最 终 消 灭 沙 尘 暴 而 努 力 在 本 书 即 将 付 梓 之 际, 请 允 许 我 们 代 表 全 体 编 写 和 翻 译 人 员, 借 此 机 会 向 所 有 对 沙 尘 暴 研 究 和 专 著 出 版 提 供 资 助 和 支 持 的 国 内 外 机 构 和 友 好 人 士 表 示 最 衷 心 的 感 谢 : 科 学 技 术 部 农 村 与 社 会 发 展 司, 中 国 防 治 荒 漠 化 研 究 与 发 展 中 心, 中 国 林 业 科 学 研 究 院, 联 合 国 教 科 文 组 织 (UNESCO) 驻 华 代 表 处 何 贝 尔 (Axel Hebel) 博 士, 联 合 国 防 治 荒 漠 化 公 约 (UNCCD) 秘 书 处 执 行 秘 书 哈 玛 阿 巴 迪 亚 洛 (Hama Arba Diallo) 先 生 郑 瑞 先 生 愿 将 感 激 之 意 化 做 奋 进 之 心, 惠 存 永 远 本 书 的 出 版 仅 属 沙 尘 暴 研 究 的 部 分 阶 段 性 成 果, 其 中 涉 及 的 一 些 深 层 次 问 题 尚 待 进 一 步 探 索 和 研 究 时 间 仓 促, 错 误 和 疏 漏 再 所 难 免, 恳 切 希 望 同 行 批 评 指 正 路 漫 漫 其 修 远 兮, 吾 将 上 下 而 求 索 卢 琦 杨 有 林 谨 识 辛 已 年 初 夏 于 北 京 5

11 第 一 章 世 界 沙 尘 暴 研 究 进 展 王 式 功 1 董 光 荣 2 陈 惠 忠 2 尚 可 政 (1. 兰 州 大 学 资 源 环 境 学 院 大 气 科 学 系 甘 肃 兰 州 ) (2. 中 国 科 学 院 寒 区 旱 区 环 境 与 工 程 研 究 所, 甘 肃 兰 州 ) 摘 要 : 沙 尘 暴 是 一 种 危 害 极 大 的 灾 害 性 天 气 它 的 发 生 发 展 既 是 一 种 加 速 土 地 荒 漠 化 的 重 要 过 程, 又 是 土 地 荒 漠 化 发 展 到 一 定 程 度 的 具 体 表 现 本 文 从 沙 尘 暴 的 基 本 特 征 与 危 害, 沙 尘 暴 形 成 原 因 分 析 与 数 值 模 拟 研 究, 沙 尘 输 送 及 沙 尘 暴 灾 害 防 灾 减 灾 对 策 研 究 等 几 方 面, 对 沙 尘 暴 的 有 关 研 究 成 果 进 行 了 简 要 的 回 顾, 较 系 统 地 反 映 了 沙 尘 暴 研 究 的 某 些 进 展 1 关 键 词 : 沙 尘 暴 ; 研 究 进 展 荒 漠 化 作 为 一 个 全 球 性 的 重 大 环 境 问 题, 已 受 到 广 泛 关 注, 它 与 全 球 气 候 变 化 生 物 多 样 性 一 起 构 成 当 今 世 界 三 大 科 学 前 沿 课 题 众 所 周 知, 荒 漠 化 是 由 自 然 因 素 ( 主 要 是 气 候 因 素 ) 和 人 为 因 素 两 方 面 共 同 作 用 的 结 果 其 中 沙 尘 暴 既 是 一 种 加 速 土 地 荒 漠 化 的 重 要 过 程, 又 是 土 地 荒 漠 化 发 展 到 一 定 程 度 的 具 体 体 现, 具 有 一 定 的 指 示 意 义 因 此, 对 沙 尘 暴 进 行 全 面 系 统 深 入 的 研 究, 有 助 于 搞 清 荒 漠 化 过 程 中 的 某 些 动 力 学 机 制 沙 尘 暴 是 发 生 在 沙 漠 及 其 邻 近 地 区 特 有 的 一 种 灾 害 性 天 气 国 外 从 本 世 纪 20 和 30 年 代 就 开 始 了 沙 尘 暴 时 空 分 布 成 因 与 结 构 以 及 监 测 与 对 策 方 面 的 研 究 我 国 从 70 年 代 开 始 对 沙 尘 暴 天 气 进 行 研 究, 自 1993 年 5 月 5 日 我 国 西 北 地 区 的 特 强 沙 尘 暴 天 气 发 生 后, 引 起 了 我 国 政 府 和 科 学 工 作 者 们 的 高 度 重 视, 有 力 地 推 动 了 沙 尘 暴 研 究 的 广 泛 开 展, 于 1993 年 9 月 在 兰 州 召 开 了 首 届 全 国 沙 尘 暴 天 气 研 讨 会 之 后 1993 年 11 月 29 日 国 家 科 委 又 召 开 汇 报 会, 将 沙 尘 暴 研 究 正 式 列 入 八 五 攻 关 项 目 1994 年 以 来, 国 家 自 然 科 学 基 金 委 先 后 资 助 了 多 项 沙 尘 暴 方 面 的 研 究 项 目, 部 分 省 市 的 有 关 科 技 部 门 也 立 项 支 持 对 沙 尘 暴 进 行 研 究 特 别 是 2000 年 春 季 以 来, 由 于 沙 尘 暴 发 生 次 数 的 明 显 增 多, 再 一 次 向 人 们 敲 响 了 生 态 环 境 加 快 恶 化 的 警 钟, 唤 起 了 全 民 的 广 泛 关 注 因 此, 我 国 政 府 各 有 关 部 门 ( 如 科 技 部 等 ) 进 一 步 加 大 了 对 沙 尘 暴 研 究 及 其 防 治 措 施 的 支 持 力 度, 沙 尘 暴 研 究 与 防 治 高 潮 迭 起 本 文 对 国 内 外 近 期 就 沙 尘 暴 的 有 关 研 究 作 一 简 要 回 顾, 旨 在 进 一 步 提 高 对 沙 尘 暴 重 要 性 的 认 识, 促 进 沙 尘 暴 研 究 的 深 入 开 展, 拓 宽 沙 尘 暴 防 治 对 策 研 究 的 有 效 途 径 1. 沙 尘 暴 的 基 本 特 征 与 危 害 1.1 沙 尘 暴 定 义 命 名 与 等 级 划 分 沙 尘 暴 (sand-dust storm) 是 沙 暴 (sand storm) 和 尘 暴 (dust storm) 两 者 兼 有 的 总 称, 是 大 量 沙 尘 物 质 被 强 风 吹 到 空 中, 使 空 气 很 浑 浊 ( 水 平 能 见 度 小 于 1 千 米 ) 的 严 重 的 风 沙 现 象 其 中 沙 暴 系 指 8 级 以 上 的 大 风 把 大 量 沙 粒 吹 入 近 地 面 气 层 所 形 成 的 携 沙 风 暴 ; 尘 暴 则 是 指 大 风 把 大 量 尘 埃 及 其 它 细 粒 物 质 卷 入 高 空 所 形 成 的 风 暴 ( 赵 兴 梁,1993) 关 于 沙 尘 暴 不 同 的 国 家 或 地 区 有 不 同 的 命 名, 如 在 印 度 西 北 部 地 区, 将 季 风 到 来 之 前 的 季 节 内 出 现 的 对 流 性 沙 尘 暴, 称 其 为 安 德 海 (Andhi); 在 非 洲 和 阿 拉 伯 地 区 称 之 为 哈 布 (Haboob)(Joseph et al.,1980); 另 有 的 地 区 称 之 为 phantom, 即 鬼 怪 的 意 思 (Wolfson et al., 1986) 对 沙 尘 暴 强 度 的 等 级 划 分, 一 般 采 用 风 速 和 能 见 度 两 个 指 标 如 Joseph 对 发 生 在 印 度 西 北 部 的 沙 尘 暴 划 分 为 三 个 等 级 : 即 4 级 < 风 速 6 级,500m 能 见 度 <1000m, 称 为 弱 沙 尘 暴 ; 当 6 级 < 风 速 8 级,200m 1

12 能 见 度 <500m 称 为 中 等 强 度 的 沙 尘 暴 ; 而 风 速 9 级, 能 见 度 <200m, 则 称 之 为 强 沙 尘 暴 我 国 对 沙 尘 暴 的 定 义, 与 上 述 的 定 义 大 体 相 同, 只 是 在 强 沙 尘 暴 的 等 级 范 畴 内, 又 划 分 出 了 强 和 特 强 沙 尘 暴, 即 50m 能 见 度 <200m 时, 称 为 强 沙 尘 暴, 当 其 达 到 最 大 强 度 ( 瞬 时 最 大 风 速 25m/s, 能 见 度 <50m, 甚 至 降 到 0m) 时, 称 为 特 强 沙 尘 暴 ( 或 黑 风 暴, 俗 称 黑 风 )( 徐 国 昌 等,1979) 1.2 沙 尘 暴 时 空 分 布 的 统 计 特 征 空 间 分 布 与 土 地 沙 漠 化 区 域 相 联 系, 全 世 界 有 四 大 沙 尘 暴 多 发 区, 分 别 位 于 中 亚 北 美 中 非 和 澳 大 利 亚 ( 颜 宏,1993) 我 国 的 沙 尘 暴 区 属 于 中 亚 沙 尘 暴 区 的 一 部 分, 主 要 发 生 在 北 方 地 区 总 的 特 点 是 : 西 北 多 于 东 北 地 区, 平 原 ( 或 盆 地 ) 多 于 山 区, 沙 漠 及 其 边 缘 多 于 其 它 地 区 且 主 要 集 中 在 两 大 区 域 : 一 个 位 于 塔 里 木 盆 地 的 塔 克 拉 玛 干 沙 漠, 在 其 西 南 部 又 有 两 个 中 心, 即 从 麦 盖 提 经 巴 楚 至 柯 坪 为 一 中 心, 平 均 年 沙 尘 暴 日 数 为 天 ; 从 莎 车 经 和 田 到 且 末 为 另 一 个 中 心 区, 平 均 年 沙 尘 暴 日 数 为 天 从 巴 丹 吉 林 沙 漠 东 部, 南 至 甘 肃 河 西 走 廊, 经 腾 格 里 沙 漠 乌 兰 布 和 沙 漠, 至 库 布 齐 沙 地 和 毛 乌 素 沙 地, 是 另 一 沙 尘 暴 多 发 区, 也 是 西 北 地 区 涉 及 范 围 最 大 的 沙 尘 暴 多 发 区, 其 中 最 大 中 心 在 腾 格 里 沙 漠 边 缘 的 民 勤, 年 平 均 沙 尘 暴 日 数 为 37.7 天 ; 其 次 是 库 布 齐 沙 地 的 杭 锦 旗 和 毛 乌 素 沙 地 南 部 的 定 边 分 别 为 27 天 和 25.9 天 ( 王 式 功 等,1995) 有 关 对 西 北 地 区 强 和 特 强 沙 尘 暴 个 例 谱 的 统 计 分 析 ( 贺 慧 霞 等,1993) 表 明 : 我 国 西 北 地 区 最 大 的 强 沙 尘 暴 出 现 区 域 西 起 吐 鲁 番 哈 密 地 区, 东 接 蔓 延 达 1000 公 里 的 甘 肃 河 西 走 廊, 北 连 内 蒙 古 阿 拉 善 盟, 东 去 延 伸 到 河 套 地 区 另 外 在 北 疆 克 拉 玛 依 地 区 南 疆 的 和 田 地 区 和 青 海 西 北 部 地 区 还 有 三 个 局 地 性 沙 尘 暴 区 时 间 变 化 据 对 深 海 岩 心 和 冰 盖 沉 积 物 的 测 定, 早 在 白 垩 纪 末 ( 距 今 7000 万 年 ), 就 有 风 沙 尘 暴 出 现 据 地 方 志 记 载, 公 元 351 年 甘 肃 武 威 一 带 就 有 强 沙 尘 暴 发 生, 造 成 房 屋 倒 塌 和 人 员 牲 畜 伤 亡 在 漫 长 的 地 质 历 史 时 期, 沙 尘 暴 显 示 出 周 期 性 变 化, 它 与 地 质 时 期 气 候 变 化 和 地 面 沙 尘 物 质 的 消 长 有 关 遇 气 候 暖 湿 时 期, 地 面 植 被 生 长 茂 密, 生 态 环 境 条 件 好, 沙 尘 暴 发 生 频 率 低 ; 反 之, 在 冷 干 气 候 时 期, 则 沙 尘 暴 发 生 频 率 高 ( 夏 训 诚 等,1996) 现 代 沙 尘 暴 的 详 细 记 录 是 从 新 中 国 成 立 以 后 开 始 的 在 我 国 西 北 地 区, 近 半 个 世 纪 以 来 的 变 化 特 点 是 :50 年 代 沙 尘 暴 发 生 日 数 最 多 ;60 年 代 前 期 略 有 降 低,60 年 代 后 期 的 67 和 68 年 降 到 最 低, 即 发 生 日 数 最 少 ; 之 后 的 70 年 代 略 有 增 加,80 年 代 又 处 于 相 对 偏 少 期,90 年 代 初 以 来 又 有 一 定 增 加, 特 别 是 2000 年 增 加 最 为 明 显 不 同 干 旱 气 候 区 又 有 一 定 的 差 别, 其 中 极 干 旱 区, 中 部 干 旱 区 和 半 干 旱 区 与 整 个 西 北 地 区 总 体 情 况 基 本 一 致 但 北 疆 干 旱 区 却 有 明 显 的 差 别, 即 50 年 代 后 期 到 70 年 代 前 期 一 直 处 于 负 距 平 阶 段,70 年 代 后 期 至 80 年 代 末, 一 直 处 于 正 距 平 阶 段 我 国 沙 尘 暴 的 季 节 和 月 份 变 化 特 点 是 : 春 季 最 多, 约 占 全 年 总 数 的 一 半 ( 特 别 是 强 沙 尘 暴 主 要 发 生 在 春 季 ), 夏 季 次 之, 秋 季 ( 新 疆 地 区 为 冬 季 ) 最 少 ; 按 月 份 来 看,4 月 份 发 生 频 率 最 高,3 月 和 5 月 份 次 之, 秋 季 的 9 月 份 ( 新 疆 为 12 月 或 1 月 份 ) 最 低 ( 王 式 功 等,1996) 刘 景 涛 等 (1998) 对 内 蒙 古 中 西 部 地 区 的 分 析 结 果 也 表 明,4 月 份 沙 尘 暴 出 现 频 率 最 高, 春 季 (3~5 月 ) 占 全 年 的 73% 墨 西 哥 城 的 沙 尘 暴 是 3 月 份 发 生 频 率 最 高, 一 般 在 连 续 三 个 月 降 水 量 小 于 13mm 的 3 月 份, 容 易 出 现 沙 尘 暴 在 秋 季 的 9 月 份 出 现 频 率 最 低 (Jauregui,1989) 在 印 度 西 北 部 的 沙 尘 暴 也 主 要 发 生 在 4~6 月 份, 这 与 我 国 新 疆 境 内 沙 尘 暴 的 多 发 期 相 一 致 沙 尘 暴 也 具 有 明 显 的 日 变 化 特 征, 据 王 式 功 等 (1995) 对 1994 年 4 月 上 旬 发 生 在 我 国 西 北 地 区 沙 尘 暴 发 生 频 率 日 变 化 的 研 究 结 果 表 明 : 沙 尘 暴 主 要 发 生 在 午 后 到 傍 晚 时 段 内, 占 总 数 的 65.4%, 清 晨 到 中 午 时 段 内, 仅 占 34.6% 在 甘 肃 河 西 走 廊 中 部 地 区, 黑 风 暴 大 都 出 现 在 中 午 12 时 至 晚 上 22 时 的 时 段 内 ( 付 有 智,1994) 1.3 气 象 要 素 场 演 变 特 征 特 强 沙 尘 暴 的 风 头 象 一 道 黑 墙, 一 般 自 西 向 东 ( 或 自 西 北 向 东 南 ) 迅 速 推 移 在 其 过 境 前 后, 气 象 要 素 变 化 十 分 剧 烈, 过 境 前 温 度 很 高, 气 压 很 低, 天 气 晴 好, 风 速 很 小 ; 黑 风 暴 一 到, 顿 时 狂 风 大 作 沙 尘 飞 扬, 气 压 猛 升 温 度 剧 降 在 1977 年 4 月 22 日 发 生 在 甘 肃 河 西 走 廊 的 黑 风 暴 天 气 过 程 中, 张 掖 站 黑 风 暴 过 后 10 分 钟 内, 气 压 猛 升 2.8hpa, 气 温 下 降 6.8, 风 向 由 偏 东 转 为 西 北 偏 西, 平 均 风 速 猛 增 到 20m/s 以 上, 瞬 时 最 大 风 速 超 过 30m/s( 徐 国 昌 等,1979) 在 1993 年 5 月 5 日 的 黑 风 暴 天 气 过 程 中, 甘 肃 省 的 2

13 金 昌 市,10 分 钟 内 气 压 涌 升 3.1hpa, 永 昌 3 分 钟 内 气 压 涌 升 2hpa, 并 且 气 压 曲 线 都 出 现 涌 升 后 又 降 的 气 压 鼻 现 象 ( 陈 敏 连 等,1993) Joseph(1980) 对 印 度 西 北 部 Andhi 型 对 流 沙 尘 暴 的 研 究 结 果 表 明 : 当 强 沙 尘 暴 过 境 时, 能 见 度 可 由 3km 迅 速 降 至 200m, 甚 至 近 100m; 风 速 可 由 4m/s 猛 增 至 近 20m/s, 增 大 4 倍 多 ; 气 温 降 低 5 左 右, 相 对 湿 度 增 加 10% 以 上 在 1976 年 5 月 20 日 的 一 次 沙 尘 暴 过 程 中, 印 度 的 德 里 机 场 在 两 分 钟 左 右 的 时 间 内, 能 见 度 由 4000 多 米 迅 速 降 到 280m; 温 度 从 38 迅 速 降 到 25, 相 对 湿 度 从 31% 快 速 上 升 到 70%, 风 速 达 到 73-80km/hr, 有 关 对 波 斯 湾 和 阿 拉 伯 湾 地 区 春 季 沙 尘 暴 的 研 究 结 果 (McNaughton,1987) 表 明, 上 述 几 种 气 象 要 素 也 有 类 似 的 变 化 特 征 1.4 卫 星 云 图 与 光 学 特 性 郑 新 江 等 (1995) 对 沙 暴 天 气 云 图 特 征 的 研 究 结 果 表 明 :1993 年 5 月 5 日 发 生 在 我 国 西 北 地 区 的 特 强 沙 尘 暴 天 气 过 程 中, 在 卫 星 (NOAA) 拍 摄 的 可 见 光 云 图 上, 沙 尘 暴 区 是 在 云 团 与 锋 面 云 带 之 间 的 灰 白 色 调 区 域, 其 反 照 率 特 征 是, 沙 尘 暴 区 顶 部 结 构 均 匀, 顺 着 风 向 有 纹 理, 色 调 呈 浅 灰 色, 有 高 云 的 暗 影 存 在 沙 暴 区 顶 反 照 率 与 云 团 和 地 表 的 反 照 率 有 明 显 差 别, 地 表 反 照 率 最 低, 达 15% 左 右 ; 沙 尘 暴 顶 部 比 地 面 高, 达 24%; 云 团 的 反 照 率 最 高, 达 到 51% 在 红 外 卫 星 云 图 上, 沙 尘 暴 云 团 和 地 表 的 温 度 有 明 显 的 差 异 其 中, 云 团 的 温 度 最 低, 集 中 在 -54 附 近 ; 沙 暴 区 温 度 次 之, 集 中 在 -3 附 近 ; 地 表 温 度 最 高 处 可 达 +39 根 据 其 温 度 特 征, 并 配 合 探 空 资 料, 可 确 定 出 1993 年 5 月 5 日 特 强 沙 尘 暴 顶 部 高 度 为 2100m 左 右 徐 希 慧 (1997) 对 沙 漠 地 区 ( 塔 克 拉 玛 干 沙 漠 ) 沙 尘 暴 的 卫 星 云 图 特 征 的 研 究 结 果 表 明 : 在 可 见 光 卫 星 云 图 上, 陆 地 表 面 有 水 体 雨 迹, 森 林 覆 盖 的 地 方 反 照 率 最 小, 呈 黑 色 ; 有 作 物 牧 草 荒 漠 草 原 覆 盖 的 地 区 为 深 灰 色 或 灰 色 ; 在 干 旱 气 候 区 的 沙 漠, 由 于 植 被 稀 少, 反 照 率 较 大, 呈 现 灰 色 或 浅 灰 色 ; 云 系 和 高 山 积 雪 则 反 照 率 最 大, 为 灰 白 色 或 白 色 ; 而 沙 尘 暴 所 形 成 的 沙 尘 羽 和 低 云 相 似, 呈 灰 白 色, 两 者 的 区 别 在 于, 低 云 边 界 清 楚, 外 形 呈 现 出 一 定 的 形 状 或 因 扰 动 而 起 伏 不 平 ; 沙 尘 暴 则 是 边 界 不 清 楚, 呈 比 较 均 匀 的 羽 毛 状, 分 布 在 云 系 的 下 面, 容 易 与 云 系 区 分 沙 尘 羽 的 分 布 受 地 形 走 向 影 响, 它 的 边 缘 往 往 和 盆 地 边 缘 一 致 杨 东 贞 等 (1991) 对 1988 年 4 月 份 出 现 在 北 京 地 区 上 空 的 沙 尘 暴 卫 星 云 图 特 征 的 分 析 也 表 明, 沙 尘 暴 区 在 可 见 光 卫 星 云 图 上 呈 现 浅 灰 色 江 吉 喜 等 (1995,1997) 运 用 1 小 时 间 隔 的 GMS-4 数 字 展 宽 红 外 资 料 分 析 了 1993 年 5 月 5 日 下 午 到 夜 间 发 生 在 甘 肃 和 宁 夏 等 省 ( 区 ) 的 特 强 沙 尘 暴 的 成 因 后 指 出, 通 过 卫 星 云 图 资 料 可 以 分 析 出 此 次 特 强 沙 尘 暴 过 程 中 强 冷 锋 前 部 的 中 尺 度 对 流 系 统 (MCS) 及 其 伴 随 的 飑 线 的 卫 星 云 图 特 征 由 于 气 象 卫 星 资 料 的 时 空 分 辨 率 高, 在 一 张 云 图 上 可 以 看 到 从 行 星 尺 度 到 天 气 尺 度 中 尺 度 以 及 风 暴 对 流 单 体 等 各 种 不 同 时 空 尺 度 的 天 气 系 统, 并 可 展 示 出 该 系 统 中 正 在 发 生 着 的 动 力 和 热 力 过 程 因 此, 将 卫 星 云 图 资 料 与 常 规 资 料 相 结 合 使 用, 可 以 大 大 提 高 对 沙 尘 暴 天 气 系 统 发 生 发 展 机 理 及 结 构 特 征 的 认 识, 增 强 对 它 们 的 中 短 期 预 报 和 警 报 能 力 沙 尘 暴, 尤 其 发 展 成 黑 风 暴 时, 具 有 独 特 的 光 学 特 性 如 1993 年 5 月 5 日 发 生 在 我 国 西 北 地 区 的 黑 风 暴, 据 当 时 金 昌 等 气 象 站 的 目 击 者 记 述, 黑 风 暴 临 近 前, 可 看 到 m 高 的 沙 暴 壁, 形 似 原 子 弹 爆 炸 后 的 蘑 菇 状 烟 云, 呈 现 上 黄 中 红 下 黑 三 种 颜 色 的 旋 转 式 沙 尘 团 王 式 功 等 (1993) 对 这 一 现 象 从 光 学 角 度 给 予 了 解 释 他 指 出 : 太 阳 光 是 由 赤 橙 黄 绿 蓝 靛 紫 七 种 颜 色 的 单 色 光 组 成 的, 且 它 们 的 波 长 是 依 次 递 减 的 ( μm), 太 阳 光 通 过 大 气 层 时, 由 于 大 气 层 最 上 层 中 的 微 粒 直 径 最 小, 它 能 散 射 掉 一 部 分 太 阳 光 中 的 紫 色 光, 所 以, 高 层 大 气 中 天 空 是 呈 紫 色 的 太 阳 光 再 通 过 中 低 层 大 气 时, 该 层 大 气 中 的 尘 埃 微 粒 直 径 因 与 蓝 光 波 长 相 当, 故 又 把 太 阳 光 中 的 蓝 色 光 散 射 掉 一 部 分, 所 以 我 们 看 到 该 层 的 天 空 是 蔚 蓝 色 的 在 沙 暴 壁 中, 由 上 升 气 流 产 生 的 上 举 力 较 大, 沙 暴 壁 低 层 的 沙 尘 粒 径 最 大, 中 层 次 之, 上 层 主 要 是 浮 尘 因 浮 尘 微 粒 能 把 太 阳 光 中 的 黄 色 光 散 射 掉, 所 以 我 们 看 到 的 是 黄 颜 色 太 阳 光 再 通 过 沙 暴 壁 中 层 时, 较 大 直 径 的 微 粒 又 将 太 阳 光 中 红 色 光 散 射 掉, 所 以 看 到 中 层 呈 红 色 因 太 阳 光 通 过 整 个 大 气 层, 再 穿 过 沙 暴 壁 的 上 层 和 中 层 时, 其 七 种 颜 色 的 光 已 被 全 部 散 射 反 射 或 摭 挡 住 了, 故 沙 暴 壁 最 下 层 为 黑 色 的 邱 金 桓 等 (1994) 采 用 激 光 雷 达 和 光 度 计 对 1988 年 4 月 北 京 地 区 的 三 次 沙 尘 暴 天 气 过 程 进 行 了 综 合 3

14 测 定, 结 果 表 明 : 沙 尘 暴 出 现 前, 北 京 大 气 柱 气 溶 胶 光 学 厚 度 在 之 间 变 化, 均 值 为 0.18 但 沙 尘 暴 出 现 以 后, 光 学 厚 度 的 均 值 高 达 5.27, 后 者 比 前 者 偏 大 20 多 倍 在 沙 尘 暴 最 强 时 段 (11 日 08:00-11:00 时 ) 天 空 发 黄, 大 气 柱 气 溶 胶 云 的 光 学 厚 度 在 8 至 15 之 间 变 化, 这 一 特 性 主 要 是 由 高 空 输 入 和 地 表 刮 起 的 沙 尘 粒 子 的 大 量 增 多 所 致 黑 河 地 区 地 气 相 互 作 用 试 验 研 究 期 间 野 外 实 测 沙 尘 气 溶 胶 资 料 的 分 析 结 果 也 表 明,4 月 份 沙 尘 气 溶 胶 消 光 系 数 或 光 学 厚 度 比 10 月 份 大 得 多, μm 的 粒 子 是 最 主 要 的 消 光 粒 子 1.5 沙 尘 气 溶 胶 的 物 理 化 学 及 辐 射 特 性 沙 尘 暴 天 气 过 程 中, 沙 尘 中 各 元 素 的 浓 度 差 异 也 很 大 如 杨 东 贞 等 对 1988 年 4 月 9-12 日 出 现 在 北 京 地 区 一 次 强 沙 尘 暴 的 测 定 结 果 为 : 元 素 浓 度 >500ppm 的 有 Al Fe K Mg S P Ti Na; 浓 度 为 ppm 的 有 Mn Ba V; 浓 度 为 1-100ppm 的 有 Zn Ni Pb Cr Co Cd 杨 东 贞 等 (1995) 对 1990 年 4 月 发 生 的 两 次 沙 尘 暴 的 分 析 结 果 表 明 : 沙 尘 气 溶 胶 中 以 地 壳 元 素 为 主, 主 要 存 在 于 大 粒 子 (d>2.1μm) 中, 一 些 人 为 排 放 污 染 元 素 主 要 分 布 在 小 粒 子 (d<2.1μm) 中, 所 以 沙 尘 气 溶 胶 中 的 元 素 主 要 来 自 于 自 然 源 沙 尘 元 素 的 富 集 特 征 与 元 素 的 物 理 化 学 性 质 及 其 来 源 有 着 密 切 的 联 系 对 上 述 1988 年 4 月 一 次 沙 尘 暴 过 程 的 测 定, 其 元 素 富 集 因 子 值 ( 平 均 值 ) 有 下 列 几 个 特 点 :1 同 一 元 素 的 EF(Ti) 高 于 EF(Fe);2 EF 值 大 于 10 的 仅 一 个 元 素 S, 它 的 EF(Ti) 和 EF(Fe) 分 别 为 和 15.52; 3 其 余 元 素 的 EF 值 都 小 于 10, 而 且 绝 大 多 数 接 近 1 Legrand,et al.(1988) 对 撒 哈 拉 尘 暴 辐 射 特 性 的 研 究 结 果 表 明, 尘 霾 通 过 影 响 辐 射 过 程, 降 低 了 白 天 地 面 的 加 热 作 用 和 夜 间 近 地 面 的 冷 却 作 用 申 绍 华 陈 受 钧 (1993) 利 用 数 值 模 式 研 究 了 沙 尘 爆 发 时, 沙 尘 的 辐 射 效 应 对 锋 面 系 统 的 强 迫 作 用 研 究 结 果 表 明 : 白 天 沙 尘 辐 射 加 热 在 大 气 低 层 导 致 锋 生, 晚 上 沙 尘 辐 射 冷 却 导 致 锋 消, 这 与 实 际 观 测 结 果 是 一 致 的 他 们 通 过 对 沙 尘 暴 辐 射 强 迫 的 锋 生 过 程 分 析 后 指 出 : 白 天 锋 生 主 要 是 由 非 绝 热 加 热 和 水 平 速 度 变 形 场 共 同 产 生 的, 垂 直 速 度 场 对 锋 生 的 影 响 较 弱, 主 要 起 锋 消 作 用 晚 上 影 响 低 层 锋 消 的 主 要 因 子 是 非 绝 热 加 热 项 水 平 温 度 梯 度 的 平 流 对 锋 生 ( 消 ) 的 影 响 都 很 小 当 沙 尘 降 低 时, 沙 尘 辐 射 强 迫 的 锋 面 强 度 和 坡 度 都 相 应 减 小 文 军 (1995) 对 沙 尘 气 溶 胶 影 响 地 面 辐 射 收 支 的 观 测 结 果 的 分 析 研 究 表 明 : 沙 尘 气 溶 胶 对 太 阳 辐 射 的 削 弱 作 用 主 要 发 生 在 3.0km 以 下 的 低 层 大 气, 背 景 条 件 下 削 弱 达 到 25.0W/m 2 至 58.0 W/m 2, 沙 尘 暴 爆 发 时 削 弱 更 大 沙 尘 气 溶 胶 对 3.0km 以 下 的 低 层 大 气 起 到 明 显 的 辐 射 加 热 作 用 10 月 和 4 月 份 的 最 大 加 热 率 在 最 低 层 分 别 可 达 到 1.12k/d 和 2.27k/d 根 据 模 式 计 算, 沙 尘 暴 天 气 条 件 下, 在 0.5μm 处 光 学 厚 度 取 和 2.12 时, 沙 尘 气 溶 胶 产 生 的 最 大 加 热 率 分 别 为 2.59k/d,5.12k/d 和 11.30k/d Steven A. Ackerman and Hyosang Chung (1992) 就 空 降 尘 埃 对 区 域 能 量 收 支 辐 射 效 应 的 研 究 结 果 表 明 : 在 海 洋 上 空, 尘 的 存 在 增 加 了 晴 空 时 大 气 层 顶 的 短 波 辐 射 量 约 W/m 2 ; 相 反, 却 降 低 了 大 气 层 顶 的 长 波 辐 射 约 5-20 W/m 2 沙 尘 对 大 气 加 热 率 和 地 面 辐 射 能 量 的 收 支 产 生 一 定 的 影 响 它 作 为 沙 漠 地 区 的 一 种 气 溶 胶, 是 重 要 的 区 域 气 候 变 量 魏 丽 沈 志 宝 等 (1998) 通 过 对 1991 年 3--5 月 在 黑 河 实 验 区 过 境 的 10 次 AVHRR 测 量 资 料 和 同 期 大 气 浑 浊 度 观 测 资 料 的 分 析 结 果 表 明, 大 气 沙 尘 会 导 致 地 气 系 统 后 向 散 射 增 大, 即 增 大 了 行 星 反 照 率, 对 地 气 系 统 射 出 长 波 辐 射 的 影 响 主 要 是 通 过 影 响 地 表 温 度 而 反 映 出 的 1.6 沙 尘 暴 的 危 害 及 其 对 环 境 的 影 响 沙 尘 暴, 特 别 是 特 强 沙 尘 暴 是 一 种 危 害 极 大 的 灾 害 性 天 气 当 其 形 成 之 后, 会 以 排 山 倒 海 之 势 滚 滚 向 前 移 动, 携 带 砂 粒 的 强 劲 气 流 所 经 之 处, 通 过 沙 埋 风 蚀 沙 割 狂 风 袭 击 降 温 霜 冻 和 污 染 大 气 等 作 用 方 式, 使 大 片 农 田 或 受 沙 埋 或 遭 风 蚀 刮 走 沃 土, 或 者 农 作 物 受 霜 冻 之 害 ; 致 使 有 的 农 作 物 绝 收, 有 的 大 幅 度 减 产 ; 它 能 加 剧 土 地 沙 漠 化, 对 大 气 环 境 造 成 严 重 污 染, 对 生 态 环 境 造 成 巨 大 破 坏, 对 交 通 和 供 电 线 路 产 生 重 要 影 响, 给 人 民 生 命 财 产 造 成 严 重 损 失 在 非 洲 撒 哈 拉 沙 漠 南 缘 的 萨 赫 勒 地 区, 从 70 年 代 初 至 80 年 代 中 期, 由 于 连 年 大 旱, 造 成 草 原 退 化, 田 地 荒 芜, 尘 沙 四 起, 沙 漠 化 土 地 蔓 延, 沙 尘 暴 灾 害 加 剧, 使 千 百 万 非 洲 人 民 流 离 失 所, 生 活 悲 惨 我 国 也 是 受 沙 尘 暴 危 害 最 严 重 的 国 家 之 一, 特 别 是 西 北 地 区 尤 为 严 重, 几 乎 每 年 都 有 强 沙 尘 暴 发 生 仅 1993 年 5 月 5 日 的 一 次 特 强 沙 尘 暴 天 气 过 程 就 4

15 造 成 直 接 经 济 损 失 5.6 亿 元 此 次 特 强 沙 尘 暴 的 影 响 范 围 总 面 积 约 110 万 km2, 占 全 国 总 面 积 的 11.5%, 涉 及 西 北 四 省 ( 区 ) 的 18 个 地 ( 市 ) 的 72 个 县 ( 旗 ), 人 口 1200 多 万 人 据 统 计, 在 这 次 特 强 沙 尘 暴 的 浩 劫 中, 共 死 亡 85 人, 失 踪 31 人, 伤 264, 在 死 亡 和 失 踪 者 中, 少 年 儿 童 居 多 死 亡 和 丢 失 大 小 牲 畜 几 十 万 头 ( 只 ), 受 灾 农 田 和 果 林 与 幼 林 等 均 达 几 十 万 公 顷, 数 以 百 计 的 塑 料 大 棚 被 毁, 草 场 牧 场 和 盐 场 的 基 础 设 施 公 路 铁 路 和 供 电 线 路 等 破 坏 都 十 分 严 重 此 外, 这 次 特 强 沙 尘 暴 通 过 沙 埋 吹 刮 等, 对 西 北 地 区 的 植 被 生 态 环 境 造 成 了 严 重 的 破 坏, 大 大 加 快 了 该 地 区 土 地 荒 漠 化 的 进 程, 其 间 接 经 济 损 失 是 难 以 估 量 的 ( 王 式 功 等,1995) 由 于 近 几 年 强 沙 尘 暴 发 生 频 数 有 逐 年 增 加 的 趋 势, 加 之 土 地 资 源 超 载 的 局 面 短 期 内 难 以 改 善, 随 着 全 球 气 候 的 变 暖, 水 资 源 短 缺 的 矛 盾 将 日 趋 尖 锐 因 此, 沙 尘 暴 对 人 类 的 危 害 也 将 随 之 增 大 沙 尘 暴 天 气 过 程 是 一 个 流 动 的 大 污 染 源, 它 会 使 所 经 之 处 的 大 气 颗 粒 物 污 染 明 显 加 重 据 杨 东 贞 (1995) 对 1988 年 4 月 9-12 日 出 现 在 北 京 地 区 的 一 次 强 沙 暴 过 程 中 沙 尘 的 物 理 化 学 特 性 的 测 定 结 果 表 明 :TSP( 总 悬 浮 微 粒 ) 的 平 均 值 为 5.118mg/m 3, 比 正 常 天 气 条 件 下 要 高 15.7 倍 长 沙 劳 动 保 护 研 究 所 的 科 技 人 员 对 1993 年 5 月 5 日 的 特 强 沙 尘 暴 在 甘 肃 金 昌 市 的 测 定 结 果 是,TSP 室 外 为 1016 mg/m 3, 室 内 为 80 mg/m 3, 均 超 过 国 家 规 定 生 活 区 内 含 尘 量 标 准 的 40 倍 以 上, 造 成 了 严 重 的 空 气 污 染 另 外, 沙 尘 输 送 也 会 产 生 正 面 效 应 据 Swap et al. (1992) 的 研 究 结 果 表 明, 撒 哈 拉 的 每 一 场 沙 尘 暴 平 均 能 吹 入 亚 马 逊 盆 地 东 北 部 的 沙 尘 有 近 48 万 吨, 每 年 输 送 的 沙 尘 量 大 约 1300 万 吨, 相 当 于 该 地 区 每 年 每 公 顷 增 加 190kg 沙 尘 等 物 质 伴 随 沙 尘 沉 积 下 来 的 诸 如 磷 酸 盐 之 类 的 物 质, 其 量 为 每 年 每 公 顷 1-4 kg 可 以 说, 亚 马 逊 热 带 雨 林 的 生 产 率 在 一 定 程 度 上 依 赖 于 来 自 撒 哈 拉 的 沙 尘 中 的 磷 等 元 素 亚 马 逊 热 带 雨 林 产 出 及 面 积 的 增 加 或 减 少 都 与 撒 哈 拉 沙 漠 面 积 的 扩 张 与 缩 减 及 其 沙 尘 输 送 量 有 直 接 的 关 系 此 外, 由 于 沙 尘 自 身 偏 碱 性, 其 输 送 过 程 中 可 以 对 所 经 之 处 的 酸 雨 危 害 起 到 一 定 的 抑 制 作 用 据 田 中 丰 显 (1974) 的 有 关 研 究 表 明 : 来 自 中 国 西 北 地 区 的 黄 沙 粒 子 到 达 日 本 后 将 作 为 日 本 上 空 过 冷 却 云 中 凝 结 核 的 主 要 部 分, 对 日 本 的 降 水 起 着 重 要 作 用 又 加 之 黄 沙 冰 晶 核 呈 碱 性, 它 对 防 止 日 本 酸 雨 的 产 生 起 着 积 极 的 中 和 作 用 ( 瞿 章,1994) 2 沙 尘 暴 成 因 分 析 2.1 宏 观 条 件 据 有 关 研 究 ( 夏 训 诚 等,1996; 钱 正 安 等,1997) 表 明, 沙 尘 暴 的 形 成 有 三 个 基 本 条 件 : 一 是 大 风, 这 是 形 成 沙 尘 暴 的 动 力 条 件 二 是 地 面 上 的 沙 尘 物 质, 它 是 沙 尘 暴 的 物 质 基 础 如 30 年 代 美 国 西 部 大 草 原 的 过 度 开 垦, 荒 漠 化 加 剧, 沙 尘 源 扩 大, 造 成 沙 尘 暴 肆 虐 又 如 前 苏 联 50 年 代 在 哈 萨 克 和 西 伯 利 亚 等 地 区 盲 目 大 量 开 垦 荒 地, 使 地 表 裸 露 的 沙 尘 物 质 增 多, 导 致 强 沙 尘 暴 频 繁 发 生, 这 都 是 明 显 的 例 证 三 是 不 稳 定 的 空 气 状 态, 这 是 重 要 的 局 地 热 力 条 件 沙 尘 暴 多 发 生 在 午 后 至 傍 晚 时 段 内, 就 充 分 说 明 了 大 气 不 稳 定 状 态 的 重 要 性 王 式 功 等 (1995) 通 过 对 沙 尘 暴 形 成 的 宏 观 天 气 气 候 条 件 和 下 垫 面 状 况 的 系 统 分 析, 认 为 沙 尘 暴 主 要 发 生 在 春 季 和 初 夏 季 节 有 5 方 面 的 原 因 :1 丰 富 沙 尘 源 的 下 垫 面 和 特 殊 的 地 形 条 件 ;2 冬 半 年 长 时 间 的 干 燥 和 冻 结, 到 春 季 解 冻 后 地 表 土 质 变 得 很 疏 松 ;3 春 季 高 空 急 流 轴 所 处 位 置 是 北 方 地 区 易 吹 大 风 的 重 要 原 因 ;4 春 季 大 气 层 结 不 稳 定 度 增 大, 午 后 易 产 生 对 流, 有 利 于 高 空 动 量 下 传 ;5 春 季 是 北 方 地 区 冷 锋 活 动 最 频 繁 的 季 节, 锋 后 大 风 也 是 产 生 沙 尘 暴 最 重 要 的 因 素 之 一 2.2 主 要 环 流 形 势 和 影 响 系 统 沙 尘 暴 是 多 种 因 素 共 同 作 用 的 产 物 尤 其 是 特 强 沙 尘 暴 的 发 生 发 展, 在 具 备 宏 观 的 气 候 和 下 垫 面 条 件 的 前 提 下, 还 需 有 利 的 环 流 形 势 和 天 气 系 统 相 配 合 Brazel(1986) 分 析 了 美 国 亚 利 桑 那 州 年 期 间 沙 尘 爆 发 时 的 各 种 天 气 特 征 后 指 出,4 种 天 气 系 统 :1 锋 面 系 统,2 雷 暴 与 对 流,3 热 带 扰 动 和 4 上 层 切 断 低 压 易 导 致 沙 尘 暴 的 产 生 Swap,et al.(1992) 的 研 究 结 果 表 明, 来 自 撒 哈 拉 的 沙 尘 通 过 大 尺 度 环 流 穿 越 热 带 大 西 洋 到 达 亚 马 逊 盆 地 在 亚 马 逊 盆 地 中 心 与 雨 季 主 要 降 水 系 统 配 合, 降 雨 系 统 的 低 压 中 心 提 供 动 力, 使 沙 尘 从 垂 直 方 向 上 扬 起, 造 成 突 然 爆 发 的 沙 尘 暴 降 雨 一 般 由 达 几 公 里 的 水 平 尺 度 和 几 天 的 时 间 尺 度 的 暴 雨 系 统 组 成, 沙 尘 伴 随 着 这 些 主 要 的 降 雨 系 统 断 断 续 续 地 输 送 进 来 因 此, 暴 雨 系 统 的 发 展 可 为 沙 尘 暴 的 发 生 提 供 能 量 5

16 虽 然 不 是 所 有 的 亚 马 逊 盆 地 的 降 水 过 程 都 伴 随 沙 尘 出 现, 但 我 们 观 测 到 的 所 有 沙 尘 事 件 都 伴 随 有 降 水 Patricia M. Pauley et al.(1996) 对 发 生 在 美 国 加 利 福 尼 亚 一 谷 地 处 的 一 次 沙 尘 暴 事 件 研 究 认 为, 高 空 急 流 锋 面 次 级 环 流 和 边 界 层 过 程 均 与 沙 尘 暴 关 系 密 切, 对 流 层 上 部 向 下 大 量 输 送 动 量, 促 使 锋 的 形 成, 并 导 致 动 量 在 对 流 层 低 空 的 积 聚, 促 进 边 界 层 过 程 发 展, 使 地 表 风 力 增 强, 大 的 地 表 风 速 对 沙 尘 暴 的 爆 发 有 重 要 的 作 用. 江 吉 喜 等 (1997) 通 过 对 7 次 特 强 沙 尘 暴 的 研 究 认 为, 强 沙 尘 暴 天 气 的 发 生 一 般 可 分 为 3 种 方 式 :1 锋 前 飑 线 引 起 的 强 沙 尘 暴, 它 是 西 北 和 华 北 北 部 地 区 最 主 要 的 一 种 强 沙 尘 暴 ;2 锋 尾 强 对 流 云 团 引 起 的 强 沙 尘 暴, 此 种 强 沙 尘 暴 的 特 点 是 强 度 特 强, 但 影 响 范 围 相 对 较 小 ;3 锋 前 强 对 流 云 团 引 起 的 强 沙 尘 暴, 以 这 种 方 式 形 成 的 特 强 沙 尘 暴 出 现 频 率 较 小, 但 影 响 范 围 却 较 大 胡 隐 樵 等 (1996) 研 究 了 干 飑 线 和 强 冷 锋 前 干 飑 线 发 展 同 黑 风 暴 爆 发 的 关 系 后 指 出, 由 于 强 冷 锋 过 境 时 冷 锋 前 干 飑 线 移 至 被 强 烈 太 阳 辐 射 加 热 的 地 表 以 及 条 件 不 稳 定 大 气 层 结 地 区, 干 飑 线 进 一 步 发 展 致 使 黑 风 暴 爆 发 通 过 对 国 内 外, 特 别 是 我 国 西 北 地 区 几 次 大 范 围 强 和 特 强 沙 尘 暴 天 气 过 程 的 综 合 分 析, 我 们 认 为 易 产 生 沙 尘 暴 的 主 要 环 流 形 势 和 天 气 系 统 有 : 经 纬 向 环 流 调 整 我 国 西 北 地 区 大 范 围 沙 尘 暴 天 气 过 程 的 发 生 发 展, 总 伴 随 着 一 次 大 尺 度 环 流 调 整, 即 经 向 环 流 向 纬 向 环 流 调 整 时, 位 于 西 伯 利 亚 的 冷 空 气 迅 速 向 我 国 境 内 由 西 北 向 东 南 爆 发, 若 此 时 处 在 春 季, 且 前 期 久 旱 无 雨, 对 流 层 低 层 处 于 强 烈 不 稳 定 时, 则 易 造 成 大 范 围 的 沙 尘 暴 天 气 冷 锋 活 动 春 季 是 我 国 西 北 地 区 冷 锋 活 动 最 频 繁 的 季 节 每 次 强 冷 锋 过 境 后 都 会 产 生 很 强 的 变 压 梯 度, 由 此 可 产 生 20-30m/s 的 瞬 时 变 压 风, 此 大 风 所 经 之 地, 常 导 致 沙 尘 暴 的 产 生 出 现 在 阿 拉 伯 半 岛 东 北 部, 即 伊 拉 克 和 科 威 特 等 地 的 沙 尘 暴 主 要 发 生 在 夏 季 的 白 天 冷 锋 过 境, 同 时 伴 有 大 风, 就 会 出 现 沙 尘 暴 天 气 这 里 的 风 速 通 常 是 白 天 增 强, 夜 间 减 弱 (Wolfson, N. et al.,1986) 低 空 东 风 急 流 沙 尘 暴 天 气 出 现 前 期, 青 藏 高 原 东 部 低 空 常 出 现 大 幅 度 增 温, 促 使 高 原 东 北 部 低 涡 ( 如 柴 达 木 低 涡 ) 发 展, 若 蒙 古 高 原 东 南 部 同 时 也 有 高 压 发 展, 则 可 导 致 高 原 北 部 河 西 走 廊 地 区 低 空 东 风 急 流 的 形 成 这 是 巴 丹 吉 林 和 腾 格 里 沙 漠 甘 肃 河 西 走 廊 至 河 套 西 部 地 区 发 生 大 范 围 强 沙 尘 暴 的 重 要 条 件 中 尺 度 系 统 从 80 年 代 和 90 年 代 初 发 生 在 我 国 西 北 地 区 的 几 次 大 范 围 强 沙 尘 暴 天 气 的 分 析 结 果 看, 与 之 相 伴 随 的 特 强 沙 尘 暴 中 心 区, 总 是 与 中 尺 度 低 压 或 中 尺 度 飑 线 相 联 系, 表 明 中 尺 度 系 统 对 局 部 强 或 特 强 沙 尘 暴 的 发 生 发 展 起 着 至 关 重 要 的 作 用 此 外, 瞿 章 等 (1994) 的 研 究 结 果 表 明 : 沙 尘 暴 天 气 虽 然 一 般 都 伴 有 7 级 以 上 的 大 风, 但 有 些 不 伴 有 沙 尘 暴 的 大 风, 却 比 与 沙 尘 暴 相 伴 的 风 力 还 要 大, 而 且 年 平 均 沙 尘 暴 日 数 远 小 于 大 风 日 数 的 事 实 均 表 明 对 流 层 低 层 强 烈 的 对 流 不 稳 定 是 起 沙 成 暴 的 最 重 要 条 件 之 一 Joseph(1980) 对 季 风 来 临 之 前 的 季 节 内 发 生 在 印 度 西 北 部 称 之 为 安 德 海 (Andhi) 的 对 流 性 沙 尘 暴 的 研 究 结 果 表 明, 当 地 的 沙 尘 暴 多 数 也 都 与 中 尺 度 系 统 相 联 系, 如 1973 年 5 月 13 日, 在 德 里 机 场 观 测 到 的 一 个 沙 尘 暴 就 与 风 速 为 84km/hr 的 中 尺 度 飑 线 系 统 相 联 系 1976 年 5 月 20 日 的 沙 尘 暴 同 样 是 由 风 速 为 km/hr 的 强 风 暴 系 统 造 成 的 发 生 在 阿 拉 伯 海 湾 的 沙 尘 暴 也 常 常 由 中 尺 度 的 雷 暴 系 统 所 造 成 (McNaughton,1987) 因 此, 尽 管 地 形 下 垫 面 大 尺 度 环 流 背 景 和 天 气 系 统 是 产 生 沙 尘 暴 的 必 不 可 少 的 条 件, 但 在 上 述 条 件 具 备 的 情 况 下, 中 尺 度 天 气 系 统 对 沙 尘 暴 的 产 生 却 起 着 最 直 接 的 作 用 此 外, 三 月 出 现 在 波 斯 湾 和 阿 拉 伯 湾 地 区 的 沙 尘 暴 经 常 与 雷 暴 活 动 相 联 系 (McNaughton,1987) 2.3 甘 肃 河 西 沙 尘 暴 与 赤 道 中 东 太 平 洋 海 温 之 间 的 遥 相 关 尚 可 政 等 (1998) 通 过 对 甘 肃 河 西 沙 尘 暴 与 赤 道 中 东 太 平 洋 海 温 的 遥 相 关 分 析 结 果 表 明 : (1) 春 季 河 西 沙 尘 暴 次 数 与 前 二 年 秋 冬 季 海 温 因 子 负 相 关 最 好, 时 间 过 远 或 过 近 的 因 子 相 关 性 反 而 较 差 这 意 味 着, 当 某 年 秋 冬 季 太 平 洋 中 东 部 海 温 偏 高 ( 低 ) 时, 两 年 后 的 春 季, 河 西 走 廊 沙 尘 暴 发 生 次 数 偏 少 ( 多 ) 夏 季 河 西 沙 尘 暴 次 数 与 前 二 年 春 夏 季 海 温 因 子 相 关 最 好, 即 当 某 年 春 夏 季 太 平 6

17 洋 东 部 海 温 偏 高 ( 低 ) 时, 两 年 后 的 夏 季, 河 西 沙 尘 暴 次 数 偏 少 ( 多 ) (2) 就 春 季 逐 月 而 言, 河 西 沙 尘 暴 次 数 与 前 期 海 温 因 子 之 间 的 相 关,3 月 份 和 整 个 春 季 大 致 相 同 ;4 月 份 仅 与 前 二 年 9 月 海 温 因 子 负 相 关 较 好 ;5 月 份 介 于 春 夏 季 之 间 (3) 利 用 前 期 赤 道 中 东 太 平 洋 海 温 距 平 和 给 出 的 相 关 预 报 方 程, 可 以 较 好 地 预 报 出 河 西 春 季 沙 尘 暴 发 生 次 数 的 多 寡 总 之, 强 沙 尘 暴 的 发 生 发 展, 是 在 特 定 的 地 形 条 件 沙 尘 源 条 件 和 各 种 不 同 尺 度 天 气 条 件 下 共 同 作 用 的 结 果 3. 沙 尘 暴 的 数 值 模 拟 与 沙 尘 输 送 的 研 究 沙 尘 暴, 尤 其 是 特 强 沙 尘 暴 是 由 大 中 小 各 种 天 气 尺 度 及 其 特 殊 地 形 和 下 垫 面 条 件 共 同 作 用 的 产 物 为 了 研 究 其 形 成 的 物 理 机 制, 数 值 模 拟 是 重 要 的 手 段 之 一 Cautenet(1992) 利 用 中 尺 度 模 式 对 西 非 尼 日 尔 首 都 尼 亚 美 上 空 来 自 来 撒 哈 拉 尘 暴 的 热 力 影 响 进 行 了 数 值 模 拟, 获 得 了 令 人 满 意 的 结 果, 认 为 大 气 中 的 沙 尘 含 量 和 辐 射 特 征 是 最 有 意 义 的 参 数 Slobldan (1996) 对 1985 年 7 月 发 生 在 地 中 海 西 部 的 沙 尘 远 程 输 送 进 行 三 维 空 间 的 数 值 模 拟, 首 次 将 输 送 过 程 分 为 两 个 阶 段 : 沙 尘 在 地 面 的 移 动 阶 段 和 被 湍 流 抬 升 阶 段 模 拟 了 沙 尘 在 大 气 中 剧 烈 得 垂 直 混 合 侧 面 扩 散 水 平 和 垂 直 移 动 及 降 尘 过 程, 沙 尘 输 送 模 拟 结 果 与 卫 星 观 测 非 常 一 致. 申 绍 华 陈 受 钧 (1993) 分 别 利 用 二 维 和 三 维 数 值 模 式 研 究 了 沙 尘 暴 爆 发 时, 沙 尘 辐 射 强 迫 的 锋 生 过 程 和 孤 立 的 沙 尘 暴 辐 射 效 应 对 锋 面 环 流 的 影 响, 研 究 结 果 表 明 : 沙 尘 暴 爆 发 时, 沙 尘 的 辐 射 强 迫 对 天 气 系 统 的 影 响 是 非 常 重 要 的 白 天, 沙 尘 辐 射 加 热 在 大 气 低 层 导 致 锋 生, 产 生 很 强 的 上 升 运 动 由 于 沙 尘 的 持 续 加 热, 使 得 大 气 中 层 出 现 不 稳 定, 最 终 在 大 气 中 层 形 成 一 等 熵 混 合 层 沿 锋 面 移 动 方 向 的 水 平 速 度 表 现 出 明 显 的 辐 合 ( 散 ) 特 征 垂 直 于 锋 面 方 向 的 高 空 急 流 减 弱, 低 空 急 流 加 强 晚 上, 沙 尘 的 辐 射 冷 却 导 致 大 气 低 层 锋 消, 垂 直 速 度 场 主 要 为 下 沉 运 动, 水 平 速 度 场 也 发 生 相 应 的 变 化 孤 立 的 沙 尘 暴 辐 射 加 热 ( 冷 却 ) 在 盛 行 的 大 尺 度 风 方 向 强 迫 出 一 个 明 显 的 垂 直 环 流 圈, 它 位 于 大 约 1km 以 上 的 高 度 白 天, 这 个 垂 直 环 流 圈 非 常 深 厚, 上 升 支 较 强, 下 沉 支 较 弱 晚 上, 垂 直 环 流 圈 反 向 变 薄 在 沙 尘 区 周 围 有 明 显 的 水 平 速 度 切 变 存 在, 它 增 加 湍 流 的 水 平 交 换 及 辐 合 水 平 风 场 对 沙 尘 辐 射 的 响 应 在 不 同 高 度 上 是 不 同 的 程 麟 生 (1996) 等 对 我 国 西 北 93.5 黑 风 暴 发 展 成 因 与 沙 尘 输 送 进 行 了 中 尺 度 数 值 模 拟, 结 果 表 明 : 二 维 数 值 模 式 模 拟 出 了 沙 尘 的 抬 升 及 水 平 输 送, 三 维 数 值 模 式 模 拟 出 了 沙 尘 的 水 平 分 布 和 垂 直 分 布, 对 冷 锋 前 后 的 低 压 和 高 压 脊 的 模 拟 效 果 也 较 好 程 麟 生 等 (1996) 还 利 用 改 进 的 MM4 和 高 分 辨 行 星 边 界 层 (PBL) 参 数 化 及 40km 细 网 格 控 制 试 验 能 基 本 上 模 拟 出 93.5 黑 风 暴 的 结 构 和 演 变 模 拟 结 果 表 明, 黑 风 暴 发 展 时 段, 在 PBL 内 与 一 个 中 尺 度 气 旋 性 强 涡 旋 相 伴 在 对 流 层 内 与 一 个 垂 直 涡 柱 相 伴, 这 个 伸 展 至 对 流 层 顶 的 涡 柱 下 ( 上 ) 半 部 是 与 低 ( 高 ) 空 强 烈 辐 合 ( 辐 散 ) 入 ( 外 ) 流 相 伴 的 气 旋 ( 反 气 旋 ) 性 涡 柱 该 黑 风 暴 结 构 不 同 于 一 般 锋 面 结 构, 其 主 要 差 别 是 : 界 面 坡 度 陡,θ e 水 平 梯 度 大, 斜 压 性 强,PBL 内 暖 心 明 显 该 暖 心 结 构 与 下 垫 面 剧 烈 热 力 强 迫 有 关 不 同 PBL 参 数 化 和 模 式 空 间 分 辨 率 的 对 比 试 验 结 果 指 出, 提 高 中 尺 度 数 值 模 式 的 空 间 分 辨 率 和 采 用 较 好 的 PBL 参 数 化 方 案 对 改 进 黑 风 暴 发 展 结 构 及 其 演 变 的 模 拟 是 十 分 必 要 的 宋 振 鑫 等 (1997) 利 用 93.5 黑 风 暴 中 尺 度 数 值 模 拟 资 料, 根 据 湿 斜 压 大 气 的 湿 扰 动 能 量 方 程, 对 93.5 黑 风 暴 发 展 过 程 中 有 效 位 能 和 湿 扰 动 能 源 的 贡 献 进 行 了 数 值 诊 断 分 析, 结 果 表 明, 湿 扰 动 有 效 位 能 在 PBL 内 的 巨 量 释 放 是 该 期 间 93.5 黑 风 暴 迅 速 发 展 的 主 要 能 源 该 能 源 的 产 生 不 仅 与 湿 斜 压 大 气 中 风 的 强 垂 直 切 变 有 关, 而 且 也 与 PBL 内 下 垫 面 的 强 烈 加 热 增 温 及 强 对 流 不 稳 定 有 关, 扰 动 湿 有 效 位 能 源 在 PBL 以 上 迅 速 减 小 ; 扰 动 动 能 源 在 黑 风 暴 区 基 本 为 负, 即 为 能 汇 张 小 玲 等 (1997) 使 用 具 有 高 分 辨 PBL 参 数 化 的 MM4 模 式 对 93.5 黑 风 暴 天 气 过 程 中 中 尺 度 涡 旋 发 生 发 展 的 涡 源 进 行 了 诊 断 分 析 诊 断 结 果 表 明 : 93.5 黑 风 暴 的 发 展 与 一 个 中 尺 度 气 旋 性 涡 旋 的 发 生 和 发 展 直 接 相 关 ; 总 涡 源 的 产 生 发 展 及 柱 状 垂 直 结 构 的 形 成 和 演 变 与 黑 风 暴 中 尺 度 涡 旋 发 展 的 涡 度 垂 直 结 构 和 演 变 是 一 致 的 该 结 果 揭 示, 此 类 中 尺 度 涡 旋 急 剧 发 展 的 动 力 机 制 主 要 受 控 于 总 涡 源 ; 对 大 气 总 涡 源 的 区 分 结 果 指 出, 与 强 波 扰 气 流 有 关 的 扰 动 涡 源 对 总 涡 源 的 贡 献 最 大 ; 大 中 尺 度 系 统 间 非 线 性 相 互 作 用 涡 源 的 贡 献 次 之 ; 与 地 形 强 迫 有 关 的 时 间 平 均 涡 源 的 贡 献 最 小 陈 伟 民 等 (1996) 利 用 改 进 型 PSU/NCAR 中 尺 度 数 值 模 式 (MM4 标 准 版 ), 7

18 以 常 规 观 测 资 料 作 为 初 始 场, 较 好 地 模 拟 出 了 1994 年 4 月 5-11 日 西 北 地 区 大 范 围 的 浮 尘 和 沙 尘 暴 天 气 过 程 中 海 平 面 气 压 的 演 变 和 分 布, 特 别 是 张 掖 柴 达 木 盆 地 和 敦 煌 附 近 的 三 个 中 尺 度 低 压 同 时, 模 拟 出 了 张 掖 中 低 压 与 蒙 古 冷 高 压 之 间 的 甘 肃 河 西 东 大 风 敏 感 性 试 验 表 明, 沙 尘 暴 中 低 压 的 形 成 与 发 展 主 要 是 受 大 气 中 干 物 理 过 程 制 约, 热 力 动 力 过 程 及 特 殊 地 形 的 外 源 强 迫 等 也 起 重 要 作 用 Genthon(1992) 利 用 大 气 环 流 模 式 研 究 了 沙 漠 尘 暴 和 南 极 洲 的 海 盐 气 溶 胶 的 特 征 研 究 结 果 表 明 : 简 单 气 溶 胶 参 数 化 方 案 引 入 气 候 预 报 模 式 中 已 帮 助 解 答 了 沙 漠 尘 暴 和 南 极 洲 海 盐 的 观 测 值 如 何 反 映 气 候 和 气 溶 胶 之 间 在 过 去 和 现 在 相 互 作 用 的 问 题 最 引 人 注 目 的 结 果 是 气 溶 胶 分 布 的 垂 直 结 构 是 数 值 模 拟 中 特 别 重 要 的 参 数, 边 界 层 的 稳 定 性 对 近 地 面 气 溶 胶 的 垂 直 分 布 影 响 较 大 沙 尘 暴 天 气 过 程 中 所 产 生 的 沙 尘 气 溶 胶 可 随 大 气 环 流 输 送 到 较 远 的 地 方 去, 对 那 里 的 天 气 和 气 候 产 生 影 响 Iwasaka,et al.,(1979) 对 1979 年 4 月 日 发 源 于 中 国 西 北 沙 漠 地 区 一 次 沙 尘 暴 过 程 的 研 究 表 明 : 尘 暴 云 的 水 平 范 围 大 约 km 2, 总 的 沙 尘 粒 子 质 量 至 少 有 吨 雷 达 监 测 结 果 表 明, 尘 暴 云 是 由 两 层 组 成, 一 层 高 度 约 6km, 较 低 一 层 的 高 度 约 2km 其 轨 迹 分 析 结 果 显 示 : 上 层 的 沙 尘 云 来 自 于 中 国 的 塔 克 拉 玛 干 沙 漠, 下 层 的 沙 尘 云 来 自 于 西 北 戈 壁 沙 漠 区 和 黄 河 流 域 这 些 均 表 明, 中 国 西 北 地 区 的 沙 尘 暴 天 气 过 程, 对 日 本 的 天 气 气 候 产 生 重 要 影 响 撒 哈 拉 及 其 周 围 干 旱 区 是 全 球 四 大 沙 暴 区 之 一, 其 沙 尘 可 由 热 带 东 风 气 流 的 携 带, 越 过 大 西 洋, 输 送 到 美 洲 大 陆 据 Swap(1992) 的 研 究 结 果 表 明, 撒 哈 拉 的 沙 尘 可 输 送 到 巴 西 亚 马 逊 平 原, 一 次 撒 哈 拉 的 强 沙 尘 暴 过 程 可 有 约 吨 尘 埃 输 送 到 亚 马 逊 平 原 东 北 部, 年 输 送 沉 降 量 达 吨, 相 当 于 每 年 每 公 顷 沉 降 190kg Ellis, et al. (1995) 通 过 对 拉 丁 美 洲 巴 巴 多 斯 4μm 气 溶 胶 中 铝 元 素 的 分 析 结 果 表 明, 约 55% 铝 粒 子 样 品 来 自 于 北 非 地 区 Framzen,et al.(1995) 对 1991 年 3 月 在 欧 洲 的 中 部 和 南 部 以 及 斯 堪 的 纳 维 亚 北 部, 来 自 于 撒 哈 拉 沙 尘 暴 过 程 的 分 析 结 果 表 明 : 撒 哈 拉 沙 尘 可 输 送 沉 降 到 德 国 北 部 地 区, 此 次 尘 暴 过 程 的 涉 及 面 积 至 少 km 2, 仅 在 上 述 区 域 的 降 尘 量 估 计 接 近 吨 4.. 沙 尘 暴 灾 害 的 防 灾 减 灾 对 策 研 究 及 防 治 工 程 建 设 沙 尘 暴, 特 别 是 当 其 发 展 成 为 黑 风 暴 时, 便 成 为 一 种 危 害 极 大 的 灾 害 性 天 气, 给 当 地 人 民 生 命 财 产 和 工 农 业 生 产 造 成 严 重 危 害, 并 大 大 加 速 了 相 关 地 区 的 荒 漠 化 进 程 虽 然 我 们 现 在 还 没 有 能 力 完 全 控 制 沙 尘 暴 的 发 生 发 展, 但 只 要 我 们 深 入 研 究, 搞 清 其 发 生 发 展 的 客 观 规 律, 恰 当 地 运 用 现 代 科 学 技 术 及 广 大 科 技 工 作 者 和 劳 动 人 民 丰 富 的 抵 御 和 防 治 沙 尘 暴 的 宝 贵 实 践 经 验, 就 一 定 能 使 沙 尘 暴 特 别 是 黑 风 暴 所 造 成 的 损 失 减 少 到 最 低 程 度 近 几 年 与 此 相 关 的 研 究 ( 夏 训 诚 等,1996) 主 要 有 下 列 几 方 面 4.1 人 身 生 命 财 产 应 急 保 护 措 施 的 研 究 由 于 沙 尘 暴 特 别 是 黑 风 暴 来 势 凶 猛, 狂 风 呼 啸, 沙 尘 滚 滚, 遮 天 蔽 日, 具 有 明 显 的 恐 怖 感, 极 易 造 成 人 员 伤 亡 和 生 命 财 产 损 失 有 关 研 究 提 出 了 防 止 少 年 儿 童 落 水, 避 开 残 垣 断 壁 以 防 墙 壁 倒 塌 致 伤, 保 护 家 禽 和 畜 群, 防 止 牲 畜 失 散 或 致 死, 及 时 切 断 电 源 防 止 电 火 花 引 起 火 灾 等 有 效 措 施 4.2 退 耕 还 林 还 草 等 生 态 环 境 建 设 为 了 实 施 西 部 大 开 发 战 略, 加 快 中 西 部 地 区 发 展, 从 2000 年 起, 国 家 将 在 西 部 地 区 新 开 工 十 大 工 程, 其 中 之 一 是 中 西 部 退 耕 还 林 还 草 和 生 态 环 境 建 设 计 划 从 2000 年 起, 将 在 长 江 上 游 的 云 南 四 川 和 黄 河 上 中 游 地 区 的 陕 西 甘 肃 等 13 个 省 区 开 展 退 耕 还 林 还 草 试 点 工 程 建 设, 计 划 退 耕 515 万 亩, 同 时 安 排 宜 林 荒 山 荒 地 人 工 造 林 种 草 648 万 亩 这 对 遏 制 大 范 围 沙 尘 暴 的 发 生 发 展 及 危 害 将 起 重 要 作 用 4.3 建 立 绿 洲 防 护 林 体 系 的 研 究 根 据 我 国 北 方, 特 别 是 西 北 的 实 际 情 况, 实 施 了 :1 绿 洲 边 缘 封 沙 育 草 育 林, 保 护 天 然 沙 生 植 被, 如 80 年 代 以 来 进 行 的 三 北 防 护 林 体 系 工 程 建 设 等 ;2 封 育 和 保 护 天 然 荒 漠 林, 遏 制 沙 尘 暴 的 发 生 发 展 ;3 营 造 绿 洲 周 边 防 风 阻 沙 林 带, 控 制 和 减 弱 沙 尘 暴 特 别 是 黑 风 暴 对 绿 洲 的 危 害 ;4 采 用 工 程 技 术 措 施, 固 定 绿 洲 边 缘 地 区 的 流 动 沙 丘 ;5 营 造 绿 洲 及 其 边 缘 地 区 的 护 田 林 网, 既 可 以 防 止 或 减 轻 沙 质 耕 地 的 风 蚀 起 沙 和 沙 尘 暴 对 农 田 的 危 害, 又 能 改 善 田 间 的 局 部 小 气 候 ;6 应 用 合 理 的 农 业 耕 作 技 术, 防 止 或 减 轻 风 蚀 沙 埋 危 害, 如 采 取 先 易 后 难 开 垦 荒 地, 翻 土 改 沙 增 强 抗 风 蚀 性 以 及 合 理 选 择 和 配 置 农 作 物 等 4.4 黄 土 高 原 北 部 干 旱 半 干 旱 区 的 风 沙 防 治 黄 土 高 原 北 部 干 旱 半 干 旱 区 由 于 有 极 其 丰 富 的 沙 尘 暴 得 以 形 成 的 沙 尘 物 质, 加 之 冬 半 年 大 部 分 地 8

19 表 裸 露, 大 风 频 繁, 人 为 干 扰 突 出, 以 致 沙 尘 暴 和 风 沙 活 动 危 害 严 重 针 对 此 种 状 况, 近 几 年 采 取 了 几 方 面 的 防 治 措 施 : 1 对 年 代 由 于 违 背 自 然 规 律 和 条 件, 在 该 地 区 滥 垦 的 旱 作 农 田, 采 用 防 风 蚀 技 术, 如 作 物 留 茬, 留 风 界 子 和 营 造 灌 丛 林 带 等 并 初 步 开 始 了 退 耕 还 林 等 有 效 措 施 2 对 该 区 在 严 禁 开 荒 控 制 轮 歇 种 植 的 情 况 下, 采 取 适 当 封 育 保 护 牧 场 和 适 度 放 牧, 加 强 放 牧 管 理 和 围 栏 建 设 等 一 系 列 措 施, 使 天 然 草 场 植 被 大 有 改 善, 区 内 植 被 覆 盖 度 明 显 提 高, 防 御 和 遏 制 风 沙 能 力 增 强 4.5 沙 丘 间 低 地 造 林 固 沙 防 护 措 施 采 取 在 沙 丘 间 低 地 造 林, 直 接 在 流 动 沙 丘 上 栽 植 固 沙 植 物 以 及 在 人 工 沙 障 防 护 下 栽 植 固 沙 植 物 和 飞 播 植 物 固 沙 等 措 施, 有 效 地 防 止 了 沙 漠 化 扩 展 速 度 的 加 快, 使 部 分 流 动 沙 丘 初 步 变 为 固 定 沙 丘 4.6 工 矿 交 通 沙 害 的 防 治 我 国 西 北 地 区 的 工 矿 交 通 新 兴 城 镇 及 其 它 水 利 电 力 煤 田 和 油 气 井 等 工 程 设 施, 均 受 到 风 沙 危 害 或 威 胁, 一 旦 出 现 沙 尘 暴 或 黑 风 暴, 受 害 尤 为 严 重 这 些 年 来, 特 别 是 在 铁 路 沿 线 地 区 做 了 一 些 卓 有 成 效 的 科 研 和 工 程 技 术 性 工 作, 既 保 护 了 铁 路 运 营 的 畅 通, 又 抑 制 了 沙 尘 暴 在 当 地 的 发 生 发 展, 获 得 了 经 济 效 益 和 生 态 环 境 效 益 的 双 丰 收 6.. 结 语 关 于 沙 尘 暴 的 研 究 工 作, 虽 然 在 近 半 个 多 世 纪 以 来 各 国 科 技 工 作 者 从 各 方 面 做 了 大 量 卓 有 成 效 的 研 究 工 作, 取 得 了 一 系 列 非 常 有 价 值 的 研 究 成 果, 为 各 国 政 府 管 理 部 门 制 定 合 理 有 效 的 防 治 措 施 提 供 了 重 要 科 学 依 据, 并 为 今 后 进 行 更 为 深 入 的 研 究 奠 定 了 良 好 的 基 础 但 是, 随 着 世 界 人 口 的 不 断 增 加, 全 球 变 化 的 日 益 加 剧, 有 限 的 资 源 ( 特 别 是 水 资 源 ) 和 环 境 条 件 与 人 类 需 求 量 的 迅 速 增 长 之 间 的 矛 盾 日 趋 突 出, 如 果 不 尽 快 采 取 切 实 有 效 的 措 施, 某 些 地 区 的 自 然 生 态 环 境 状 况 也 将 渐 趋 恶 化 在 全 球 各 沙 漠 化 区 域 及 其 相 邻 的 干 旱 半 干 旱 地 区, 沙 尘 暴 的 发 生 发 展 可 能 会 更 为 频 繁, 强 度 有 可 能 越 来 越 大, 影 响 范 围 也 将 越 来 越 广, 需 要 进 一 步 研 究 的 问 题 会 越 来 越 多, 沙 尘 暴 的 研 究 仍 然 任 重 而 道 远 参 考 文 献 Cautenet,G.,et al.thermal Impact of Saharan Dust over Land. Part I: Simulation. J.Appl.Meteor.1992, EllisJR,W.G. and J.T.Merrill, Trajectories for Saharan Dust Transported to Barbados Using Stokes's Law to Describe Gravitational Settling. Journal of Applied Meteorology, 1995,34: Franzen,L.G.et al,the Saharan dust episode of South and Central Europe, and northern Scandinavia March Weather,1995,50(9): Genthon,C., Simulations of desert dust and sea-salt aerosols in Antarctica with a general circulation model of the atmosphere. Tellus, 1992, 44B, 4: Iwasaka,Y.et al,the transport and spatial scale of Asian dust-storm Clouds: a case study of the dust-storm event of April Tellus, 1983, 35B, 3: Jauregui E.,The dust storms of Mexico City. Inter.J.Climatol.,1989,9(2): Joseph,P.V.,Raipal,D.K.and Deka,S.N, Andhi, the convective dust storms of Northwest India. Mausam,1980,31, Legrand,M.et al Satellite Detection of Saharan Dust: Optimized Imaging during Nighttime. Journal of Climate,1988,1(3): McNaughton,D.L. Possible connection between anomalous anticyclones and sandstorms. Weather,1987,42(1): Patricia M. Pauley, Nancy L. Baker, and Edward H. Barker.An Observational Study of the Interstate 5 Dust Storm Case, Bulletin of the American Meteorological Society,1996,77(4), Slobldan N,Srdjan.A Model for Long-Range Transport of Desert Dust[c]. Monthly Weather Review, 1996, Steven A.Ackerman and Hyosang Chung. Radiative Effects of Airborne Dust on Regional Energy Budgets at the Top of the Atmosphere. J.Appl.Meteor.1992,

20 Swap,R.et al, Saharan dust in the Amazon Basin. Tellus, 1992, 44B,2: Wolfson,N. and Matson,M.,Satellite observations of a phantom in the desert. Weather,1986,41(2): Yang Dongzhen et al.a case study on Sandstorm. ACTA METEOROLOGICA SINICA.1991,5(2): 陈 敏 连, 郭 清 台, 徐 建 芬 等. 黑 风 暴 天 气 的 研 究 和 探 讨. 甘 肃 气 象, 1993, 11(3): 陈 伟 民, 王 强, 牛 志 敏 等. 中 国 西 北 部 4.5 沙 尘 暴 过 程 中 尺 度 低 压 的 数 值 模 拟. 中 国 沙 漠, 1996,16(2): 程 麟 生, 马 艳 黑 风 暴 发 展 结 构 和 不 同 模 式 分 辨 率 的 数 值 试 验. 应 用 气 象 学 报, 1996, 7(4): 付 有 智, 刘 坤 训, 丁 荣 等. 甘 肃 河 西 黑 风 成 因 及 预 报. 气 象, 1994, 20(12): 贺 慧 霞, 钱 正 安, 瞿 章. 我 国 西 北 地 区 部 分 沙 尘 暴 个 例 谱. 大 气 情 报, 1993, 30(4): 胡 隐 樵, 光 田 宇. 强 沙 尘 暴 发 展 与 干 飑 线 黑 风 暴 形 成 的 一 个 机 理 分 析. 高 原 气 象, 1996, 15(2): 江 吉 喜, 项 续 康 等. 以 卫 星 云 图 资 料 为 主 的 强 沙 尘 暴 超 短 期 预 报 方 法 初 探. 中 国 沙 尘 暴 研 究. 气 象 出 版 社, 1997 年, 江 吉 喜. 一 次 特 大 沙 尘 暴 成 因 的 卫 星 云 图 分 析. 应 用 气 象 学 报, 1995, 6(2): 瞿 章 等 沙 尘 暴 的 若 干 启 示. 干 旱 区 地 理, 1994, 17(1): 刘 景 涛, 郑 明 倩. 华 北 北 部 黑 风 暴 的 气 候 学 特 征. 气 象, 1998, 24(2): 钱 正 安, 贺 慧 霞, 瞿 章 等. 我 国 西 北 地 区 沙 尘 暴 的 分 级 标 准 和 个 例 谱 及 其 统 计 特 征. 中 国 沙 尘 暴 研 究. 气 象 出 版 社,1997 年,1-10 邱 金 桓, 孙 金 辉. 沙 尘 暴 的 光 学 遥 感 及 分 析. 大 气 科 学, 1994, 18(1): 1-10 尚 可 政, 孙 黎 辉, 王 式 功 等. 甘 肃 河 西 走 廊 沙 尘 暴 与 赤 道 中 东 太 平 洋 海 温 之 间 的 遥 相 关 分 析. 中 国 沙 漠,1998,18(3): 申 绍 华, 陈 受 钧. 沙 尘 辐 射 强 迫 的 锋 生 过 程 分 析. 气 象 学 报, 1993,51(4): 申 绍 华, 陈 受 钧. 沙 尘 辐 射 强 迫 锋 生 过 程 的 数 值 模 拟. 气 象 学 报, 1993,51(3): 宋 振 鑫, 程 麟 生 黑 风 暴 扰 动 能 源 的 诊 断 分 析. 兰 州 大 学 学 报 ( 自 然 科 学 版 ), 1997, 33(4): 田 中 丰 显, 云 的 冰 晶 化 过 程 冰 晶 核, 气 象 研 究 /-., 1974, (122): 王 式 功, 董 光 荣, 杨 德 保 等. 中 国 北 方 地 区 沙 尘 暴 变 化 趋 势 初 探. 自 然 灾 害 学 报, 1996, 5(2): 王 式 功, 杨 德 保, 金 炯 等. 我 国 西 北 地 区 黑 风 暴 的 成 因 和 对 策. 中 国 沙 漠, 1995, 15(1): 王 式 功, 杨 德 保, 周 玉 素 等. 我 国 西 北 地 区 94.4 沙 尘 暴 成 因 探 讨. 中 国 沙 漠, 1995, 15(4): 王 式 功, 杨 德 保, 孟 梅 芝 等. 甘 肃 河 西 5.5 黑 风 天 气 系 统 结 构 特 征 及 其 成 因 分 析. 甘 肃 气 象, 1993, 11(3): 王 式 功, 杨 德 保, 金 炯 等. 我 国 西 北 地 区 沙 尘 暴 时 空 分 布 及 其 成 因 分 析. 中 国 科 协 第 二 届 青 年 学 术 年 会 论 文 集 ( 资 源 与 环 境 科 学 分 册 ). 北 京 : 中 国 科 学 技 术 出 版 社, 1995, 魏 丽, 沈 志 宝. 大 气 沙 尘 辐 射 特 性 的 卫 星 观 测. 高 原 气 象, 1998, 17(4): 夏 训 诚, 杨 根 生 等 著. 中 国 西 北 地 区 沙 尘 暴 灾 害 及 防 治 [M]. 北 京 : 中 国 环 境 科 学 出 版 社, 1996 年 10 月 徐 国 昌 等. 甘 肃 4.22 特 大 沙 暴 分 析. 气 象 学 报, 1979, 37(4): 徐 希 慧. 塔 里 木 盆 地 沙 尘 暴 的 卫 星 云 图 分 析 与 研 究. 中 国 沙 尘 暴 研 究. 气 象 出 版 社, 1997 年, 颜 宏. 全 国 沙 尘 暴 天 气 研 讨 会 会 议 总 结. 甘 肃 气 象, 1993, 11(3): 6-11 杨 东 贞, 王 超 等.1990 年 春 季 两 次 沙 尘 暴 特 征 分 析. 应 用 气 象 学 报, 1995, 6(1): 张 小 玲, 程 麟 生 黑 风 暴 期 间 中 尺 度 涡 旋 发 生 发 展 的 涡 源 诊 断. 兰 州 大 学 学 报 ( 自 然 科 学 版 ), 1997, 33(4): 赵 兴 梁. 甘 肃 特 大 沙 尘 暴 的 危 害 与 对 策. 中 国 沙 漠, 1993, 13(3): 1-7 郑 新 江, 刘 诚, 崔 小 平 等. 沙 暴 天 气 的 云 图 特 征 分 析. 气 象, 1995, 21(2):

21 第 2 章 荒 漠 化 与 气 候 变 化 的 相 互 作 用 1 卢 琦 荒 漠 化 对 气 候 的 影 响 是 通 过 干 扰 干 旱 地 区 的 地 - 空 能 量 交 换 平 衡 机 制 而 产 生 效 力 ; 在 对 流 臭 氧 层 中, 来 自 全 球 生 物 量 燃 烧 的 气 体 约 占 38%, 就 旱 地 对 全 球 温 室 气 体 的 贡 献 率 而 言, 估 计 在 5~10% 左 右, 其 中 旱 地 退 化 的 贡 献 率 小 于 5%; 温 室 气 体 的 积 累 将 导 致 21 世 纪 全 球 升 温 1~5 利 用 NOAA-AVHRR 卫 星 影 像 监 测 到 沿 Sahara 半 干 旱 边 缘 的 植 被 变 化 与 年 降 雨 变 率 有 关 ; 在 1980~1990 的 十 年 间,Sahara 地 区 200mm 年 降 雨 量 的 南 界 有 较 大 的 波 动 ; 其 中 1980~1984 干 旱 年 间, 推 断 的 200mm 等 雨 量 线 整 整 南 移 了 240km, 平 均 每 年 南 移 60km,1983~1986 年 间, 沙 漠 北 移 了 143km 一 气 候 变 化 的 证 据 1 全 球 变 暖 Jones (1993) 认 为, 十 九 世 纪 后 期 以 来, 全 球 温 度 已 经 增 加 了 0.5, 若 从 十 九 世 纪 中 期 算 起, 增 温 范 围 在 0.3~0.6 之 间 其 依 据 如 下 :1850 年 人 类 对 气 象 知 识 有 了 较 为 详 尽 的 认 识 ;1851 年 1 月 开 始, 人 类 有 了 月 气 温 的 记 录 ;1873 年 的 维 也 纳 气 象 大 会 (Vienna Meteorological Congress) 促 进 许 多 国 家 建 立 了 气 象 数 据 记 录, 到 20 世 纪 20 年 代, 除 了 非 洲 南 美 亚 洲 的 一 些 内 陆 区 域 和 北 冰 洋 海 岸 及 南 极 大 陆 尚 未 安 装 气 象 设 备 以 外, 陆 地 上 基 本 形 成 了 气 象 观 测 网 络 Jones, et al. (1985; 1986a; b; c) 采 用 10 5 的 经 纬 度 栅 格 把 全 球 气 象 站 定 位, 并 把 有 史 以 来 的 气 象 数 据 全 部 与 1951~70 年 间 的 数 据 平 差, 缺 少 部 分 实 行 内 插 通 过 对 3300 多 个 站 点 的 分 析, 过 去 130 年 间, 有 0.6 的 变 暖 趋 势 从 空 间 和 时 间 尺 度 来 看, 全 球 变 温 的 总 体 趋 势 是 大 部 分 区 域 变 暖, 极 小 区 域 变 冷, 且 南 北 半 球 存 在 差 异 ; 其 中 南 半 球 稳 定 性 持 续 变 暖, 北 半 球 40 年 代 为 暖 期, 然 后 经 历 了 一 个 30 年 左 右 的 冷 期,70 年 代 再 次 变 暖 有 史 以 来 的 10 个 最 暖 年 份 中, 有 7 个 发 生 在 20 世 纪 80 年 代 (1980~1990 年 间 ), 北 半 球 尤 为 明 显 从 变 温 的 空 间 分 布 来 看, 最 大 温 度 变 化 区 域 在 极 地, 北 半 球 变 温 较 南 半 球 为 大, 而 南 北 半 球 的 中 纬 度 地 区 变 温 最 大 从 变 温 的 时 间 上 来 看, 一 年 中 春 季 变 温 最 大, 一 天 中 晚 间 增 温 最 大 ; 其 中 最 低 温 度 的 升 温 速 度 较 最 高 温 度 大 3 倍 (1950~1990) IPCC(Jones, 1990a; b; 1986d) 对 南 欧 和 土 耳 其 (35~50 o N; 10 W~45 o E) 地 区 的 专 门 研 究 表 明, 到 2030 年, 该 区 域 冬 季 将 升 温 2, 夏 季 升 温 2~3 ; 降 水 在 冬 季 有 微 量 增 加, 夏 季 则 减 少 5~15% 且 土 壤 湿 度 减 低 15~25% 关 于 潜 在 蒸 发 散 (PET) 的 计 算, 一 直 是 一 件 较 为 头 痛 的 事 Penman(1948) 的 方 法 过 于 复 杂, Thornthwaite(1948) 和 Blaney & Criddle (1950) 等 人 的 方 法, 不 是 低 估, 就 是 高 估, 逼 得 后 人 多 在 上 述 模 型 的 基 础 上 进 行 区 域 性 修 正 Palutikof, et al.. (1994) 通 过 对 上 述 模 型 的 比 较 发 现, 对 地 中 海 地 区 而 言,Penman 方 法 不 可 取,Thornthwaite 方 法 低 估, 而 经 Doorenbos & Pruitt (1977) 修 正 的 Blaney & Criddle 方 法 较 为 适 合 修 正 后 的 作 物 蒸 散 方 程 如 下 ( 按 月 计 算,mm/day): Et=c[p(0.46t+8)] c= 随 最 小 相 对 湿 度 日 照 时 间 白 天 风 速 而 变 化 的 调 节 因 子, 其 值 可 从 温 度 记 录 估 算 得 到 (Palutikof, et al );p= 月 光 照 时 数 占 年 总 光 照 时 数 的 平 均 百 分 比 ;t= 平 均 温 度 1) 中 国 防 治 荒 漠 化 研 究 与 发 展 中 心 中 国 林 业 科 学 研 究 院, 北 京 ; Luqi@mail.forestry.ac.cn 1

22 图 世 纪 60 年 代 以 来 大 气 CO2 浓 度 稳 步 升 高 2 温 室 气 体 增 加 可 吸 收 10 um (8~14 um) 波 长 辐 射 的 红 外 光 谱 被 认 为 是 地 球 向 空 间 释 放 热 量 的 热 源 主 要 温 室 气 体 包 括 对 流 层 的 CO 2 (Carbon dioxide) CH 4 (methane) N 2 O(Nitrous oxide) O 3 (Ozone) 等 气 体, 及 CFC-11 CFC-12 和 CFC-113 等 氯 氟 碳 化 合 物 ( 表 2-1) 表 2-1 不 同 温 室 气 体 对 全 球 变 暖 的 贡 献 气 体 百 年 的 相 对 贡 献 浓 度 增 长 率 目 前 的 衰 减 时 间 相 对 贡 献 perkg/per Mole ppm %/yr yrs % perkg/permole CO CH N 2 O O / CFC / /11000 CFC / /20000 ( 引 自 :Rodhe,1990) (1) 全 球 CO2 估 算 早 期 CO2 含 量 的 估 计 是 通 过 测 定 格 陵 兰 和 极 地 的 冰 帽 样 品 得 到 的 : 在 年 前 的 最 后 一 个 冰 期 (the last Ice Age), 大 气 中 的 CO2 浓 度 只 有 180ppm(Chappellaz, et al.,1990); 350~500 年 前 估 计 为 271ppm ( Neftel, et al., 1982 );1860 年 以 后 逐 渐 增 长 为 275ppm 280~290ppm(Liss & Crane,1983) 1957 年,Revelle, R.& H. Suess (1957) 率 先 提 出 CO 2 增 加 可 能 对 未 来 气 候 变 化 产 生 影 响 的 假 说, 并 指 出 : 人 类 正 在 进 行 一 次 前 所 未 有 的 大 尺 度 地 球 物 理 学 试 验, 且 将 来 也 不 会 重 复 40 年 后, 这 一 试 验 仍 在 如 火 如 荼 的 进 行 之 中 (Lin Guanghui, 1999) 1958 年, 世 界 上 第 一 个 CO2 测 站 在 Hawaii 岛 海 拔 英 尺 的 Mauna Loa 山 上 建 成, 测 定 的 1958 年 的 CO2 含 量 为 315ppm, 1991 年 为 335ppm, 年 增 长 率 为 1.78ppm; 依 据 每 年 测 定 结 果 绘 制 的 CO2 变 化 曲 线 成 了 日 后 研 究 全 球 变 化 的 经 典 范 式 ( 图 2-1); 同 期 建 立 的 南 极 测 站 也 给 出 了 几 乎 相 似 的 数 据 后 来 又 建 立 了 北 半 球 高 纬 度 地 区 的 Point Barrow, Alaska 和 the Northwest Pacific Ocean 等 测 站 (2) 大 气 中 CO 2 的 消 长 对 农 业 的 影 响 CO 2 升 降 对 农 业 的 影 响 问 题, 实 质 上 集 中 在 CO2 增 肥 效 应 (Feritilizer Effect) 这 一 假 设 是 否 成 立? 本 世 纪 CO 2 倍 增 花 费 了 10~15 年, 预 测 的 下 一 次 倍 增 ( 从 330ppm 增 至 660ppm) 需 要 20~50 年, 主 要 依 据 人 类 消 费 的 化 石 燃 料 及 环 保 措 施 据 此 假 设 的 真 / 伪 对 世 界 主 要 粮 食 产 量 的 影 响 幅 2

23 度 为 : 小 麦 11%~ -13%; 水 稻 2%~ -5%; 玉 米 -15%~ -24%; 大 豆 16%~ -33% (Rosenzweig & Parry, 1993) 目 前 有 关 CO 2 倍 增 对 农 作 物 森 林 草 原 等 不 同 类 型 植 被 影 响 的 研 究, 已 经 成 为 全 球 气 候 变 化 研 究 的 热 点 和 焦 点, 一 些 大 型 多 学 科 跨 国 研 究 项 目 陆 续 展 开, 包 括 样 地 研 究, 长 期 生 态 定 位 研 究 以 及 典 型 生 物 群 区 大 气 圈 生 物 圈 相 互 作 用 的 田 间 测 量 1987~1989 年 期 间 在 美 国 堪 萨 斯 (KANSAS) 州 KONZA 草 原 进 行 的 多 学 科 田 间 试 验, 即 第 一 国 际 卫 星 地 表 气 候 学 田 间 实 验 (First ISLSCP Field Experiment, ISLSCP--International Satellite Land Surface Climatology Project, 即 FIFE), 是 大 气 圈 生 物 圈 相 互 作 用 研 究 的 最 早 项 目 随 后, 非 洲 荒 漠 能 量 水 文 大 气 辅 助 实 验 (Global Energy and Water Cycle Experiment (GEWEX)--Sahara Desert, 即 HAPEX-SAHEL) 和 北 半 球 北 方 森 林 生 态 系 统 大 气 圈 研 究 (Boreal-Ecosystem- Atmosphere Study, 即 BOREAS) 相 继 启 动, 为 了 解 这 些 典 型 陆 地 生 态 系 统 和 全 球 变 化 的 相 互 作 用 做 出 了 很 大 的 贡 献 最 近, 这 方 面 的 研 究 也 扩 展 到 温 带 森 林 ( 如 美 国 哈 佛 森 林 (Harvard Forest) 开 展 的 CO2 流 量 田 间 测 定, 杜 克 森 林 (Duke Forest) 生 态 系 统 进 行 的 自 由 CO2 增 浓 实 验 (Free Air CO2 Enrichment Experiment, 或 FACE) 等 )( 参 见 图 ) 热 带 森 林 ( 如 巴 西 大 规 模 生 物 圈 大 气 圈 实 验, 即 LBA Large-Scale Biosphere-Atmosphere Experiment in Amazonia) 和 美 国 西 南 部 的 半 干 旱 荒 漠 ( 如 半 干 旱 地 区 土 地 植 被 大 气 圈 项 目, 即 SALSA Semi-Arid Land-Surface-Atmosphere Program), 北 方 森 林 生 态 系 统 大 气 圈 研 究 ( 即 BOREAS) 等 均 属 于 多 学 科 的 田 间 实 验, 旨 在 弄 清 楚 世 界 森 林 在 全 球 变 化 中 所 扮 演 的 角 色 (Lin Guanghui, 1999) 3 全 球 气 候 模 型 (1)GCMs(Global Climate Models,General Circulation Models) 把 地 球 分 成 5 5 度 的 经 纬 栅 格 ( 有 些 模 型 用 度 ), 然 后 再 把 每 个 栅 格 从 地 面 到 大 气 垂 直 分 成 无 数 层 面, 仅 全 球 大 气 层 的 计 算 就 需 要 个 栅 格 每 个 栅 格 的 属 性, 如 土 壤 植 被 冰 雪 水 分 山 脉 河 流 海 洋 云 层 经 度 纬 度 等, 都 在 模 型 中 有 所 表 述 实 质 上 是 利 用 上 述 参 数 对 全 球 CO2 温 度 降 水 三 者 之 间 两 俩 进 行 预 测 (2)GCMs 对 气 候 变 化 的 预 测 A 巨 大 的 同 温 层 变 冷 (Angell,1986) 过 去 25 年 间, 对 流 顶 层 ( 地 表 上 9~16 公 里 ) 和 低 同 温 层 (16~20 公 里 ) 一 直 在 变 冷 且 温 度 变 化 的 速 度 随 纬 度 增 加 而 加 速 低 同 温 层 的 冷 相 在 南 半 球 较 北 半 球 明 显, 且 雷 达 和 卫 星 数 据 均 显 示 出 在 北 半 球 中 高 纬 度 的 中 间 平 流 层 (30 公 里 ) 有 一 明 显 的 冷 锋 B 全 球 平 均 表 面 温 度 升 高 CO2 加 倍, 全 球 气 温 将 升 高 1.5~4.5, 很 可 能 是 3, 增 速 在 每 10 年 0.3 的 范 围 内 ; 但 预 测 模 型 中 不 确 定 的 因 素 是 大 气 - 海 洋 - 陆 地 系 统 的 反 馈 作 用 是 否 将 削 弱 这 种 增 温 趋 势 利 用 全 球 2 亿 个 温 度 记 录 的 分 析 表 明, 全 球 年 平 均 气 温 呈 稳 定 升 高 的 趋 势, 自 1860 年 至 今 已 升 高 了 0.6 尽 管 北 半 球 曾 经 历 过 间 歇 性 冷 期 (1945~1975), 南 半 球 则 从 未 出 现 过 明 显 的 冷 势 在 1980~1990 的 十 年 间, 出 现 了 7 个 最 暖 的 记 录 另 据 Strong(1989) 利 用 卫 星 数 据 对 海 平 面 温 度 的 预 测,1982~1988 年, 海 平 面 温 度 每 年 升 高 0.1, 来 自 船 舶 的 数 据 为 0.05 这 里 不 排 除 时 间 尺 度 的 局 限 性 C 其 它 几 种 预 测 Kar, et al.(1991) 预 测 可 能 夜 间 变 暖 ; 而 其 他 人 则 认 为 更 有 可 能 发 生 极 地 表 面 冬 季 变 暖 (Angell, 1986;Hare & Ogallo, 1993) 其 它 预 测 结 果 包 括 : 海 冰 减 少 (Washington & Meehl, 1989), 全 球 平 均 降 水 增 加 (Manabe & Wetherald, 1987), 夏 季 大 陆 明 显 暖 干 化 (Manabe & Wetherald, 1987;Bradley, et al. 1987;Diaz, 1983), 全 球 平 均 海 平 面 将 升 高 2-5cm(Wigley & Raper,1987;Peltier & Tushingham, 1989;Zwally, 1989), 按 每 10 年 升 高 24mm 计 算, 到 2050 年 海 平 面 将 升 高 33cm, 并 最 终 导 致 海 岸 线 急 剧 上 涌 向 大 陆 推 进 30m(Bakun, 1990) 二 气 候 对 荒 漠 化 的 影 响 3

24 荒 漠 化 (Desertification) 系 指 包 括 气 候 变 异 和 人 类 活 动 在 内 的 种 种 因 素 造 成 的 干 旱 半 干 旱 和 亚 湿 润 干 旱 地 区 的 土 地 退 化 这 里 所 指 的 干 旱 地 区 是 指 年 雨 量 与 潜 在 蒸 发 散 之 比 在 0.05~ 0.65 之 间 的 大 陆 地 区, 但 不 包 括 极 区 和 副 极 区 (UNEP,1994) 荒 漠 化 的 发 展 将 加 速 土 壤 风 蚀 和 水 蚀, 降 低 陆 地 植 被 覆 盖 度 与 生 物 量, 增 加 土 壤 盐 渍 化, 减 少 土 壤 水 分, 增 加 表 面 径 流, 干 扰 大 气 环 流 和 水 文 循 环 导 致 气 候 变 化 等 气 候 对 荒 漠 化 的 影 响 是 一 个 缓 慢 而 渐 进 的 过 程, 主 要 是 通 过 其 对 旱 地 土 壤 植 被 水 文 循 环, 加 之 人 类 对 土 地 的 不 合 理 利 用 而 改 变 了 全 世 界 40% 的 旱 地 景 观 (UNEP,1992;1997) 有 别 于 湿 润 地 区 富 含 有 机 质 的 良 田 沃 土, 旱 地 土 壤 多 数 贫 瘠 且 盐 碱 化, 这 便 决 定 了 旱 地 易 受 风 水 侵 蚀 的 自 然 特 征 表 2-2 列 出 了 不 同 旱 地 土 壤 水 蚀 风 蚀 及 盐 渍 化 程 度 的 野 外 观 测 结 果, 并 尝 试 性 探 寻 这 些 观 测 值 与 实 际 发 生 的 和 潜 在 的 脆 弱 性 之 间 的 关 系, 这 里 暂 不 考 虑 实 际 的 应 用 ; 对 潜 在 荒 漠 化 的 危 害 分 级 也 仅 限 于 定 性 范 围 随 着 GIS 和 卫 星 影 像 的 广 泛 应 用, 为 准 确 评 估 旱 地 植 被 对 降 水 变 异 和 生 物 量 燃 烧 的 季 节 性 变 化 提 供 了 有 力 的 技 术 手 段 在 考 虑 气 候 对 旱 地 植 被 类 型 生 物 量 和 多 样 性 有 强 烈 影 响 的 同 时, 也 不 得 不 修 正 当 地 或 区 域 性 地 势 地 貌 岩 性 坡 向 土 壤 类 型 等 因 素 的 反 馈 效 应 从 长 远 来 看, 环 境 干 扰 对 维 护 热 带 和 旱 地 生 态 系 统 的 生 物 多 样 性 和 适 应 性 具 有 重 要 作 用, 并 对 生 态 系 统 的 功 能 发 挥 和 恢 复 具 有 负 效 应 ; 但 需 要 对 干 扰 的 强 度 和 频 度 时 间 与 空 间 尺 度 有 准 确 的 把 握 以 往 有 关 对 旱 地 生 态 系 统 处 理 气 候 变 异 周 期 性 干 旱 和 洪 水 等 自 然 灾 害 能 力 的 质 疑 困 惑, 大 多 是 由 于 对 生 态 系 统 的 时 间 尺 度 和 空 间 尺 度 界 定 不 清 造 成 的 旱 地 生 态 系 统 对 付 恶 劣 环 境 ( 少 雨 高 温 土 壤 贫 瘠 或 盐 渍 化 周 期 性 或 季 节 性 极 端 气 候 等 ) 的 策 略 多 种 多 样, 特 别 是 对 周 期 性 洪 水 和 干 旱 有 高 度 的 恢 复 力, 植 物 和 动 物 更 是 如 此 (Stafford-Smith & Morton, 1990) 生 物 量 间 的 年 际 差 异 可 看 作 是 对 降 雨 变 异 的 一 种 反 应, 而 不 应 该 同 人 为 的 荒 漠 化 过 程 混 为 一 谈 野 外 观 测 和 遥 感 数 据 业 已 确 认, 旱 地 植 物 的 密 度 和 生 物 量, 除 了 随 季 节 和 年 际 雨 量 变 化 而 存 在 着 时 间 波 动 以 外, 还 存 在 着 同 等 重 要 的 空 间 变 异 旱 地 植 被 的 这 种 时 间 和 空 间 变 异, 早 已 为 牧 场 主 们 所 熟 知, 4

25 表 2-2 旱 地 土 壤 退 化 的 范 围 及 严 重 性 ( 按 大 陆 划 分, 10 6 hm 2 )(UNEP, 1992; 1997) 大 陆 分 区 非 洲 亚 洲 澳 州 欧 洲 北 美 洲 南 美 洲 干 旱 分 区 亚 湿 润 干 旱 区 半 干 旱 区 干 旱 区 亚 湿 润 干 旱 区 半 干 旱 区 干 旱 区 亚 湿 润 干 旱 区 半 干 旱 区 干 旱 区 亚 湿 润 干 旱 区 半 干 旱 区 干 旱 区 亚 湿 润 干 旱 区 半 干 旱 区 干 旱 区 亚 湿 润 干 旱 区 半 干 旱 区 干 旱 区 荒 漠 化 程 度 轻 度 和 中 度 强 度 和 极 度 荒 漠 化 面 积 小 计 占 旱 地 % 合 计 旱 地 总 面 积 (5 200) 表 2-3 旱 地 土 壤 的 荒 漠 化 状 况 (FAO,1990) 土 壤 母 质 土 群 自 然 侵 蚀 状 况 荒 漠 化 程 度 未 风 化 岩 或 风 化 岩 雏 形 土 薄 层 土 A1 A1 A1 A2,B1 A2 A2 松 岩 性 土 风 化 岩 铁 铝 土 A1,B1 A2 石 灰 岩 钙 质 土 A1 A2 沙 片 岩 砂 土 C1 A1,B1,C3 冲 积 层 冲 积 土 淋 溶 土 A1,B1 A1,B1 A2,B1,D3 A2,B2,C2,D3 粘 土 变 性 土 A1,B1 B2,D2 粘 磐 土 A1,B1 A2,B3,C1,D2 盐 土 A2,B1,D1 A2,B2,D3 碱 土 A2,B1 A3,B3,D3 注 解 :A: 片 蚀,B: 沟 蚀,C: 风 蚀,D: 盐 渍 化 1: 轻 度,2: 中 度,3: 严 重 并 把 这 看 成 是 旱 地 植 被 对 限 制 性 环 境 因 子 ( 水 分 土 壤 营 养 ) 的 保 护 性 反 应 Dregne & Tucker (1988) 利 用 NOAA AVHRR 卫 星 影 像, 监 测 到 沿 Sahara 半 干 旱 边 缘 的 植 被 变 化 与 年 降 雨 变 率 有 关 Tucker, et al. (1991) 后 来 的 研 究 佐 证 了 早 期 的 发 现 并 证 实 : 植 被 对 生 长 季 节 降 水 的 反 应 及 荒 漠 边 缘 植 被 的 扩 张 和 收 缩, 与 年 复 一 年 的 降 雨 变 率 高 度 一 致 在 1980~1990 的 十 年 间,Sahara 地 区 200mm 年 降 雨 量 的 南 界 ( 按 公 认 的 Sahara 南 界 ) 有 较 大 的 波 动 ( 图 2-2), 且 同 一 经 度 的 不 同 地 区 间 存 在 着 显 著 差 异, 一 些 地 区 表 现 出 高 度 变 异 性, 而 其 它 地 区 则 变 异 极 小 降 水 分 界 线 是 根 据 平 均 植 被 指 数 确 定 的 ; 即 利 用 红 外 近 红 外 波 段 的 卫 星 光 谱 数 据 推 断 而 得, 并 通 过 对 整 个 生 长 季 生 物 量 的 加 权 平 均 得 出 初 级 总 产 量 5

26 图 ~1990 十 年 间 Sahara200mm 年 降 雨 线 的 变 化 趋 势 ( 估 价 误 差 为 :±15km, ±0.14 ; 引 自 Tucker, et al., 1991) 1984 年 是 本 世 纪 以 来 Sahel 最 干 旱 的 一 年,NDVI ( Normalized Difference Vegetation Index) 显 示 出 与 年 平 均 降 雨 量 的 显 著 相 关 性 ( 十 年 中 的 最 低 值 ), 且 Sahel 与 Sahara 的 分 界 线 较 前 几 年 进 一 步 南 移 在 1980~1984 干 旱 年 间, 推 断 的 200mm 等 雨 量 线 整 整 南 移 了 240km, 平 均 每 年 南 移 60km 在 1983~1986 年 间, 沙 漠 北 移 了 143km Tucker, et al.(1991) 得 出 的 最 后 结 论 是 : 需 要 进 行 几 十 年 的 定 位 研 究, 以 进 一 步 确 认 Sahara 沙 漠 扩 展 和 收 缩 的 长 期 性 近 半 个 世 纪 以 来, 随 着 人 类 对 干 旱 半 干 旱 区 土 地 资 源 的 大 规 模 开 发, 出 现 了 人 们 始 料 未 及 的 世 界 范 围 的 荒 漠 化 问 题 ; 荒 漠 化 已 成 为 全 球 最 严 重 的 环 境 问 题 之 一 现 实 使 人 们 清 醒 地 认 识 到 : 防 治 荒 漠 化 不 仅 是 实 现 社 会 资 源 环 境 和 经 济 可 持 续 发 展 的 重 要 保 障, 而 且 是 发 展 中 国 家 消 除 贫 困 走 向 富 裕 的 必 由 之 路 目 前, 全 球 2/3 的 国 家 和 地 区, 约 9 亿 人 口, 全 球 陆 地 面 积 的 1/4 受 到 不 同 程 度 荒 漠 化 的 危 害, 而 且 仍 以 每 年 5~7 万 km 2 的 速 度 扩 大 ; 由 此 造 成 的 经 济 损 失, 估 计 每 年 为 423 亿 美 元 荒 漠 化 已 直 接 和 间 接 对 全 世 界 10 亿 人 的 生 计 构 成 威 胁 过 去 25 年 间, 荒 漠 化 在 亚 湿 润 干 旱 地 区 ( 湿 润 指 数 在 0.5~0.65 之 间 ) 呈 明 显 增 长 的 势 头, 且 旱 地 的 大 多 数 居 民 目 前 生 活 在 这 一 区 域 全 世 界 70% 的 农 用 旱 地 已 有 不 同 程 度 的 退 化, 总 面 积 约 为 35 亿 hm 2,100 多 个 国 家 正 在 遭 受 旱 地 退 化 对 社 会 经 济 的 不 利 影 响 (UNEP, 1992; 1994) 目 前, 对 荒 漠 化 与 气 候 间 的 相 互 作 用 给 予 综 合 评 价, 以 寻 求 对 二 者 之 间 的 互 作 有 一 个 定 量 的 理 解 ; 其 最 大 的 障 碍 就 是 缺 乏 荒 漠 化 范 围 状 况 及 其 走 势 的 准 确 数 据, 且 急 迫 需 要 建 立 一 整 套 全 世 界 统 一 的 总 括 旱 地 退 化 的 基 准 数 据, 以 规 范 现 存 的 方 法 和 标 准 关 于 气 候 变 化 对 中 国 荒 漠 化 进 程 的 影 响, 已 有 专 论 ( 慈 龙 骏,1994), 在 此 不 多 赘 述 尽 管 与 荒 漠 化 有 关 的 数 据 间 存 在 着 明 显 的 差 异, 毕 竟 这 些 半 定 量 化 的 信 息 为 我 们 窥 视 人 类 活 动 对 各 种 旱 地 土 壤 和 大 气 的 影 响 提 供 了 一 种 可 能 气 候 变 化 与 荒 漠 化 二 者 的 关 系 和 相 互 作 用, 无 论 从 何 种 尺 度 来 看, 都 仍 然 是 一 个 尚 未 全 知 的 复 杂 灰 色 系 统 为 了 简 单 明 了 地 阐 述 二 者 的 互 作 关 系, 这 里 首 先 谈 及 气 候 对 导 致 荒 漠 化 的 几 个 主 要 过 程 的 影 响 ; 而 后 再 简 述 荒 漠 化 过 程 对 当 地 及 区 域 性 气 候 的 反 馈 效 应 ; 进 而 论 及 荒 漠 化 在 全 球 气 候 变 化 中 的 地 位 和 作 用 三 荒 漠 化 对 气 候 的 响 应 人 类 活 动 对 干 旱 地 区 的 景 观 特 征 及 其 大 气 组 分 产 生 根 本 性 的 影 响 的 机 制, 就 是 通 过 干 扰 干 旱 地 区 的 地 - 空 能 量 交 换 平 衡 而 产 生 效 力 ; 具 体 表 现 在 对 地 表 反 射 率 地 表 粗 糙 度 土 壤 水 分 大 气 粒 子 含 量 水 分 交 换 及 地 - 空 能 量 平 衡 的 扰 乱, 从 而 对 中 小 尺 度 的 区 域 性 气 候 产 生 影 响 (Otterman,1974; Charney et. al, 1975) 尽 管 这 些 复 杂 的 数 量 化 模 型 及 大 量 野 外 观 测 对 理 解 气 候 变 化 及 其 对 旱 地 人 类 活 动 的 影 响 多 有 帮 助, 但 仍 然 没 能 从 根 本 上 解 决 问 题 在 有 些 地 区, 荒 漠 化 似 乎 有 导 致 大 气 变 冷 的 趋 势, 而 另 外 一 些 地 区 则 得 出 了 大 气 变 暖 潜 在 蒸 散 增 加 的 相 反 结 果 若 把 降 水 因 子 也 考 虑 在 内 的 话, 这 一 问 题 势 必 更 加 复 杂 化 ; 且 人 类 活 动 对 降 雨 量 的 影 响 一 直 是 有 争 议 的 论 题 6

27 热 带 亚 热 带 地 区 的 生 物 量 燃 烧 已 成 为 普 遍 现 象 ; 旱 地 大 火 则 是 烟 雾 和 痕 量 气 体 的 主 要 释 放 源 ; 稀 树 草 原 的 燃 烧, 除 了 对 全 球 N C 和 臭 氧 层 的 影 响 以 外, 主 要 释 放 物 质 则 是 烟 尘 据 估 计, 同 化 石 燃 料 燃 烧 的 烟 雾 释 放 量 (22.5~ g/yr) 相 比, 热 带 生 物 量 燃 烧 的 烟 雾 释 放 量 约 为 25~ g/yr 在 对 流 臭 氧 层 中, 来 自 全 球 生 物 量 燃 烧 的 气 体 约 占 38%; 而 在 燃 烧 过 程 中, 生 物 量 中 几 乎 有 一 半 的 N 是 以 N 2 的 形 式 浪 费 掉, 仅 此 一 项, 就 导 致 热 带 生 态 系 统 的 固 氮 损 失 达 10~ g/yr; 稀 树 草 原 燃 烧 释 放 的 C N 贡 献 率 分 别 占 30% 和 20% 如 果 认 定 总 的 生 物 量 燃 烧 贡 献 了 全 球 气 体 总 量 40% 的 话 (Crutzen, et al.,1990; Cachier,1992), 那 么 旱 地 燃 烧 的 贡 献 率 保 守 估 计 也 在 10% 上 下 干 旱 和 半 干 旱 地 区 一 致 被 视 为 大 气 搬 运 浮 尘 的 源 地 大 气 尘 埃 对 地 - 空 能 量 平 衡 的 影 响 过 程 相 当 复 杂, 且 受 控 于 多 种 因 素, 象 尘 埃 的 大 小 和 分 布, 尘 源 的 强 度, 尘 埃 的 下 沉 速 率 消 光 性 旋 光 性 吸 光 性, 单 粒 散 射 - 反 射 率 不 匀 称 性 等 等 (d Almeida, 1989) 现 已 查 明, 暖 相 一 般 发 生 在 尘 埃 层, 而 冷 相 多 发 生 在 尘 埃 层 下 部 的 近 地 表 层 ; 大 气 的 温 度 升 速 约 每 日 2, 而 地 表 的 降 温 速 率 为 每 日 10~15 因 此, 在 吸 收 性 尘 埃 层 存 在 的 情 况 下, 地 表 能 量 平 衡 的 变 化 集 中 表 现 在 对 短 波 辐 射 接 收 的 急 剧 减 少 ; 一 个 重 要 的 次 级 变 化 则 是 近 地 表 层 增 温 并 增 加 了 大 气 的 稳 定 性 众 多 观 察 发 现, 荒 漠 化 对 地 - 空 能 量 平 衡 的 另 一 个 根 本 性 的 影 响 导 源 于 对 水 文 循 环 的 破 坏 多 数 情 况 下, 植 被 的 减 少 或 消 失, 升 高 了 地 表 和 近 地 表 的 温 度, 提 高 了 近 地 表 的 风 速, 降 低 了 近 地 表 层 的 大 气 湿 度, 进 而 导 致 了 地 表 径 流 和 潜 在 蒸 散 的 增 加 ; 上 述 结 果 将 直 接 减 少 土 壤 水 分, 加 速 了 用 于 蒸 发 和 蒸 腾 的 能 量 递 减 速 度 当 能 量 方 程 中 的 潜 热 项 (LE) 减 小 之 时, 便 意 味 着 有 更 多 的 能 量 被 用 于 地 表 升 温 或 空 气 升 温 ; 此 时 的 Bowen 比 率 ( 定 义 为 H/LE) 在 荒 漠 化 地 区 明 显 升 高 (Bryant, et al.,1990) 这 些 与 水 文 循 环 有 关 的 能 量 平 衡 的 变 化 常 常 能 削 弱 对 大 气 反 射 率 表 面 粗 糙 度 及 大 气 尘 埃 造 成 的 影 响 Philllips(1993) 总 结 了 这 一 现 象 并 提 出 假 设 : 旱 地 的 土 壤 水 分 直 接 与 植 被 覆 盖 度 降 雨 量 和 水 蚀 成 正 相 关, 而 与 反 射 率 温 度 和 风 蚀 成 负 相 关 人 为 活 动 通 过 对 地 - 空 能 量 平 衡 的 影 响 而 引 起 的 旱 地 地 表 和 大 气 组 分 的 变 化 肯 定 会 对 区 域 性 气 候 和 小 气 候 产 生 影 响, 且 已 经 被 众 多 数 量 化 模 型 所 模 拟, 并 被 大 量 野 外 试 验 所 证 实 气 候 在 荒 漠 化 地 区 有 变 暖 和 变 冷 趋 势, 而 降 水 的 增 加 或 减 少 尚 难 以 确 定 ; 目 前 有 足 够 的 证 据 表 明, 增 加 植 被 可 能 有 利 于 旱 地 降 水, 植 被 减 少 则 可 能 对 当 地 降 水 不 利 而 现 在 的 关 键 问 题 是, 如 果 把 大 气 环 流 水 文 循 环 地 - 空 能 量 平 衡 等 因 素 全 盘 考 虑 的 话, 多 种 模 型 的 预 测 结 果 便 会 出 现 相 互 冲 突 之 处 ; 现 存 模 型 的 不 断 修 正 有 限 的 解 释 力 和 准 确 性 时 间 和 空 间 尺 度 的 局 限 性 等, 都 使 得 对 旱 地 的 气 候 ( 诸 如 温 度 降 水 ) 模 拟 过 程 处 于 两 难 的 境 地 ; 同 时 也 增 加 了 对 控 制 和 了 解 气 候 变 化 与 荒 漠 化 之 间 相 互 作 用 的 难 度 四 荒 漠 化 与 全 球 气 候 变 化 的 相 互 作 用 本 世 纪 以 来, 干 旱 地 区 正 在 变 暖 的 走 势 已 成 定 局 美 国 西 北 南 美 洲 南 部 南 部 非 洲 和 澳 大 利 亚 的 干 旱 地 区, 气 候 变 暖 十 分 明 显 ; 同 样 的 情 况 也 发 生 在 东 部 中 东 地 区 和 西 半 壁 亚 洲 沙 漠 地 区 令 人 疑 惑 的 是, 亚 洲 沙 漠 的 区 域 性 变 冷 也 时 有 发 生 就 气 象 资 料 统 计 来 看, 旱 地 的 降 雨 水 平 没 有 发 生 显 著 变 化, 且 北 美 的 西 南 部 和 澳 大 利 亚 的 西 部 沙 漠 还 表 现 出 变 湿 的 走 向 目 前 为 止, 在 所 有 旱 地 中 降 水 变 化 最 显 著 的 地 区 首 推 Sahel; 该 地 区 自 50 年 代 中 期 以 来, 降 雨 量 急 剧 下 降, 甚 至 带 来 了 人 员 和 经 济 的 惨 重 损 失 (Hare & Ogallo, 1993) 为 了 探 究 Sahel 地 区 降 水 减 少 的 真 正 原 因, 气 候 学 家 提 出 了 多 种 成 因 机 制 ; 海 平 面 温 度 ( 包 括 厄 尔 尼 诺 - 南 方 涛 动 )(Bate,1990) 地 表 状 况 大 气 环 流 模 式 各 种 温 室 气 体 的 累 积 等 上 述 因 素 的 任 一 变 化, 都 会 或 多 或 少 对 降 水 产 生 影 响 (Ayoade, 1977; Druyan, 1989; Nicholson, 1989; Lamb & Peppler, 1991) 尽 管 一 些 模 型 预 测 到 -- 温 室 气 体 升 高 将 导 致 降 水 减 少 -- 这 一 结 论 与 实 际 的 降 水 记 录 基 本 一 致 ; 但 与 温 度 因 子 不 同, 降 水 及 其 过 程 受 控 于 多 种 大 气 环 境 因 素 ( 包 括 温 度 因 子 ), 很 难 推 断 温 室 气 体 对 降 水 变 化 的 准 确 贡 献 率 因 此, 气 候 学 家 普 遍 认 为, 如 果 工 业 的 发 展 和 燃 料 使 用 的 结 构 不 变, 到 2030 年 ( 或 2050 年 ) 大 气 中 CO 2 及 其 它 温 室 气 体 的 含 量 将 相 当 于 工 业 化 前 CO 2 含 量 的 2 倍 ( 慈 龙 骏,1994), 至 少 可 以 断 定 温 室 气 体 7

28 的 积 累 将 导 致 21 世 纪 全 球 升 温 1~5 ; 只 是 有 些 模 型 预 测 : 所 有 旱 地 均 有 四 季 升 温 的 趋 势, 而 另 有 模 型 预 测 : 只 在 中 高 纬 度 地 区 有 明 显 升 温 对 降 水 变 化 及 其 变 幅 的 预 测, 各 模 型 间 和 地 区 间 的 预 测 结 果 大 相 径 庭, 且 预 测 的 可 信 度 较 温 度 的 预 测 不 可 同 日 而 语 就 旱 地 对 全 球 温 室 气 体 的 贡 献 率 而 言, 估 计 在 5~10% 左 右, 其 中 旱 地 退 化 的 贡 献 率 小 于 5% 这 一 比 率 在 全 球 尺 度 上 并 不 起 眼, 但 在 地 区 或 国 家 尺 度 就 显 得 举 足 轻 重 了 多 数 旱 地 国 家 的 人 为 CO 2 排 放 量 较 小, 因 此, 这 一 地 区 的 CO 2 排 放 量 同 其 植 被 同 化 量 已 达 稳 态 上 个 世 纪, 大 气 中 的 CO 2 约 增 加 了 40%, 温 度 和 干 旱 的 趋 势 与 数 量 模 拟 结 果 基 本 一 致 (Williams & Balling,1994) 总 之, 目 前 对 荒 漠 化 和 气 候 变 化 相 互 作 用 进 行 定 量 评 价 的 重 要 障 碍 源 于 所 用 数 据 的 不 一 致 性 及 其 数 据 特 征 的 差 异 迄 今 仍 然 缺 乏 能 以 较 大 精 确 度 来 显 示 各 不 同 地 区 的 变 化 和 速 率 的 精 确 数 据 因 此, 要 求 人 们 进 一 步 研 究 以 确 定 人 类 应 对 此 过 程 负 责 的 程 度 和 采 取 紧 急 有 效 的 行 动 去 控 制 全 球 正 在 发 生 的 灾 难 荒 漠 化 致 使 风 蚀 水 蚀 加 速 ; 旱 地 土 壤 盐 分 积 累 增 加 ; 土 壤 结 皮 和 地 表 径 流 增 加, 导 致 土 壤 结 构 稳 定 性 减 弱 土 壤 通 透 性 和 持 水 力 下 降 ; 森 林 植 被 逐 渐 演 替 为 稀 树 草 原 或 杂 木 灌 丛 ; 干 旱 地 区 的 河 流 水 量 变 幅 加 大, 导 致 淡 水 湖 泊 湿 地 溪 流 等 水 体 的 盐 分 含 量 递 增 ; 旱 地 生 态 系 统 的 物 种 多 样 性 及 其 生 物 量 减 少 等 等 造 成 上 述 结 果 的 原 因 并 不 能 全 部 归 结 于 人 类 活 动, 也 包 括 短 期 的 气 候 变 异 长 期 的 气 候 干 燥 及 突 发 性 严 重 干 旱 和 洪 水 等 ; 另 外 旱 地 退 化 的 多 种 过 程 也 不 是 同 一 时 间 同 一 地 点 同 时 发 生 的 因 此, 要 定 量 评 价 荒 漠 化 发 生 发 展 的 因 果 关 系, 就 必 须 在 时 间 - 空 间 尺 度 上 牢 牢 把 握 引 起 荒 漠 化 的 各 个 过 程 及 其 动 态, 否 则 就 只 能 观 其 果 ( 荒 漠 化 现 象 ) 而 不 知 其 因 ( 造 成 荒 漠 化 的 本 质 ) 大 气 环 流 模 型 表 明, 若 ITCZ (Intertropical Convergence Zone) 北 部 的 反 射 率 由 14% 增 加 到 35% 的 话, 将 导 致 ITCZ 南 移 几 度 ;Sahel 地 区 的 雨 季 降 雨 量 将 减 少 40% 如 果 认 定 总 的 生 物 量 燃 烧 贡 献 了 全 球 气 体 总 量 40% 的 话, 那 么 旱 地 燃 烧 的 贡 献 率 保 守 估 计 也 在 10% 上 下 荒 漠 化 对 气 候 的 影 响 是 通 过 干 扰 干 旱 地 区 的 地 - 空 能 量 交 换 平 衡 机 制 而 产 生 效 力, 另 一 个 根 本 性 的 影 响 则 导 源 于 对 水 文 循 环 的 破 坏 由 人 为 活 动 对 地 - 空 能 量 平 衡 的 影 响 而 引 起 的 旱 地 地 表 和 大 气 组 分 的 变 化 肯 定 会 对 区 域 性 气 候 产 生 影 响, 且 已 经 被 众 多 数 量 化 模 型 所 模 拟, 并 被 大 量 野 外 试 验 所 证 实 气 候 在 荒 漠 化 地 区 有 变 暖 和 变 冷 趋 势, 而 降 水 的 增 加 或 减 少 尚 难 以 确 定 ; 目 前 有 足 够 的 证 据 表 明, 增 加 植 被 可 能 有 利 于 旱 地 降 水, 植 被 减 少 则 可 能 对 当 地 降 水 不 利 参 考 文 献 慈 龙 骏, 全 球 变 化 对 我 国 荒 漠 化 的 影 响. 自 然 资 源 学 报, 9(4): 289~303. Angell, Annual and seasonal global temperature changes in the troposphere and low stratosphere, 1960~1985. USDA Monthly Weather Review 114: Ayoade, J.O., Perspectives on the recent drought in the Sudano-Sahelian region of West Africa. Geophysik und Bioklimatologie (Series B)25: Bakun, Global climate change and intensification of coastal ocean upwelling. Science 247: Bate, A.K Climate in Crisis: The Greenhouse Effect and What Can Do. The Book Publishing Company, USA. Blaney, H.F. & Criddle, W.D Determing water requirements in irrigated areas from climatological and irrigation data. USDA (ARS)Technical Bulletin, 1275,59pp. Bradley et al, Precipitation fluctuations over Northern Hemisphere land areas since the mid-nineteenth century. Science 237: Bryant, N.A., et al, Measuring the effect of overgrazing in the Sonoran Desert. Climate Change, 17: Cachier, H., Biomass burning sources, in, W.A.Nierenberg (ed), Encyclopedia of Earth Science Systems. San Diego, Academic Press: Chappellaz et al Nature 345: Charney, J.G. et al, Drought in Sahara, A biogeophysical feedback mechanism. Science, 187: Crutzen, P.J. & M.O.Andreae, Biomass burning in the tropic: impact on atmospheric chemistry and biogeochemical cycles. Science, 250: d Almeida, G.A., Desert aerosol: Characteristics and effects on climate. Netherlands, Kulwer Academic Publishers, Diaz, Drought in the US: some aspects of major dry and wet periods in the contiguous US, J.Climatol. Appl.Meteorol. 22:3-16 Doorenbos, J. & Pruitt, W.O Guidelines for predicting crop water requirements. FAO Irrigation and Drainage Paper, 24,144pp. Dregne, H.E. & C.J.Tucker, Desert encroachment. Desertification Control Bulletin. 16:

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St. Lucie Press: Florida Stafford-Smith, D.M. & Morton, S.R., A framework for the ecology of arid Australia, Journal of Arid Environments. 18: Strong Creator global warming revealed by satellite derived sea-surface temperature trends. Nature 338: Thornthwaite, C.W. 1948: An approach towards a rational classification of climate. Geographical Review, 38,55~94 Tucker, C.J., Dregne, H.E. & Morton, S.R., Expansion and contraction of the Sahara Desert from 1980 to Science, 253: UNEP,1992. Status of desertification and implementation of the United Nations Plan of Action to Combat Desertification. Report of the Executive Director, Nairobi, United Nations Environment Programme. UNEP,1994. United States Convention to Combat Desertification in Those Counties Experiencing Serious Drought and / or Desertification, particularly in Africa. UNEP, Geneva and Nairobi UNEP,1997. World Atlas of Desertification (2 nd Edition). 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30 第 3 章 1 美 国 30 年 代 的 黑 风 暴 和 90 年 代 的 沙 尘 暴 2 林 光 辉 博 士 提 要 : 本 文 旨 在 向 各 位 读 者 详 细 介 绍 和 分 析 20 世 纪 30 年 代 以 及 最 近 1999 年 发 生 在 美 国 的 黑 风 暴 沙 暴 和 尘 暴 及 其 带 来 的 严 重 危 害 美 国 南 部 高 原 地 区 是 尘 暴 最 为 严 重 的 地 区 之 一, 虽 然 发 生 在 20 世 纪 30 年 代 的 黑 风 暴 臭 名 昭 著, 但 是,1999 年 在 德 州 西 部 和 新 墨 西 哥 州 东 南 部 又 爆 发 了 几 次 影 响 很 大 的 沙 暴 和 尘 暴 伴 随 着 飓 风, 这 些 沙 暴 和 尘 暴 穿 越 南 部 高 原 地 区, 搬 运 漂 移 数 百 公 里, 甚 至 数 千 公 里, 在 下 风 向 地 区 沉 降, 形 成 降 尘 天 气, 造 成 严 重 的 经 济 和 生 态 灾 害 极 端 的 旱 灾 和 土 地 利 用 不 当 都 是 30 年 造 成 黑 风 暴 的 主 要 原 因, 而 南 部 高 原 的 尘 暴 漂 移 物 几 乎 都 是 尘 暴 干 扰 地 区 无 植 被 保 护 地 表 土 壤 直 接 受 到 大 风 吹 蚀 的 产 物 1930 年 代, 美 国 政 府 采 取 了 一 系 列 补 救 措 施, 如 新 政 补 救 措 施, 对 减 缓 沙 暴 和 尘 暴 发 生 频 率 十 分 有 效 最 近 以 来, 强 烈 的 埃 尔 尼 诺 现 象 与 完 善 的 土 地 管 理 措 施 和 土 壤 保 持 项 目, 使 得 大 平 原 地 区 的 尘 暴 发 生 的 频 率, 较 往 年 沙 尘 暴 年 代 大 为 减 少 关 键 词 : 气 候 变 化, 荒 漠 化, 黑 风 暴, 沙 尘 暴, 美 国 引 言 20 世 纪 的 最 后 两 年, 中 国 北 方 连 遭 多 次 强 沙 尘 暴 袭 击, 连 首 都 北 京 也 在 劫 难 逃 沙 尘 暴 给 整 个 民 族 敲 响 了 警 钟 ( 朱 镕 基 语 ) 什 麽 原 因 导 致 了 如 此 频 繁 的 沙 尘 暴? 人 们 普 遍 认 为, 久 旱 过 牧 乱 砍 滥 伐 以 及 草 地 开 垦 河 岸 地 耕 作 坡 耕 地 种 植 等, 都 是 导 致 中 国 北 方 特 强 沙 尘 暴 发 生 的 根 本 原 因 ( 后 面 章 节 有 详 述 ) 人 口 增 长 与 工 业 开 发 消 耗 了 大 量 地 表 水 和 地 下 水 资 源, 致 使 地 下 水 位 补 给 远 远 赶 不 上 人 为 因 素 引 起 的 地 下 水 位 下 降, 城 建 废 土 废 渣 四 溢, 农 村 人 口 饮 水 不 足, 灌 溉 用 水 短 缺 所 有 这 些, 严 重 地 威 胁 着 中 国 自 己 养 活 自 己 的 能 力, 也 是 工 业 发 展 的 一 个 严 重 障 碍 中 国 1/4 的 国 土 面 积 为 沙 漠 沙 地 和 沙 荒 地, 几 乎 每 年 有 2500 平 方 公 里 的 土 地 面 积 沦 为 荒 漠 化 土 地, 这 些 面 积 大 都 是 那 些 仅 能 种 植 玉 米 仅 够 少 许 家 畜 和 山 羊 生 存 的 贫 困 地 区, 当 地 居 民 基 本 上 是 面 朝 黄 土 背 朝 天 和 靠 天 吃 饭 ( 朱 震 达 和 陈 广 庭,1994;Wang,1996;Ci, 1997) 然 而, 沙 尘 暴 不 仅 限 于 在 像 中 国 这 样 的 发 展 中 国 家 发 生 在 美 国, 不 仅 在 20 世 纪 的 30 年 代, 由 于 严 重 的 旱 灾 和 土 地 利 用 不 当, 在 大 平 原 的 广 大 地 区 发 生 黑 风 暴 (Gill et al.,1981; Howarth,1984; Lee et al.,1999), 就 是 最 近 几 年 也 时 有 发 生 (Gill et al.,2000) 尽 管 这 一 地 区 1999 年 所 报 道 的 沙 尘 暴 发 生 总 日 数 ( 大 约 40 天 ) 比 以 前 要 少 ( 大 约 60 天 ), 在 德 克 萨 斯 州 西 部 和 新 墨 西 哥 州 东 南 部 还 是 1 致 谢 : 作 者 特 别 感 谢 杨 有 林 和 卢 琦 对 本 文 初 稿 提 出 的 建 设 性 意 见 本 工 作 得 到 中 国 国 家 自 然 科 学 基 金 杰 出 青 年 基 金 资 助 ( 项 目 批 准 号 : ) 2 通 信 地 址 : Biosphere 2 Center/Columbia University,32540 S. Biosphere Road, Oracle, Arizona 86737, USA PPHONE: ; FAX: ; glin@bio2.edu 1

31 爆 发 了 几 次 影 响 极 大 的 沙 尘 暴, 1999 年 1 月 和 9 月 其 他 地 区 也 发 生 了 沙 尘 暴 这 些 沙 尘 暴 都 造 成 了 严 重 的 人 员 和 财 产 损 失 (Gill et al.,2000) 作 者 在 本 章 详 细 描 述 和 分 析 了 美 国 30 年 代 和 1999 年 发 生 的 几 次 大 的 沙 暴 和 尘 暴, 期 望 本 章 内 容 能 对 更 好 认 识 中 国 北 方 沙 尘 暴 灾 害 提 供 一 些 参 考, 并 为 探 讨 有 效 预 防 和 治 理 上 述 生 态 与 经 济 灾 害 措 施, 达 到 抛 砖 引 玉 的 目 的 20 世 纪 30 年 代 发 生 在 美 国 的 黑 风 暴 20 世 纪 30 年 代 发 生 在 美 国 西 南 大 平 原 的 那 场 黑 风 暴 是 一 场 危 及 人 类 的 生 态 灾 难 (Bennefield,1979;Hurt,1981;Howarth,1984;Lee et al.,1999), 黑 风 暴 得 名 于 1935 年 4 月 14 日 这 个 黑 色 星 期 日 ( 见 后 述 ) 这 场 黑 风 暴 持 续 了 整 整 十 年, 受 影 响 的 主 要 地 区 是 南 部 大 平 原, 北 方 受 影 响 的 程 度 较 轻 ( 图 1) 但 是, 因 黑 风 暴 造 成 的 农 业 荒 废 延 长 了 美 国 的 经 济 萧 条, 其 影 响 在 世 界 各 地 都 能 略 见 一 斑 图 1 20 世 纪 30 年 代 美 国 臭 名 昭 著 的 尘 窝 位 置 ( 图 中 阴 影 部 分 ) 正 如 约 翰 逊 斯 坦 因 贝 克 (John Steinbeck) 在 他 1939 年 的 小 说 愤 怒 的 葡 萄 (The Grape of Wrath) 中 写 道 : 当 时, 无 依 无 靠 者 被 从 堪 萨 斯 俄 克 拉 何 马 得 克 萨 斯 新 墨 西 哥 驱 逐 到 西 部 从 内 华 达 到 阿 坎 萨 斯, 无 数 的 家 庭 和 部 落, 被 沙 尘 暴 扫 地 出 门, 无 数 的 人 们 被 拖 拽 着 流 落 他 乡, 有 坐 汽 车 的, 有 乘 马 车 的, 无 家 可 归, 饥 寒 交 迫 ; 两 万 五 万 十 万 二 十 万 逃 难 者 翻 山 越 岭, 像 慌 慌 张 张 的 蚂 蚁 群, 跑 来 跑 去, 到 处 在 寻 找 工 作, 串 上 串 下, 出 出 进 进, 左 刨 右 刨, 东 采 西 樵, 地 上 任 何 东 西 背 上 的 任 何 包 袱, 都 是 果 腹 的 食 物 孩 子 们 在 饥 饿 中 挣 扎, 没 有 家, 没 有 地 方 栖 身 就 像 蚂 蚁 那 样, 仓 皇 奔 跑, 艰 辛 觅 食, 几 乎 所 有 的 人 为 有 一 片 土 地 奔 波 2

32 1935 年 的 4 月 14 日 ( 黑 色 星 期 日 ): 在 数 周 沙 尘 暴 发 生 之 后 ( 包 括 发 生 在 三 月 底 那 场 摧 毁 了 500 万 英 亩 小 麦 田 的 沙 尘 暴 ), 人 们 终 于 感 激 地 看 到 太 阳 出 来 了, 纷 纷 出 去 打 零 工, 上 教 堂 祈 祷, 出 门 野 营, 或 是 在 蓝 天 下 沐 浴 阳 光 下 午 时 分, 气 温 骤 然 下 降, 鸟 不 安 地 啼 鸣 突 然, 一 股 黑 云 出 现 在 地 平 线 上, 急 速 翻 滚 涌 来 路 上 的 行 人 在 沙 尘 中 搏 击 着 赶 回 家, 有 些 人 则 不 得 不 在 半 途 中 停 下 来, 在 废 城 旧 址 中 寻 找 藏 身 之 地 就 这 样 在 漆 黑 中 静 坐 了 四 个 多 小 时, 时 时 担 心 会 窒 息 而 死 ; 之 后, 继 续 上 路. 发 生 在 这 个 黑 色 星 期 日 的 沙 尘 暴 是 30 年 代 最 严 重 的 沙 尘 暴 之 一, 它 造 成 的 损 害 过 了 很 久 还 不 能 估 算 出 来 ( 图 2) 紧 接 在 沙 尘 暴 季 节 之 后, 发 生 在 4 月 14 日 的 这 一 沙 尘 暴 比 其 他 时 候 发 生 的 沙 尘 暴 影 响 更 大 阿 卫 斯 D 卡 尔 森 在 他 新 共 和 国 杂 志 的 文 章 中 写 道 : 就 像 用 铁 锹 往 脸 上 扬 沙 一 样 人 们 在 自 家 庭 院 赶 上 沙 尘 暴, 都 得 摸 着 台 阶 进 门 行 进 中 的 汽 车 必 须 停 下, 因 为, 世 界 上 没 有 一 只 车 灯 可 以 照 亮 黝 黑 沙 尘 漩 涡 这 次 沙 尘 暴 是 所 有 沙 尘 暴 中 最 为 可 怕 的 一 次 梦 魇, 但 是 在 偶 然 的 晴 朗 白 天 和 平 常 的 阴 沉 天 气, 我 们 都 无 法 摆 脱 沙 尘 恶 魔 的 纠 缠 我 们 成 天 与 沙 尘 生 活 在 一 起, 吃 着 尘 埃, 睡 在 沙 尘 之 中, 天 天 看 着 沙 尘 剥 夺 我 们 的 财 产, 使 我 们 财 产 的 希 望 变 的 渺 茫, 这 已 越 来 越 变 的 不 可 抗 拒 诗 情 画 意 般 的 春 季 精 神 变 成 过 去 了 传 说 中 的 幽 灵, 噩 梦 变 成 了 现 实 由 于 沙 尘 暴, 几 百 万 公 顷 的 农 田 废 弃, 几 十 万 人 口 流 离 失 所 (Howarth, 1984,Lee et al.,1999) 当 看 到 旱 灾 和 沙 尘 暴 没 有 暂 停 的 迹 象, 众 多 人 口 抛 弃 了 他 们 的 土 地, 其 他 滞 留 下 来 的 人, 在 丧 失 银 行 抵 押 土 地 贩 回 权 时, 也 被 强 迫 迁 出 家 门 总 计 有 四 分 之 一 的 人 口, 卷 起 所 有 行 头, 乘 着 各 种 大 小 机 动 车, 向 着 西 部 的 加 利 福 尼 亚 州 迁 移 尽 管 有 四 分 之 三 的 农 民 还 流 在 他 们 的 土 地 上, 也 有 相 当 数 量 的 地 区 几 乎 成 了 荒 芜 人 烟 的 空 城 (Howarth,1979,Svolida,1986) 黑 风 暴 引 起 的 大 量 人 口 迁 移 在 美 国 历 史 上 是 最 大 的 一 次 人 口 移 民 (Bonnefield,1979), 到 了 1940 年, 大 平 原 几 个 州 共 有 250 万 人 口 外 迁, 其 中 有 20 万 涌 入 加 利 福 尼 亚 州 正 如 1935 年 矿 工 杂 志 中 所 描 写 的 那 样, 这 些 生 态 移 民 当 他 们 来 到 边 境 时 是 不 受 欢 迎 的 人 有 一 当 地 人 驾 驶 着 一 辆 破 车 的 司 机, 挺 直 且 呆 板 地 演 讲, 歇 斯 底 里 地 狂 叫, 就 像 一 部 失 灵 的 机 车 上 每 一 个 铰 链 轴 承 连 接 部 位 都 在 发 出 刺 耳 的 怪 叫 声 一 样 : 加 利 福 尼 亚 的 救 济 名 单 现 在 严 重 满 员, 再 来 已 无 济 于 事, 而 几 乎 崩 溃 的 逃 难 者 却 不 管 他 在 说 什 么, 只 左 顾 右 盼 地 照 管 着 自 己 庞 大 的 家 庭 成 员, 紧 随 其 后 他 们 人 挨 人, 几 乎 水 泼 不 进, 挤 进 去 后 再 想 挤 丢 都 是 不 可 能 的 事 实 际 上 洛 杉 矶 警 察 局 长 不 得 不 带 着 125 名 警 察, 在 州 界 充 当 人 墙, 劝 阻 这 些 不 受 欢 迎 的 人 近 年 来 发 生 在 美 国 的 风 沙 尘 暴 记 录 近 年 来, 美 国 沙 尘 暴 发 生 的 频 率 不 是 很 高, 但 也 时 有 发 生, 例 如,1999 年 4 月 上 旬, 在 美 国 中 南 部 发 生 了 明 显 的 沙 尘 暴 事 件 1999 年 4 月 9 日, 又 在 科 罗 拉 多 州 和 堪 萨 斯 州 发 生 了 一 次 强 烈 的 尘 暴, 时 隔 一 周,4 月 14 日, 又 一 次 强 尘 暴 发 生 在 得 克 萨 斯 西 部 和 新 墨 西 哥 州 东 南 部 (Gill et al.,2000) 根 据 Gill 等 (2000) 的 相 关 表 述, 作 者 就 发 生 在 1999 年 的 几 次 尘 暴 和 沙 暴 做 些 介 绍 和 分 析 3

33 1999 年 1 月 21 日 1999 年 1 月 21 日, 出 现 在 墨 西 哥 州 北 部 亚 利 桑 那 州 / 新 墨 西 哥 州 的 南 部 和 德 克 萨 斯 州 西 南 部 的 高 大 滚 动 沙 尘 到 处 可 见 这 些 半 干 旱 荒 漠 地 区 残 留 的 几 个 干 涸 盐 湖 湖 床, 都 是 这 次 形 成 沙 尘 暴 的 沙 尘 源 德 克 萨 斯 州 西 南 地 区 还 分 布 了 将 有 大 风 和 扬 沙 的 警 报 ( 有 些 山 口 地 区 阵 风 达 到 公 里 / 小 时 ) 风 力 达 公 里 / 小 时, 地 面 自 动 报 告 系 统 还 记 录 地 面 能 见 度 下 降 低 于 1600 米 ( 图 3) 当 日, 国 家 海 洋 与 大 气 局 的 大 风 轮 廓 图 资 料 显 示 : 落 基 山 脉 南 部 宽 槽 带 形 成 了 一 个 黑 色 尘 柱, 新 墨 西 哥 州 白 沙 滩 8,000-10,000 米 的 高 空 出 现 了 旋 风 涡 ( 风 力 大 于 50 米 / 秒 ), 当 日 内 逐 渐 形 成 了 强 大 风 暴 1999 年 4 月 8 日 1999 年 4 月 8 日 下 午 晚 些 时 候, 科 罗 拉 多 州 和 堪 萨 斯 州 发 生 一 次 强 沙 尘 暴 ( 图 4) 国 家 海 洋 大 气 局 的 专 家 是 这 样 描 述 这 次 沙 尘 暴 的 : 4 月 8 日 夜 间 发 生 在 内 布 拉 斯 加 东 部 上 空 的 强 大 沙 尘 暴, 给 衣 阿 华 州 和 密 苏 里 州 带 来 了 大 暴 雨, 沙 尘 暴 一 个 晚 上 向 东 移 动, 并 在 伊 利 诺 伊 丝 州 和 俄 亥 俄 州 形 成 旋 风 夹 带 着 暴 雨, 注 意 到, 科 罗 拉 多 州 西 部 天 空 一 片 黄 色, 穿 越 堪 萨 斯 州, 进 入 沙 尘 暴 循 环 圈 这 是 一 次 大 气 尘 暴 漂 移, 由 大 风 自 高 原 地 区 搬 运 到 了 沙 尘 暴 中 心 地 带 大 风 逆 向 狂 吹, 盘 旋 在 低 压 地 带, 并 成 螺 旋 状 向 沙 尘 暴 中 心 旋 转 很 明 显,1999 年 4 月 8 日 当 天, 科 罗 拉 多 州 和 堪 萨 斯 州 地 面 突 然 爆 发 强 风, 沙 尘 暴 前 锋 移 动 速 度 超 过 50 米 / 秒 1999 年 4 月 14 日 1999 年 4 月 14 日, 又 一 场 强 沙 尘 暴 发 生 在 德 克 萨 斯 州 西 部 和 新 墨 西 哥 州 东 南 部 ( 图 5) 起 初, 尘 暴 从 白 沙 滩 开 始 向 西 移 动, 但 是, 逐 渐 形 成 尘 柱 西 移, 遮 挡 了 圣 安 地 尔 斯 山 脉 的 视 野, 穿 越 盆 地 1999 年 4 月 14 日 当 天, 一 股 强 大 的 低 压 带 穿 越 德 克 萨 斯 州 狭 长 走 廊 进 入 澳 克 拉 荷 马 州 上 午 稍 后, 由 于 极 端 的 强 压 影 响, 飓 风 后 侧 的 逆 向 强 风 开 始 形 成, 并 整 天 保 持 很 高 风 速 德 克 萨 斯 州 西 北 的 拉 伯 克 市 经 受 了 连 续 六 个 小 时 风 速 达 60 公 里 / 小 时 的 大 风 的 袭 击, 沙 尘 暴 前 锋 风 速 高 达 100 公 里 / 小 时, 得 克 萨 斯 技 术 大 学 气 象 站 下 午 4:57 的 大 风 记 录 达 到 105 公 里 / 小 时, 得 克 萨 斯 州 的 拉 伯 克 和 西 部 其 他 城 市 遭 受 的 沙 尘 暴 范 围 较 大, 但 危 害 相 对 较 小 据 报 道,4 月 14 日 夜 间, 得 克 萨 斯 州 西 部 中 部 以 及 新 墨 西 哥 州 的 东 南 部 许 多 地 方 出 现 扬 尘 天 气 据 气 象 台 站 报 道, 大 致 在 新 墨 西 哥 州 的 霍 布 斯, 得 克 萨 斯 州 的 章 克 申, 克 莱 尔, 阿 比 林, 柴 尔 德 里 斯, 拉 伯 克 等 范 围 内 出 现 扬 尘 天 气 或 者 阴 霾 天 气 这 一 多 边 地 区 的 北 部 和 西 部 许 多 地 方 普 遍 遭 受 了 泥 雨 的 洗 礼, 尘 暴 源 大 概 距 拉 伯 克 最 近 由 于 天 空 无 云, 卫 片 上 沙 尘 暴 清 晰 可 见 1999 年 5 月 4-5 日 4

34 1999 年 5 月 4-5 日 发 生 的 沙 尘 暴, 是 过 去 10 年 或 更 长 时 间, 发 生 在 得 克 萨 斯 州 西 部 最 大 的 突 发 性 沙 尘 暴 源 自 得 克 萨 斯 州 西 部 和 新 墨 西 哥 州 的 沙 尘 暴, 沉 降 地 点 最 近 的 也 到 了 衣 阿 华 州 和 伊 利 诺 伊 丝 州 境 内 ( 图 7-6) 1999 年 5 月 4 日 下 午 时 分, 一 个 非 常 巨 大 的 低 压 圈 正 在 自 澳 克 拉 荷 马 向 东 北 方 向 移 动, 这 里 曾 在 本 次 尘 暴 发 生 前 的 5 月 3 日, 发 生 过 北 美 历 史 上 破 坏 性 最 大 的 突 发 性 旋 风 当 天 上 午 晚 些 时 候, 在 得 克 萨 斯 西 部 和 新 墨 西 哥 东 部, 大 风 在 飓 风 后 侧 逆 向 狂 吹, 由 于 强 压 影 响, 且 全 天 风 速 不 减, 风 速 大 体 在 64 公 里 / 小 时 或 更 高, 得 克 萨 斯 州 西 部 和 新 墨 西 哥 州 东 部 大 部 分 地 区, 从 下 午 直 到 前 半 夜, 阵 风 超 过 80.5 公 里 / 小 时 土 壤 细 颗 粒 被 大 风 卷 入 不 稳 定 的 大 气 层, 使 得 得 克 萨 斯 州 和 俄 克 拉 何 马 州 上 空, 阴 霾 天 气 夹 带 着 大 量 沙 尘, 能 见 度 急 剧 下 降 下 午 晚 些 时 候, 拉 伯 克 城 里 的 能 见 度 几 乎 为 零, 且 空 气 中 沙 尘 吹 扬 地 面 观 测 站 记 录 的 沙 尘 搬 运 到 了 俄 克 拉 何 马 州 锡 尔 堡 以 东 更 远 的 地 区 卫 片 上 看 到 两 条 分 离 的 尘 埃 带 ( 肉 眼 和 红 外 线 均 可 看 到 ), 其 中 一 条 穿 越 墨 西 哥 的 奇 瓦 瓦 沙 漠 北 部 新 墨 西 哥 州 南 部, 向 德 明 以 南 和 以 东 延 伸, 穿 过 埃 尔 帕 索 得 克 萨 斯 州 的 佩 尔 缅 盆 地, 到 达 爱 德 华 高 原 东 部 边 缘 的 最 东 段 另 一 条 沙 尘 源 大 致 从 新 墨 西 哥 州 的 霍 布 斯 和 克 洛 维 斯 起 始, 穿 越 南 部 高 原, 向 着 得 克 萨 斯 州 的 拉 伯 克 和 柴 尔 德 里 斯 移 动, 呈 弧 形 进 入 俄 克 拉 何 马 州 的 东 北 部 这 次 沙 尘 暴 远 距 离 搬 运 的 沙 尘 埃 数 量 巨 大, 达 拉 斯 沃 思 堡 地 区 空 气 质 量 恶 劣, 夹 杂 着 大 量 来 自 南 部 高 原 的 细 颗 粒 和 微 粒 沙 尘 物 质, 致 使 5 月 4 日 夜 间 到 5 月 5 日, 达 拉 斯 地 区 的 汽 车 一 夜 之 间 涂 上 了 一 层 尘 埃 据 电 台 报 道,5 月 6 日, 衣 阿 华 东 南 地 区 露 天 汽 车 蒙 上 了 一 层 浅 褐 色 粉 尘 尘 埃, 密 芝 安 东 北 地 区 也 有 沙 尘 沉 降 5 月 6 日 下 午, 拉 伯 克 国 际 机 场 阵 风 达 到 20 米 / 秒, 得 克 萨 斯 技 术 大 学 达 到 27 米 / 秒, 再 次 发 生 了 土 壤 吹 蚀, 原 来 的 沉 降 尘 埃 再 次 被 吹 起, 悬 浮 在 高 空 1999 年 9 月 25 日 1999 年 9 月 25 日, 由 于 大 风 接 近 冷 锋, 上 午 10:25 刮 起 了 沙 尘 暴, 这 次 沙 尘 暴 在 俄 勒 冈 州 导 致 发 生 了 一 些 连 锁 反 应, 致 使 十 多 人 死 亡, 几 十 人 送 往 医 院 抢 救 一 场 让 人 迷 失 方 向 的 风 沙 尘 暴 ( 图 7-7), 导 致 了 周 末 ( 六 ) 高 速 公 路 连 环 撞 车 的 最 新 记 录, 造 成 俄 勒 冈 州 一 连 串 的 车 祸 伤 亡 例 如, 赫 米 斯 顿 和 彭 德 尔 顿 之 间 的 84 号 州 际 公 路 4 英 里 的 地 段 内, 至 少 有 三 起 事 故, 造 成 50 辆 汽 车 报 废,6 人 死 亡,23 人 重 伤 俄 勒 冈 东 部 和 华 盛 顿 的 三 条 高 速 公 路 上, 发 生 多 起 多 层 车 辆 连 环 相 撞, 几 十 人 被 送 进 医 院, 当 时 阵 风 达 136 公 里 / 小 时, 大 风 袭 击 干 燥 的 麦 田 和 山 艾 树 荒 漠, 整 整 肆 虐 了 一 天 另 外 一 次 明 显 的 连 锁 反 应 是 发 生 在 84 号 州 际 公 路 198 英 里 路 标 中 段 向 东 车 道 内, 一 共 有 5 辆 大 卡 车 和 11 辆 其 他 车 辆 相 撞, 导 致 4 人 死 亡 和 多 人 重 伤 美 国 沙 尘 暴 的 成 因 5

35 引 起 沙 尘 暴 的 因 素 诸 多, 在 美 国, 主 要 包 括 土 地 利 用 不 当 持 续 干 旱 以 及 大 平 原 地 区 的 土 壤 特 殊 性 质 土 地 利 用 不 当 黑 风 暴 主 要 是 落 后 的 农 业 生 产 和 多 年 的 连 续 干 旱 所 至 尽 管 美 国 大 平 原 地 区 的 旱 魔 是 不 可 避 免 的, 大 约 每 25 年 循 环 发 生 一 次 (Warrick et al.,1975; Warrick 1980), 但 干 旱 与 土 地 利 用 不 当, 二 者 吻 合 产 生 了 黑 风 暴 年 份 难 以 置 信 的 蹂 躏 南 部 平 原 土 地 上 原 来 草 本 植 物 固 定 着 地 表 细 物 质, 后 来 定 居 者 用 农 作 技 术 开 垦, 并 拓 建 家 园 (Hurt,1981;Svolida,1986) 第 一 次 世 界 大 战 期 间 小 麦 粮 食 需 求 巨 增, 致 使 表 土 损 失 遗 尽 大 量 饲 养 牛 羊, 使 草 场 放 牧 过 度, 西 部 平 原 地 表 植 被 覆 盖 过 度 啃 食, 干 旱 来 临, 地 表 遭 受 大 风 剥 蚀 大 平 原 草 地 深 耕 后 种 植 小 麦, 降 水 充 足 年 份, 粮 食 高 产 丰 产 在 30 年 早 期 干 旱 加 剧 之 后, 农 民 仍 然 从 事 耕 种 业, 却 颗 粒 无 收 地 表 失 去 了 植 被 的 保 护, 大 风 席 卷 旱 田 扬 起 沙 尘 巨 浪, 直 冲 天 空 一 连 数 日, 天 空 一 片 黑 暗, 甚 至 封 闭 良 好 的 房 子 里 的 家 具 上 也 都 积 有 厚 厚 的 一 层 尘 埃 有 些 地 区 地 面 上 的 沙 尘, 就 像 雪 片 一 样 随 风 滚 动, 掩 埋 农 田 持 续 干 旱 干 旱 是 引 起 30 年 代 黑 风 暴 的 另 一 主 要 因 素 ( 图 8) 干 旱 首 先 在 1930 年 袭 击 了 美 国 东 部 地 区,1931 年 向 西 部 转 移 1934 年, 将 整 个 大 平 原 地 区 沦 为 荒 漠 堪 萨 斯 的 记 者 艾 尼 尔 湃 勒 1936 年 在 描 写 俄 克 拉 何 马 州 界 北 部 时 写 道 : 如 果 想 让 自 己 心 肺 撕 裂, 就 来 这 里, 准 能 做 到 这 是 一 个 沙 尘 暴 的 世 界, 是 我 毕 生 见 过 的 最 为 悲 惨 的 土 地 在 20 世 纪, 降 雨 和 沙 尘 暴 记 录 表 明 干 旱 发 生 大 概 每 20 年 循 环 一 次, 单 数 的 十 年 为 干 旱 沙 尘 暴 频 发 年, 双 数 十 年 则 为 湿 润 且 沙 尘 暴 频 率 较 低 (Warrick et al., 1975; Warrick, 1980) 进 入 90 年, 这 种 循 环 不 再 出 现 厄 尔 尼 诺 现 象 改 进 后 的 土 地 管 理 措 施 以 及 水 土 保 持 项 目, 使 得 美 国 南 部 高 原 沙 尘 暴 整 体 状 况 与 早 期 沙 尘 暴 比 较, 发 生 频 率 减 少, 危 害 减 弱 (Gill et al.,2000) 最 新 的 一 项 研 究 表 明, 北 美 整 个 大 平 原 地 区 过 去 两 千 年 的 气 候, 可 能 经 历 了 许 多 像 30 年 折 磨 北 美 的 黑 风 暴 干 旱 年 份 (Laird et al.,1996) 一 样 的 时 期 这 一 地 区 遭 受 了 周 期 性 较 长 的 干 旱 和 比 30 年 代 黑 风 暴 更 为 强 烈 的 沙 尘 暴 时 期 公 元 1200 年 前, 频 繁 发 生 比 导 致 20 世 纪 30 年 代 黑 风 暴 更 为 严 重 的 旱 灾 另 一 方 面, 大 气 中 二 氧 化 碳 浓 度 的 不 断 增 加 很 可 能 增 加 旱 灾 的 严 重 程 度 与 发 生 频 率, 因 此 1200 年 以 前 发 生 的 气 候 变 异, 很 可 能 在 北 美 大 平 原 地 区 重 演, 导 致 毁 灭 性 恶 果 所 以, 随 着 大 气 二 氧 化 碳 的 不 断 增 加, 我 们 将 有 可 能 会 看 到 风 沙 尘 暴 更 频 繁 发 生 土 壤 性 质 6

36 在 美 国 大 平 原 地 区, 自 然 过 程 和 当 地 特 殊 条 件 的 结 合 使 得 这 里 的 地 表 极 易 受 到 大 风 的 侵 蚀, 并 伴 随 发 生 沙 尘 暴 罕 见 洪 涝 冲 积 的 沉 积 物, 加 上 缺 乏 植 被 覆 盖 和 季 节 性 大 风, 给 沙 尘 暴 的 发 生 带 来 了 便 利 条 件 几 千 年 来, 这 些 风 成 沙 尘 物 质 从 荒 漠 地 区 搬 运 到 千 公 里 之 外, 在 周 边 荒 漠 土 壤 上 沉 降 沉 积 在 气 候 变 化 和 人 为 干 扰 的 情 况 下, 植 被 消 失, 保 护 和 固 定 荒 漠 的 表 土 被 毁, 荒 漠 土 地 沉 降 的 风 成 沉 积 物, 则 更 易 遭 受 大 风 侵 蚀 例 如, 美 国 新 墨 西 哥 州 白 沙 滩 地 区 频 繁 发 生 沙 尘 暴, 直 接 影 响 了 位 于 白 沙 滩 东 南 方 的 阿 拉 莫 戈 多 市 (Gill et al.,2000) 较 大 一 些 的 沙 尘 暴 将 盆 地 内 地 面 风 化 矿 物 风 成 物 吹 蚀 搬 运, 携 带 至 东 北 地 区 白 沙 地 区 是 石 膏 沙 ( 硫 酸 钙 ) 沉 淀 物 堆 积 很 厚 的 一 个 特 殊 地 区, 厚 厚 的 白 沙 覆 盖 着 美 国 新 墨 西 哥 州 中 南 部 萨 克 拉 曼 多 和 圣 安 第 尔 斯 山 脉 之 间 图 拉 罗 萨 盆 地 中 以 前 的 卢 塞 罗 湖 泊 有 人 认 为, 这 是 地 球 上 石 膏 风 化 物 沉 积 沙 丘 地 最 大 的 沙 地, 茫 茫 白 沙 是 挑 选 卫 片 时 最 易 辨 认 的 陆 标 白 沙 国 家 纪 念 园 内 分 布 有 天 然 形 成 的 无 数 形 态 的 沙 丘 大 风 可 以 引 起 白 沙 滩 细 沙 颗 粒 移 动, 是 形 成 细 沙 粉 尘 风 成 物 的 巨 大 沙 尘 源 美 国 预 防 治 理 沙 尘 暴 的 措 施 在 30 年 代 早 期, 大 平 原 南 部 地 区 旱 灾 和 沙 尘 暴 引 起 的 危 害 程 度, 没 有 得 到 除 此 以 外 地 区 的 注 意 在 新 选 举 的 罗 斯 福 总 统 领 导 下, 全 国 上 下 齐 心 协 力, 力 争 从 大 萧 条 中 找 到 出 路 因 次, 那 些 通 常 比 较 富 裕 的 农 户 的 困 境, 并 没 有 受 到 一 般 民 众 的 及 时 关 注 但 是, 罗 斯 福 当 局 一 些 官 员 认 识 到, 美 国 普 通 老 百 姓 与 受 黑 风 暴 危 害 的 农 民 有 着 密 切 的 联 系 众 所 周 知 的 美 国 土 壤 保 持 之 父 贝 纳 特 (Hugh Hammond Benett), 在 罗 斯 福 就 任 总 统 之 前, 就 领 导 了 积 极 保 持 土 壤, 改 善 农 作 措 施 的 运 动 30 年 代 中 期, 黑 风 暴 受 害 农 民 无 所 顾 及, 对 于 贝 纳 特 美 国 人 已 经 变 成 了 世 界 上 不 管 是 野 蛮 的 或 者 文 明 的 种 族 或 者 人 类 土 地 的 最 大 破 坏 者 的 忠 告 无 动 于 衷 后 来, 他 又 号 召 唤 醒 全 民, 采 取 行 动, 改 善 农 业 除 口 头 演 说 外, 贝 纳 特 还 对 黑 风 暴 受 害 农 民 面 临 的 艰 辛 与 苦 难 深 表 同 感 而 且, 贝 纳 特 还 鼓 动 推 广 一 套 新 的 耕 作 措 施, 以 避 免 今 后 发 生 类 似 的 大 灾 难 1935 年 4 月, 当 贝 纳 特 着 手 准 备 向 国 会 委 员 会 会 议 听 证 材 料 时 获 知 了 发 生 在 西 部 平 原 的 沙 尘 暴 最 终, 他 通 过 使 用 大 量 的 实 际 证 据, 揭 露 了 目 光 短 浅 的 农 业 耕 作 制 度 所 能 带 来 的 恶 果 贝 纳 特 大 声 疾 呼 : 沙 尘 暴 的 幽 灵, 侵 吞 了 国 家 的 资 本, 遮 盖 了 白 昼 天 日, 先 生 们, 这 就 是 我 要 向 诸 位 讲 的 内 容 国 会 对 贝 纳 特 意 见 做 出 了 反 应, 于 1935 年 通 过 了 水 土 保 持 法 其 后, 罗 斯 福 当 局 竭 尽 政 府 权 威 与 所 能, 着 手 改 善 农 业 与 农 作 技 术 说 服 农 民 善 待 土 地, 需 要 巨 大 的 付 出, 甚 至 不 惜 使 用 过 去 那 种 古 老 的 笼 络 行 为 联 邦 政 府 对 农 民 们 从 事 的 那 些 目 的 在 于 保 持 土 壤 的 种 植 耕 作 活 动 给 予 每 英 亩 一 个 美 元 的 补 贴 1933 年, 在 农 业 调 整 管 理 局 名 下, 政 府 开 始 实 施 减 少 过 剩 粮 食 7

37 ( 如 小 麦 ) 补 贴 政 策 虽 然 傲 慢 自 大, 但 大 多 数 农 民 还 是 接 受 了 政 府 的 提 议 1933 年 到 1937 年, 政 府 的 这 项 补 贴 是 众 多 受 黑 风 暴 影 响 的 农 民 唯 一 的 收 入 来 源 一 组 新 政 计 划 和 组 织 相 继 成 立, 解 决 黑 风 暴 受 灾 定 居 者 的 需 求 : 联 邦 紧 急 救 济 局 联 邦 额 外 救 济 署 劳 动 发 展 局 民 间 保 护 团 以 及 抗 旱 救 济 局 等, 购 买 了 穷 困 农 民 大 批 的 牛 群, 这 些 牛 群 大 都 是 骨 艘 如 柴 矮 小 多 病, 几 乎 全 是 岌 岌 可 危 的 病 牛 大 多 数 遭 受 黑 风 暴 危 害 的 民 众 非 常 感 激 罗 斯 福 及 其 新 政 计 划 对 于 大 多 数 农 民 来 说, 只 有 联 邦 的 援 助 才 使 得 他 们 有 可 能 度 过 旱 灾 和 沙 尘 暴 灾 害 年 景 30 年 代 即 将 结 束 之 际, 他 们 终 于 等 来 了 降 雨 南 部 大 平 原 再 次 迎 来 了 高 产 丰 收, 农 民 和 联 邦 政 府 之 间 的 关 系 得 以 维 持 下 来 自 此 以 后, 一 个 系 统 的, 但 有 时 侯 又 是 争 论 不 休 的 价 格 支 持 和 补 贴 制 度 随 即 诞 生, 形 成 了 联 邦 政 府 农 业 政 策 的 支 柱 1935 年 初, 美 国 设 立 了 联 邦 保 护 计 划, 通 过 改 变 大 平 原 地 区 基 本 耕 作 方 法, 实 行 种 草 计 划, 推 行 轮 作 制 度, 提 倡 等 高 线 耕 作, 发 展 条 带 状 种 植, 营 造 防 风 林 带 等 来 防 止 黑 风 暴 所 造 成 的 破 坏 当 外 人 批 评 农 民 的 农 作 方 法 时, 他 们 总 是 有 抵 触 心 理 只 有 当 他 们 拿 到 补 偿 后, 才 会 在 其 农 业 生 产 中 推 广 新 的 耕 作 技 术 他 们 每 一 英 亩 得 到 的 一 美 元 补 偿 常 常 使 他 们 能 够 多 呆 一 段 时 间 而 不 是 即 刻 放 弃 自 己 的 土 地 在 罗 斯 福 新 政 计 划 中, 劳 动 发 展 局 最 为 有 名, 因 为 它 影 响 了 众 多 人 口 的 生 活 水 准 罗 斯 福 劳 动 - 救 济 计 划 的 先 见 之 明 在 于, 为 850 多 万 人 提 供 了 就 业, 人 均 月 工 资 达 到 美 元 劳 动 发 展 局 安 排 就 业 人 员 去 建 桥 修 路 建 设 公 共 建 筑 公 园 以 及 机 场 民 间 保 护 团 也 是 新 政 计 划 中 另 外 一 个 最 为 成 功 的 计 划, 它 帮 助 失 业 者 解 决 最 为 迫 切 的 问 题, 把 那 些 岁 的 年 轻 单 身 派 往 国 家 林 区 工 作, 居 住 在 林 区 的 帐 篷 里, 开 沟 挖 渠, 修 建 水 库, 植 树 造 林 这 些 单 身 青 年 全 部 都 是 志 愿 者, 每 月 报 酬 30 美 元 以 上 这 些 新 政 计 划, 大 大 改 善 了 农 作 方 式, 增 加 了 土 地 植 被 覆 盖, 降 低 了 土 壤 流 失 因 为 这 些, 美 国 大 平 原 地 区 沙 尘 暴 发 生 的 频 率 和 强 度 后 来 开 始 逐 渐 降 低 下 来 结 论 从 以 上 的 介 绍 中, 我 们 可 以 得 出 结 论 : 一 美 国 南 部 沙 尘 暴 也 十 分 严 重, 特 别 是 在 20 世 纪 的 30 年 代 有 为 突 出 这 些 沙 尘 暴 给 美 国 人 民 带 来 了 严 重 的 经 济 和 生 态 损 失 二 不 合 理 的 土 地 利 用 ( 破 坏 性 农 作 过 牧 等 ) 持 续 干 旱 以 及 南 方 大 平 原 地 区 的 土 壤 特 性 都 是 美 国 沙 尘 暴 的 主 要 成 因 8

38 三 有 效 的 补 救 措 施, 如 合 理 的 农 作 方 法 大 规 模 的 营 造 防 护 林 以 及 在 危 机 时 刻 政 府 的 补 助 措 施 等, 都 有 效 地 降 低 了 30 年 代 沙 尘 暴 发 生 的 频 率 尤 其 是 最 近, 强 烈 的 埃 尔 尼 诺 现 象 与 完 善 的 土 地 管 理 措 施 和 土 壤 保 持 项 目, 使 得 大 平 原 地 区 的 沙 尘 暴 发 生 的 频 率, 较 几 十 年 以 前 大 为 减 少 ( 杨 有 林 译, 赵 爱 云 校 ) 参 考 文 献 Bonnefield, P "The Dust Bowl: Men, Dirt, and Depression." University of New Mexico Press. Ci, L. J Land Evaluation and Expert System for Combating Desertification. China Forestry Publishing House, Beijing. 201pp. Gill, T.E., Westphal, D.L., Stephens, G., and Peterson, R.E., Integrated assessment of regional dust transport from west Texas and New Mexico, spring Preprints of the 11th Joint Conference on Applications of Air Pollution Meteorology with the Air and Waste Management Association, American Meteorological Society, Boston, MA, pp Howarth, W "The Okies: Beyond the Dust Bowl." National Geographic 166. Hurt, R. D "The Dust Bowl: An Agricultural and Social History." Nelson-Hall, Inc. Laird, K. R., et al., Nature. 384: Lee, J.A., Gill, T.E., and Mulligan, K.R., The 1930s Dust Bowl: The Relative Roles of People and the Physical Environment. Geological Society of America Abstracts and Programs 31(1): A11. Rosenzweig, C. and Hillel, D The Dust Bowl of the 1930s: analogue of greenhouse effect in the Great Plains? Journal of Environmental Quality, 22: Svobida, L "Farming the Dust Bowl: A First-Hand Account from Kansas." University Press of Kansas. Wang, L. X Combating desertification in China. China Forestry Publishing House, Beijing, pp Warrick, R. A Drought in the Great Plains: A Case Study of Research on Climate and Society in the USA. in IIASA Proceedings Series: Climate Constraints and Human Activities, ed. Jesse Ausubel and Asit K. Biswas. Permagon Press: New York. 9

39 Warrick, R. A., Trainer, R. B., Baker, E. J., and Brinkman B Drought Hazard in the United States: A Research Assessment. Program on Technology, Environment and Man Monograph #NSF-RA-E , the University of Colorado. Worster, Donald. "Dust Bowl: The Southern Plains in the 1930's." Oxford University Press, 朱 震 达 陈 广 庭 等 中 国 土 地 沙 质 荒 漠 化. 北 京 : 科 学 出 版 社, pp

40 第 4 章 挑 战 沙 尘 暴 : 加 拿 大 大 草 原 地 区 的 经 历 1 王 森 博 士 森 林 经 济 学 加 拿 大 林 务 局 太 平 洋 林 业 中 心 摘 要 : 加 拿 大 虽 然 只 有 平 方 公 里 的 沙 丘, 只 占 国 土 面 积 的 0 3%, 但 沙 尘 暴 和 旱 灾 的 危 害 不 断, 特 别 是 马 尼 托 巴 萨 克 其 万 和 艾 伯 塔 几 个 以 草 原 为 主 的 省 份, 产 生 沙 尘 暴 的 主 要 因 素 包 括 : 地 形 气 候 植 被 覆 盖 度 土 壤 类 型 等, 平 均 每 年 发 生 五 次 沙 尘 暴 四 月 为 高 峰 期, 八 月 次 之 加 拿 大 草 原 地 区 自 19 世 纪 开 发 以 来, 农 业 生 产 和 民 居 发 展 较 快, 粗 放 的 农 作 生 产 导 致 土 壤 退 化 因 而, 沙 尘 暴 和 旱 灾 对 草 原 地 区 的 经 济 当 地 居 民 的 生 活 以 及 生 态 系 统 带 来 非 常 明 显 的 影 响 由 于 风 蚀, 每 年 至 少 损 失 1 61 亿 吨 表 土, 每 年 风 蚀 对 于 几 个 草 原 省 份 农 牧 场 造 成 的 损 失 高 达 2 49 亿 加 元 受 本 世 纪 30 年 代 美 国 大 平 原 地 区 风 沙 尘 暴 的 影 响, 加 拿 大 联 邦 政 府 为 了 保 护 土 壤, 专 门 成 立 了 草 原 地 区 农 牧 场 恢 复 管 理 局, 专 职 实 施 水 土 保 持 的 项 目 和 规 划 80 年 代 的 严 重 干 旱, 使 得 政 府 进 一 步 明 确 设 立 了 一 些 控 制 土 壤 侵 蚀 的 工 程 项 目 本 文 旨 在 提 出 以 下 三 个 目 的, 第 一, 阐 述 发 生 在 加 拿 大 几 个 草 原 省 区 风 沙 尘 暴 整 体 情 况 及 其 带 来 的 危 害 ; 第 二, 分 析 评 价 政 府 过 去 几 十 年 来 确 定 的 项 目 和 规 划, 简 要 介 绍 这 些 项 目 在 减 轻 风 沙 尘 暴 危 害 以 及 治 理 土 壤 风 蚀 的 成 效 ; 第 三, 讨 论 几 个 与 气 候 变 化 有 关 的 迫 在 眉 睫 的 沙 尘 暴 和 旱 灾 问 题, 提 出 本 地 区 未 来 研 究 的 方 向 关 键 词 : 沙 丘 旱 灾 土 壤 侵 蚀 土 地 退 化 气 候 变 化 一 导 言 加 拿 大 是 世 界 上 的 第 二 大 国, 领 土 面 积 大 约 1000 万 平 方 公 里, 尽 次 于 俄 罗 斯 联 邦 加 拿 大 有 10 个 省 份, 根 据 气 候 条 件 和 土 壤 类 型 分 为 四 个 大 区 : 即 大 西 洋 区 ( 纽 芬 兰 省, 爱 德 华 王 子 岛 省, 新 斯 科 舍 省 和 新 不 伦 瑞 克 省 ) 中 部 区 ( 魁 北 克 和 安 大 略 省 ) 草 原 区 ( 马 尼 托 巴, 萨 克 其 万 省 和 艾 伯 塔 ) 和 太 平 洋 区 ( 不 列 颠 哥 伦 比 亚 省 ) 另 外, 北 部 尚 有 三 块 领 地 : 努 纳 瓦 克 地 区 西 北 地 区 和 育 空 地 区 图 1 加 拿 大 地 图 1 联 系 地 址 :506 West Burnside Road, Victoria, B.C., Canada V8Z 1M5 电 话 : (250) ; 传 真 : (250) ; 电 子 邮 箱 : senwang@pfc.forestry.ca 1

41 加 拿 大 的 地 理 气 候 土 壤 差 别 很 大, 是 一 个 奇 特 的 国 土, 地 形 地 貌 各 式 各 样, 包 括 极 地 动 土 地 带 巨 大 的 山 系 和 余 脉 森 林 广 大 的 平 原 和 大 草 原 海 洋 和 内 陆 流 域 以 及 其 他 生 态 系 统 加 拿 大 的 气 候 有 如 其 地 形 一 般 不 同 由 西 向 东 的 气 流 通 常 在 冬 季 受 北 极 干 冷 气 流 的 干 扰, 而 在 夏 季, 受 东 南 而 来 的 暖 流 热 带 气 流 干 扰 另 外, 还 有 山 系 平 原 以 及 庞 大 水 系 等 因 素 的 影 响 因 此, 气 温 和 降 水 各 地 有 别, 沙 尘 暴 和 旱 灾 等 形 式 的 自 然 灾 害 发 生 的 频 率 很 高, 大 草 原 地 区 有 为 突 出 由 于 北 部 气 候 恶 劣, 尽 有 12% 的 土 地 适 宜 发 展 农 业, 为 此,3000 万 加 拿 大 人 只 有 靠 与 美 国 接 壤 的 南 部 边 境 大 西 洋 和 太 平 洋 之 间 的 300 公 里 狭 长 地 带 内 生 存 ( 见 加 拿 大 信 息 局 2000 年 资 料 ) 表 1: 加 拿 大 概 况 省 / 领 地 土 地 淡 水 总 面 积 人 口 ( 千 ) ( 平 方 公 里 ) ( 平 方 公 里 ) ( 平 方 公 里 ) 新 芬 兰 爱 德 华 王 子 岛 新 斯 科 舍 新 不 伦 瑞 克 魁 北 克 安 大 略 马 尼 托 巴 萨 克 其 万 艾 伯 塔 不 列 颠 哥 伦 比 亚 育 空 地 区 西 北 领 地 努 纳 瓦 克 加 拿 大 全 国 资 料 来 源 : 加 拿 大 统 计 局 (2000), 人 口 资 料 为 2000 年 数 据 严 格 来 讲, 加 拿 大 没 有 真 正 的 沙 漠, 虽 然 沙 丘 面 积 达 2.6 万 平 方 公 里, 占 国 土 面 积 的 0.3%( 大 尉,1979 年 ) 加 拿 大 是 一 个 自 然 灾 害 频 繁 的 国 家, 灾 害 形 式 多 种, 其 中, 自 19 世 纪 后 期 农 业 开 发 以 来, 风 沙 尘 暴 灾 害 在 大 草 原 地 区 经 常 发 生 本 文 第 一 部 分 简 要 介 绍 加 拿 大 在 治 理 风 沙 尘 暴 和 旱 灾 危 害 问 题 方 面 的 经 验, 重 点 是 大 草 原 地 区 ; 第 二 部 分 阐 述 沙 尘 暴 发 生 过 程 成 因 后 果 ; 第 三 部 分 评 价 加 拿 大 政 府 过 去 几 十 年 治 理 沙 尘 暴 的 一 些 规 划 和 主 要 项 目 ; 第 四 部 分 简 单 探 讨 21 世 纪 加 拿 大 面 临 的 挑 战 二 加 拿 大 大 草 原 地 区 的 沙 尘 暴 加 拿 大 大 草 原 地 区 由 艾 伯 塔, 萨 克 其 万 和 马 尼 托 巴 三 个 省 组 成, 总 面 积 约 1 96 亿 公 顷, 占 国 土 总 面 积 的 19 6% 西 南 部 的 艾 伯 塔 海 拔 最 高, 超 过 1500 米, 哈 得 孙 湾 的 马 尼 托 巴 沿 海 地 带 与 海 平 行 2

42 加 拿 大 大 草 原 位 于 北 美 大 平 原 北 缘, 坐 落 在 由 落 基 山 到 红 河 流 域 的 一 个 大 半 圆 圈 内, 包 括 了 上 述 三 个 草 原 省 份 的 南 部 地 区, 生 态 系 统 和 地 形 差 异 较 大 整 个 地 区 的 气 候 地 形 植 被 土 壤 生 产 力 等 千 变 万 化 典 型 的 地 形 包 括 平 坦 宽 阔 的 大 平 原 和 平 缓 起 伏 的 高 原 连 绵 不 断 的 丘 陵 地 带 峡 谷 流 动 沙 丘 大 型 水 库 苍 翠 繁 茂 的 湿 地 密 集 的 河 谷 流 域 森 林 裸 露 的 基 岩 和 砂 岩 露 头 大 草 原 地 区 地 下 为 更 新 世 沉 积 岩 现 代 地 形 是 年 以 前 末 代 冰 川 时 期 形 成 的 冰 川 退 缩 以 后, 随 着 干 旱 的 增 加, 冰 川 后 期 的 森 林 慢 慢 枯 萎 消 失 一 些 根 系 深 且 发 达 的 植 物 群 落 和 耐 旱 植 被 出 现, 形 成 大 草 原 地 区 的 建 群 优 势 植 被 除 了 草 本 草 以 外, 还 有 大 量 的 灌 木 在 潮 湿 地 区 有 高 等 灌 木 和 乔 木 生 存 在 大 草 原 边 缘 地 带, 草 地 和 杨 树 (Populus tremuloides) 林 地 混 交 分 布 大 草 原 地 区 的 土 壤 主 要 为 冰 渍 物 和 河 湖 相 沉 积 物 ( 赫 灵 敦 等,1997) 由 于 受 西 部 落 基 山 脉 屏 障 的 影 响, 大 草 原 地 区 远 离 海 洋, 这 就 使 得 该 地 区 成 为 一 个 具 有 大 陆 性 气 候 的 草 原 地 区 夏 季 炎 热, 冬 季 严 酷, 气 温 变 率 最 高 达 摄 氏 40 度, 最 低 达 摄 氏 零 下 40 度 降 水 量 较 低, 年 平 均 降 水 ( 含 降 雪 ) 在 250~750 毫 米 之 间, 是 一 个 属 于 干 旱 和 半 干 旱 地 区 湿 度 较 大 的 马 尼 托 巴 红 河 流 域 每 年 的 降 水 大 致 在 500 毫 米 左 右 强 风 也 是 大 草 原 地 区 特 有 的 一 种 天 气, 大 风 吹 干 了 土 壤, 吹 枯 了 植 物, 在 南 部 更 为 严 重 上 风 向 和 盛 行 风 向 地 段 没 有 大 的 水 体, 旱 灾 频 繁, 干 旱 季 节 沙 尘 暴 经 常 发 生 ( 阿 兰,1973 年 ; 拉 道 其 和 安 内 特,1982 年 ). 一 ) 大 草 原 地 区 是 加 拿 大 的 粮 袋 子 定 居 地 和 大 开 垦 发 达 的 农 业 占 地 3770 万 公 顷, 大 草 原 三 省 占 加 拿 大 农 业 基 地 的 80%, 农 业 是 这 里 的 支 柱 产 业, 是 加 拿 大 小 麦 主 产 区 事 实 上, 大 草 原 三 省 是 世 界 上 谷 物 产 量 最 高 的 地 区 之 一 因 此, 得 到 了 世 界 粮 仓 的 美 誉 ( 姆 瑞,1980 年, 第 四 页 ) 1690 年, 哈 得 孙 湾 公 司 的 亨 利 凯 瑟 是 第 一 个 发 现 加 拿 大 大 草 原 的 欧 洲 人 在 他 的 描 述 里, 大 草 原 地 区 是 一 个 茫 茫 荒 原 他 的 这 一 印 象 给 后 人 留 下 了 深 远 的 影 响, 人 们 惯 称 这 里 为 西 部 荒 原 ( 阿 兰,1973 年, 18 页 ) 1818 年, 加 拿 大 和 美 国 边 界 线 确 定 之 后 50 年 内, 加 拿 大 根 据 英 国 北 美 法 案 于 1867 年 正 式 行 使 主 权 加 盟 英 联 邦 之 后 不 久, 加 拿 大 便 以 强 大 的 力 量 西 扩, 昔 日 被 人 们 认 为 无 任 何 价 值 的 数 千 平 方 英 里 的 领 土, 被 开 发 为 定 居 地 区 但 是, 直 到 1880~1881, 西 部 平 原 仍 属 无 人 居 住 区 ( 姆 瑞,1980 年 ). 加 拿 大 的 西 扩 导 致 了 欧 洲 移 民 潮 的 发 生, 然 而, 新 移 民 对 这 里 荒 凉 凄 惨 的 景 观 并 没 有 影 响 对 于 大 多 数 欧 洲 移 民 来 说, 生 疏 的 大 草 原 使 得 他 们 有 个 全 新 的 对 比, 表 面 上 来 看, 这 里 比 他 们 的 家 乡 更 为 热 情 这 里 的 农 业 发 展, 受 早 期 人 们 对 它 广 袤 无 垠 的 美 洲 荒 漠 传 说 的 严 重 制 约 在 19 世 纪 下 半 叶 开 始 建 设 定 居 区 之 后, 在 1860~ ~ ~1889 和 1893~1895 期 间 发 生 了 旱 灾, 并 伴 随 着 出 现 霜 冻, 作 物 受 到 严 重 损 失, 导 致 发 生 了 定 居 者 移 居 他 乡 的 局 面 就 在 这 同 时, 各 种 旱 作 农 业 措 施 被 一 些 农 民 接 受 并 采 用, 开 发 了 早 熟 小 麦 品 种 在 19 世 纪 末, 旱 地 农 作 方 法 得 到 改 善, 由 此 引 发 了 定 居 和 开 发 大 草 原 地 区 的 二 次 移 民 浪 潮 (( 斯 万 森, 1970 年 ). 3

43 有 两 个 因 素 推 动 了 大 草 原 地 区 的 定 居 和 开 发 第 一,1872 年, 议 会 通 过 了 土 地 主 权 法, 该 法 保 护 了 定 居 者 的 田 产 为 了 鼓 励 定 居, 主 权 政 府 于 1871 年 签 署 了 开 展 大 规 模 土 地 普 查 令 明 确 宣 布, 每 一 个 村 镇 的 大 小, 不 能 小 于 由 36 块 地 块 组 成 的 面 积 为 640 英 亩 的 街 区, 这 样, 每 个 村 镇 又 划 分 成 四 片 每 片 约 160 英 亩 土 地 的 街 区 偶 数 编 号 的 地 块 归 移 民 建 家 园, 奇 数 编 号 的 地 块 由 政 府 保 留 任 何 一 位 年 满 18 岁 以 及 以 上 年 龄 的 定 居 者, 都 有 资 格 在 预 付 10 元 注 册 费 之 后, 申 请 一 片 地 块 定 居 者 连 续 三 年, 每 年 定 居 六 个 月 以 上, 并 已 盖 房 建 仓, 且 40 英 亩 的 土 地 已 经 耕 用 之 后, 可 以 得 到 土 地 所 有 权 ( 姆 瑞, 1980 年 ) 第 二 个 因 素 就 是 加 拿 大 太 平 洋 铁 路 的 建 设 这 条 连 接 蒙 特 利 尔 和 温 哥 华 的 铁 路 建 设 完 成 之 后, 主 权 政 府 进 行 了 声 势 浩 大 的 宣 传 运 动, 并 对 对 定 居 者 实 行 特 别 运 输 价 格 ( 姆 瑞, 1980 年 ) 这 样, 对 于 那 些 新 定 居 者 来 说, 具 有 很 大 的 冒 险 诱 惑, 同 时, 也 给 予 了 保 证 成 功 的 承 诺 有 铁 路 运 输 线 的 支 持, 数 以 千 计 的 加 拿 大 东 部 和 世 界 其 他 国 家 定 居 者 纷 纷 涌 入 大 草 原 地 区, 在 这 里 建 设 他 们 的 家 园 历 史 学 家 把 1860~1930 年 代 这 一 时 期 看 着 是 加 拿 大 大 规 模 农 业 定 居 的 新 纪 元 ( 马 克 艾 万,1952 年 ; 富 列 森,1984 年 ; 唐 普 森,1998 年 ) 起 初, 大 草 原 地 区 是 加 拿 大 西 北 领 地 的 一 部 分,1870 年 成 为 一 个 省, 但 是 其 他 两 个 省 一 直 到 1905 尚 未 建 省 自 1880 年 以 来, 最 大 的 变 化 莫 过 于 将 加 拿 大 大 草 原 地 区 从 原 来 的 天 然 草 场 开 垦 为 农 业 耕 作 区 大 量 的 天 然 植 被 毁, 为 了 解 决 人 口 吃 粮 和 牲 畜 饲 料 需 求, 把 原 来 富 饶 的 表 土 垦 为 农 田 种 植 作 物 除 此 而 外,20 世 纪 初, 大 草 原 地 区 开 垦 的 速 度, 由 于 人 为 因 素 进 一 步 加 大, 很 多 人 对 开 垦 南 部 草 地 的 发 展 农 业 的 做 法 提 出 许 多 质 疑, 因 为 早 期 的 自 耕 农 并 没 有 认 识 到 他 们 在 毁 坏 草 场 的 同 时, 也 制 造 了 水 土 流 失 ( 威 瑟,1996 年 ) 然 而, 哥 雷 (1996 年 ) 则 争 辩 说, 作 为 一 个 国 家, 加 拿 大 如 果 没 有 大 草 原 地 区 的 定 居 和 农 业 开 发, 就 不 可 能 存 在 到 今 天 二 ) 沙 丘 帕 理 塞 三 角 带 和 区 域 气 候 除 了 没 有 真 正 的 沙 漠, 加 拿 大 很 大 一 部 分 国 土 初 在 世 界 干 旱 半 干 旱 地 带 ( 托 马 斯,1997 年 ) 由 于 缺 少 植 被, 长 期 处 于 强 风 吹 蚀 状 态, 加 拿 大 北 极 的 一 些 地 区 出 现 类 似 荒 漠 景 观 爱 德 华 王 子 群 岛 上 的 沙 质 土 壤 和 这 里 的 恒 风 形 成 一 对 最 佳 因 子, 使 该 岛 成 为 大 西 洋 加 拿 大 风 蚀 最 具 危 害 的 地 方 安 大 略 省 南 部 也 存 在 极 大 的 风 蚀 隐 患, 特 别 是 沙 质 土 壤 地 区 ( 博 得 和 拉 宝 特,1986 年 ) 不 列 颠 哥 伦 比 亚 南 部 干 旱 生 物 带 的 奥 素 屿 被 戏 称 为 加 拿 大 的 小 沙 漠, 目 前, 已 开 辟 为 国 家 教 学 研 究 公 用 的 唯 一 一 处 沙 漠 中 心 沙 丘 总 面 积 仅 有 2 6 万 平 方 公 里, 但 几 乎 各 省 和 各 领 地 沿 海 都 有 分 布 根 据 大 尉 ( 大 卫,1979 年 ) 的 资 料, 加 拿 大 将 近 一 半 的 沙 丘 集 中 分 布 在 艾 伯 塔 省, 该 地 理 查 德 森 河 谷 沙 山 普 遍 认 为 是 加 拿 大 最 大 的 单 个 沙 丘 萨 克 其 万 和 马 尼 托 巴 的 沙 丘 面 积 分 别 占 全 国 沙 丘 总 面 积 的 36% 和 10% 4

44 沙 丘 是 沙 土 和 气 候 因 素, 如 大 风 和 地 表 径 流, 相 互 作 用 的 产 物 ( 拉 谱 和 阿 古 斯 1982 年 ) 加 拿 大 的 沙 丘 几 乎 安 全 可 以 划 分 为 湿 润 沙 丘 ( 大 卫,1977 年, 1979 年, 1981 年 ), 沙 丘 湿 润 系 数 为 4~8%( 勒 蒙 等,1998 年 ) 沙 丘 的 大 小 一 般 在 几 十 平 方 公 里 到 1200 平 方 公 里 不 等 在 位 于 萨 克 其 万 西 北 和 艾 伯 塔 临 近 地 区 阿 萨 巴 斯 卡 地 区, 有 高 大 沙 丘 存 在 加 拿 大 最 大 的 两 个 流 动 沙 丘 就 坐 落 在 阿 萨 巴 斯 卡 湖 南 岸 占 地 面 积 385 平 方 公 里, 沙 丘 高 度 达 30 米, 这 是 世 界 上 沙 丘 分 布 位 置 最 北 端 的 地 区 ( 加 拿 大 资 料 局,2000 年 数 据 ) 该 地 区 下 覆 物 质 为 砂 岩, 是 就 地 起 沙 和 碎 石 的 沙 源 ( 拉 谱 和 阿 古 斯,1982 年 ) 然 而, 由 于 该 地 人 口 较 少, 这 些 沙 丘 没 有 引 起 重 视 1980 年, 联 邦 政 府 - 省 府 合 作 完 成 了 一 项 研 究 项 目 ( 麦 肯 齐 流 域,1981 年 ), 该 项 目 没 有 对 当 地 生 态 系 统 自 然 和 生 物 之 间 的 相 互 作 用 进 行 细 致 的 研 究 另 外 一 个 发 现 沙 丘 群 的 地 区 就 是 萨 克 其 万 的 南 部 艾 伯 塔 的 东 南 部 和 马 尼 托 巴 的 西 南 部 这 一 地 区 也 被 称 之 为 帕 理 塞 三 角 带, 是 以 约 翰 帕 理 塞 名 字 命 名 的 (1807~1887 年 ) 约 翰 帕 理 塞 是 19 世 纪 英 国 探 险 队 队 长 正 是 约 翰 帕 理 塞 本 人 于 1857 年 发 现 了 这 一 地 区 发 展 农 业 的 潜 力 ( 勒 蒙 等,1998 年 ; 丽 斯,1988 年 ; 阿 兰,1973 年 ) 未 加 任 何 犹 豫, 帕 理 塞 宣 布 这 一 地 区 为 无 法 居 住 区 和 不 宜 农 业 开 发 区, 理 由 很 简 单, 这 里 实 在 过 于 干 旱 ( 哥 雷,1996 年 ; 莫 马 提 吾 科 和 伊 斯 特 考 特, 1991 年 ) 帕 理 塞 的 报 告 为 解 释 后 来 的 加 拿 大 大 草 原 地 区 的 自 然 地 理 奠 定 了 一 个 基 本 的 概 念 框 架 事 实 上, 这 个 地 区 十 分 干 旱, 以 致 于 连 接 萨 克 其 万 西 南 艾 伯 塔 东 南 的 隅 角 被 寓 为 尘 埃 之 都 ( 琼 斯,1987 年 ) 表 2: 加 拿 大 大 草 原 地 区 部 分 地 段 季 节 性 降 水 和 降 雪 记 录 季 节 天 气 参 数 莱 斯 布 里 奇 萨 克 其 万 温 尼 伯 冬 季 降 雨 ( 毫 米 ) 降 雪 ( 毫 米 ) 春 季 降 雨 ( 毫 米 ) 降 雪 ( 毫 米 ) 夏 季 降 雨 ( 毫 米 ) 降 雪 ( 毫 米 ) 秋 季 降 雨 ( 毫 米 ) 降 雪 ( 毫 米 ) 全 年 降 雨 ( 毫 米 ) 降 雪 ( 毫 米 ) 资 料 来 源 : 引 自 赫 灵 敦 等 (1997), 第 十 五 页 的 表 8 (1961~1991 年 数 据 ) 一 直 沿 着 加 拿 大 - 美 国 边 界, 帕 理 塞 三 角 带 延 伸 20 万 平 方 公 里 勒 蒙 等 人 (1998 年 ) 发 现, 该 地 带 有 3400 平 方 公 里 的 沙 丘, 绝 大 部 分 目 前 固 定, 只 有 零 星 流 动 沙 丘 ( 不 到 整 个 沙 丘 面 积 的 0.5%) 大 草 原 这 片 朝 南 的 地 块 具 有 极 强 的 风 成 活 动, 降 水 较 低, 年 降 水 在 250~300 毫 米 之 间, 因 此, 带 状 植 被 保 护 的 地 面 呈 裸 露 状 态, 受 到 大 风 吹 蚀 航 片 显 示, 尽 管 风 成 活 动 自 1940~1980 年 代 当 气 候 湿 润 时 有 所 减 少, 单 在 1980 年 代 的 干 旱 年 份, 有 些 地 方 沙 丘 表 面 迅 速 出 现 流 动 状 态 ( 勒 蒙 等 人,1998 年 ) 降 雪 占 了 大 草 原 地 区 河 流 水 流 的 80%, 甚 至 是 一 些 小 溪 的 唯 一 水 源 强 烈 的 水 分 5

45 亏 缺 形 成 了 很 少 径 流 的 地 方 性 气 候 特 点, 但 在 具 有 渗 透 较 差 的 地 形 和 地 质 地 带, 也 有 突 发 性 高 强 度 暴 雨 发 生 而 产 生 洪 流 的 时 候 关 于 诸 如 沙 尘 大 风 沙 丘 以 及 沉 积 过 程 等 内 容 的 更 多 理 论 问 题, 可 参 照 考 斯 塔 舒 科 (2000 年 ), 贝 尔 勒 和 斯 密 斯 (1998 年 ), 伟 拉 德 和 考 斯 塔 舒 科 (1998 年 ), 范 斯 (1997 年 ), 浩 格 (1994 年, 1997 年 ), 吉 尔 (1996 年 ), 儒 滋 和 阿 拉 德 (1995 年 ) 的 研 究 成 果 三 ) 沙 尘 暴 严 重 的 自 然 灾 害 干 旱 土 地 经 常 受 制 约 于 风 成 活 动, 其 中 大 风 是 吹 蚀 的 重 要 因 子 ( 托 马 斯,1997 年 ) 自 农 垦 开 始, 风 蚀 就 是 加 拿 大 西 部 一 个 由 来 已 久 的 问 题 ( 大 草 原 地 区 农 场 复 垦 管 理 局,2000 年 ) 大 草 原 最 南 端 的 地 区, 盛 行 风 为 西 风, 包 括 西 南 风 和 西 北 风 盛 行 风 携 带 着 太 平 洋 暖 湿 气 流, 向 东 越 过 山 系, 空 气 变 冷, 湿 润 气 流 以 降 水 或 降 雪 的 形 式 漂 泊 而 下 气 流 越 往 东 移 动, 湿 气 则 多 以 降 雪 的 形 式 落 下 这 里 山 系 呈 北 - 南 走 向, 所 以, 自 北 而 来 的 北 极 寒 流 没 有 任 何 屏 障 阻 挡, 寒 冬 弥 漫 整 个 大 草 原 地 区 同 样, 来 自 美 洲 西 南 向 北 推 进 的 暖 干 气 团 也 没 有 任 何 障 碍 因 此, 大 气 颠 簸 云 层 深 厚 强 风 四 起, 降 水 猛 增 ( 艾 里 亚 斯,1999 年 ) 当 春 季 大 风 盛 行, 夏 季 大 雨 瓢 泼 的 时 候 有 时 侯 伴 随 着 狂 风 这 时 候, 干 旱 疏 松 的 地 表, 没 有 植 被 覆 盖 的 田 间 地 块, 极 易 受 到 风 蚀 沙 尘 暴 也 就 在 此 时 迅 速 发 生, 强 风 卷 起 的 沙 尘 黑 浪 几 英 里 之 外 都 可 看 到 ( 亭 克 和 伊 塔 尼 1999 年 ) 尘 暴 像 一 堵 黑 墙, 翻 滚 着 压 向 地 面 当 地 戏 称 其 为 老 天 的 灯 火 管 制 ( 莫 马 提 吾 科 和 伊 斯 特 考 特, 1991 年, 第 115 页 ) 严 重 的 尘 暴 有 时 侯 也 称 之 为 沙 暴 或 尘 魔, 因 为 它 们 听 起 来 更 为 生 动 但 是, 二 者 之 间 差 距 甚 大, 尘 暴 往 往 是 大 风 将 地 面 粉 状 物 质 卷 起 带 入 空 中, 高 度 较 高, 而 沙 暴 则 不 一 样 ( 布 朗,1963 年 ), 尘 魔 是 一 种 较 小 的 大 气 旋 涡, 滚 动 的 尘 埃 云 团 中 夹 杂 着 尘 土 或 灰 土 杂 质 肉 眼 可 以 看 见 根 据 长 期 发 生 的 频 率 来 看, 萨 克 其 万 部 分 地 区 严 格 意 义 上 的 尘 暴 每 年 发 生 的 次 数 大 约 五 次, 但 是, 夹 带 尘 埃 的 强 风 则 影 响 的 地 区 更 广 ( 威 敦 和 查 克 拉 瓦 提,1990 年 ) 大 草 原 地 区 随 处 可 以 看 到 类 似 荒 漠 的 景 观 例 如, 在 艾 伯 塔 的 红 鹿 河 流 域, 过 度 的 水 蚀 和 风 蚀, 在 当 地 的 砂 岩 上 雕 刻 出 了 各 种 奇 形 怪 状 的 形 态, 当 地 称 之 为 不 祥 物, 土 壤 侵 蚀 也 随 之 引 起 了 流 动 沙 丘 艾 伯 塔 东 南 和 萨 克 其 万 西 南 的 土 地 极 易 受 到 风 蚀 的 影 响 虽 然 没 有 明 确 的 资 料, 但 发 生 在 20 世 纪 30 年 代 的 黑 风 暴 期 间, 整 个 地 面 表 土 被 强 风 一 扫 而 光, 每 公 顷 损 失 2000 吨 表 土, 致 使 大 草 原 地 区 各 省 的 几 乎 20% 的 良 田 在 黑 风 暴 期 间, 受 到 侵 蚀 ( 博 得 和 拉 宝 特 1986 年 ) 历 史 学 家 记 录 了 当 地 居 民 长 期 遭 受 尘 暴 危 害 的 情 况 ( 见 琼 斯 1986 年, 1987 年 的 资 料 ), 农 民 经 常 被 尘 暴 迷 眼, 摸 着 路 离 开 田 间 回 家 莫 马 提 吾 科 和 伊 斯 特 考 特 (1991) 做 过 这 样 的 描 述, 老 百 姓 用 衬 衣 裹 着 头, 或 将 头 缩 入 外 衣, 想 以 此 挡 住 沙 尘 进 口 入 鼻, 当 地 年 长 的 居 民 对 30 年 代 的 恶 尘 记 忆 犹 新, 当 时 人 们 确 实 经 历 了 一 场 可 怕 的 灾 难 各 种 能 够 想 得 到 的 灾 难 都 发 生 了, 沙 尘 暴 无 情 的 旱 灾 炽 热 的 高 温 等 等 更 有 甚 着, 人 们 不 得 不 将 菜 盘 反 扣 在 桌 子 上, 否 则, 餐 具 里 全 是 沙 尘 物 质, 无 法 进 食 哥 雷 (1996 年 ) 对 于 30 年 代 发 生 在 加 拿 大 大 草 原 地 区 的 尘 暴, 用 下 面 这 些 生 动 6

46 的 语 言 作 了 描 述 : 大 风 卷 起 表 土, 就 像 大 雪 般 弥 漫 了 艾 伯 塔 的 铁 路, 尘 暴 将 萨 克 其 万 贫 瘠 地 上 的 表 土 吹 蚀 搬 运 堆 积 到 了 良 田 上 ( 里 贾 纳 穆 斯 乔 斯 威 夫 特 卡 伦 特 ) 三 地 里 里 外 外 都 涂 上 了 一 层 厚 厚 的 尘 土 温 尼 伯 金 黄 的 外 衣 受 到 了 沙 尘 的 洗 礼 冬 季 降 雪 使 得 道 路 无 法 通 行, 而 夏 季 风 沙 尘 暴 使 得 道 路 又 一 次 瘫 痪 风 沙 流 埋 没 了 居 民 的 院 墙 和 篱 笆, 阻 塞 了 防 风 林 带, 压 埋 了 菜 园 果 园 和 花 园 沙 土 漫 过 了 鸡 舍, 撕 裂 窗 户, 家 家 室 内 灌 满 了 尘 土 沙 子, 门 前 堆 积 了 黄 沙, 使 得 人 们 出 不 了 门, 离 不 了 村, 走 不 了 路 真 可 谓, 风 沙 迷 漫 出 门 难, 一 场 风 沙 毁 家 园 但 是, 事 实 上,1980 年 底 以 前, 对 加 拿 大 大 草 原 地 区 发 生 过 的 风 沙 尘 暴 没 有 做 过 科 学 的 分 析, 斯 帕 洛 1984 年 论 证, 风 蚀 和 水 蚀 每 年 造 成 土 壤 流 失 总 量 的 58% 是 由 于 风 蚀 引 起 的, 保 守 地 估 计, 每 年 大 约 损 失 表 土 1 61 亿 吨 威 敦 和 查 克 拉 瓦 提 于 1987 年, 利 用 他 们 对 于 萨 克 其 万 沙 尘 暴 时 空 以 及 气 候 因 子 的 研 究, 首 次 做 了 开 拓 性 的 工 作 他 们 的 这 项 研 究, 在 有 关 沙 尘 暴 文 献 中 提 出 了 简 要 的 评 论 之 后, 提 出 了 一 个 定 义 尘 暴 是 一 种 强 风 大 风, 夹 带 者 土 壤 颗 粒, 对 大 气 造 成 的 一 种 紊 乱 现 象, 水 平 线 能 见 度 在 1 公 里 以 下 或 更 低 我 们 理 解 的 中 强 度 大 风 是 指 离 地 面 10 米 高 度 每 小 时 速 度 达 到 20~49 公 里 威 敦 和 查 克 拉 瓦 提 1990 年, 利 用 对 尘 暴 和 土 壤 侵 蚀 相 关 风 险 的 时 空 和 气 候 特 点 的 实 验, 拓 宽 了 他 们 以 前 对 于 整 个 大 草 原 地 区 的 分 析 范 围 他 们 的 研 究 成 果 非 常 重 要, 因 为, 他 们 的 研 究 成 果 在 很 大 程 度 上 帮 助 人 们 认 识 和 了 解 加 拿 大 沙 尘 暴 及 其 对 于 土 壤 的 影 响 起 到 了 重 要 作 用 很 显 然, 到 目 前 为 止, 他 们 的 研 究 工 作 仍 然 是 对 加 拿 大 大 草 原 地 区 沙 尘 暴 最 为 权 威 的 全 面 分 析 根 据 威 敦 和 查 克 拉 瓦 提 的 1990 年 的 资 料, 由 于 包 括 地 形 气 候 天 然 植 被 和 土 壤 条 件 等 因 素 的 综 合 作 用, 大 草 原 各 省 的 南 部, 即 帕 理 塞 三 角 带, 经 常 受 到 大 风 和 尘 暴 的 袭 击 特 别 是 那 些 日 均 风 速 达 10~35 公 里 / 小 时 的 每 年 平 均 大 风 日 数 的 袭 击 年 降 水 在 250~450 毫 米 之 间, 其 中 2/3 分 布 在 夏 季 (5~8 月 ) 这 些 自 然 因 素 与 当 地 不 合 理 的 土 地 利 用 类 型 共 同 作 用, 形 成 了 一 个 理 想 的 发 生 尘 暴 的 环 境 条 件 加 拿 大 的 气 象 台 站 不 直 接 报 告 尘 暴 但 是, 加 拿 大 的 环 境 部 门, 根 据 能 见 度 情 况, 观 察 和 报 道 风 沙 和 尘 埃 所 以, 威 敦 和 查 克 拉 瓦 提 (1987 年,1990 年 ), 根 据 他 们 的 定 义, 利 用 对 相 关 沙 尘 暴 和 能 见 度 低 于 1 公 里 以 下 天 气 报 告 的 分 析, 得 出 了 尘 暴 发 生 频 率 图 2 反 映 了 1977~1985 年 间 大 草 原 各 省 风 沙 尘 暴 发 生 的 频 率 值 得 注 意, 图 中 的 风 沙 尘 暴 日 数 是 一 个 地 区 的 年 平 均 数 换 言 之, 平 均 日 数 是 概 括 所 有 气 象 台 站 记 录 的 发 生 沙 尘 天 气 的 日 数, 然 后 除 以 气 象 台 站 个 数, 而 后 得 出 的 全 年 尘 暴 天 气 总 数 计 算 而 来 的 这 种 计 算 方 法 保 证 了 该 地 区 沙 尘 暴 总 日 数 在 空 间 上 的 平 均, 避 免 重 复 计 算 的 问 题, 因 为, 往 往 两 个 或 几 个 气 象 台 站 可 能 同 时 报 告 同 一 次 沙 尘 暴 图 2 中 有 两 点 非 常 明 显, 第 一, 实 验 期 间, 同 一 地 方 年 尘 暴 平 均 天 数 高 峰 期 发 生 在 1981 年, 其 他 两 个 次 高 峰 期 分 别 发 生 在 1977 年 和 1984 年 图 2 明 确 表 出 了 各 年 间 的 频 率 变 化 但 是, 这 个 频 率 变 化 必 须 慎 重 解 释, 需 要 更 多 的 资 料 验 证 根 据 其 他 地 区 的 尘 暴 分 析, 古 迪 和 密 豆 敦 1992 年 发 现, 循 环 式 尘 暴 天 气 是 常 有 7

47 的, 尘 暴 发 生 的 频 率 往 往 受 自 然 过 程 的 牵 制, 如 总 降 水 量 复 雪 厚 度 大 风 强 度 等 等 第 二, 从 空 间 方 面 来 看, 萨 克 其 万 和 马 尼 托 巴 发 生 尘 暴 的 频 率 比 艾 伯 塔 要 高, 特 别 是, 萨 克 其 万 中 部 的 里 贾 纳 气 象 站 记 录 了 1981 年 的 19 天 沙 尘 天 气, 这 是 整 个 大 草 原 地 区 这 一 时 期 沙 尘 暴 年 总 日 数 最 多 的 一 年 第 二 个 高 峰 期 1981 年 又 发 生 在 萨 克 其 万 南 部 的 穆 斯 乔, 记 录 日 数 为 14 天 很 明 显, 萨 克 其 万 省 中 部 的 里 贾 纳 穆 斯 乔 和 萨 肆 卡 通 等 周 遍 地 区 是 加 拿 大 平 均 年 尘 暴 日 数 记 录 最 高, 每 年 发 生 沙 尘 暴 日 数 超 过 5 天 艾 伯 塔 南 部 的 沙 尘 暴 日 数 记 录 每 年 2~4 天, 马 尼 托 巴 南 部 为 4~5 天 图 2: 大 草 原 地 区 各 省 1977~1985 年 期 间 沙 尘 暴 发 生 的 年 频 率 威 敦 和 查 克 拉 瓦 提 用 大 量 详 实 的 分 析 了 尘 暴 问 题 的 时 间 特 征 例 如, 一 次 相 关 的 沙 尘 暴 每 月 的 频 率 的 实 验 显 示 出, 沙 尘 暴 有 明 显 的 季 节 性 类 型 同 时 说 明, 沙 尘 暴 一 般 集 中 出 现 在 两 个 时 期, 主 要 高 峰 期 在 四 月, 次 要 高 峰 期 在 八 月 焦 点 集 中 在 萨 克 其 万, 威 敦 和 查 克 拉 瓦 提 1990 年 提 出, 认 为 春 季 是 沙 尘 暴 主 要 高 峰 期 的 几 条 主 要 理 由 如 下 : 1) 加 拿 大 大 草 原 地 区 大 部 分 地 区 春 季 风 蚀 较 高 ; 2) 春 季 也 是 地 表 植 被 覆 盖 极 为 稀 少 的 季 节 ; 3) 降 水 一 般 在 六 月, 这 个 季 节 也 是 土 壤 最 为 干 枯 的 季 节 但 是, 与 萨 克 其 万 和 马 尼 托 巴 比 较, 艾 伯 塔 春 季 发 生 沙 尘 暴 的 高 峰 期 明 显 要 少 众 所 周 知, 发 生 旱 灾 和 持 续 干 旱 的 季 节 期 间, 大 气 中 含 尘 量 要 比 降 雨 正 常 期 间 的 含 尘 量 高 以 往 的 经 验 和 证 据 说 明, 大 气 含 尘 的 多 少, 确 实 与 旱 灾 的 程 度 和 干 旱 时 间 的 长 短 有 着 相 互 的 关 系 勒 蒙 等 1998 年 ; 拉 道 尔 奇 和 阿 乃 特 1982 年 ) 旱 灾 影 响 了 作 物 的 生 长, 导 致 低 产 和 植 被 覆 盖 度 的 减 少, 旱 灾 同 时 引 起 了 土 壤 水 分 的 损 失, 使 得 土 壤 极 易 受 到 风 蚀 在 大 草 原 各 省, 常 常 在 极 端 气 候 条 件 下, 侵 蚀 一 年 中 任 何 时 候 都 可 发 生, 如 强 风 特 别 是 持 续 干 旱 的 年 份 1988 年 的 大 旱, 是 近 几 十 年 来 最 为 严 重 的 旱 灾 因 此, 沙 尘 暴 次 数 相 当 于 或 超 过 了 大 草 原 各 省 两 个 气 象 台 站 以 前 的 最 高 记 录, 也 超 过 了 其 他 台 站 的 平 均 数 ( 威 敦 等,1992 年 ) 很 明 显, 有 必 要 急 需 开 展 气 候 因 子 与 沙 尘 暴 之 间 联 系, 以 及 与 其 他 环 境 因 素, 如 植 被 覆 盖 度 土 地 利 用 类 型 作 物 流 茬 秸 杆 等 关 系 的 进 一 步 调 查 研 究 ( 威 敦 等,1992 年 ; 威 敦 和 查 克 拉 瓦 提 1990 年 ) 为 了 全 面 了 解, 附 件 1 列 出 了 发 生 重 大 沙 尘 暴 的 年 代 因 为 干 旱 在 大 草 原 地 区 是 最 为 明 显 的 气 候 特 征, 附 件 中 也 列 出 了 重 大 旱 灾 的 年 分 值 得 注 意 的 是, 虽 然 早 在 19 世 纪 70 年 代 和 19 世 纪 80 年 代 ( 如 1872 年 在 温 尼 伯 和 1883 年 在 里 贾 纳 就 在 一 些 选 择 的 气 象 台 站 开 展 了 观 察 工 作, 但 是 直 到 1948 年, 全 国 性 的 系 统 的 气 候 记 录 尚 未 建 立 ( 加 拿 大 环 境 2000 年 版, 加 拿 大 气 候 趋 势 与 变 化 公 报, 赫 灵 顿 等,1997 年 ) 因 此,19 世 纪 后 期 和 20 世 纪 早 期 的 沙 尘 暴 资 料, 可 能 有 一 些 由 于 其 信 息 来 源 五 花 八 门, 不 免 有 些 带 有 一 定 的 夸 张 成 分, 要 慎 重 解 释 四 ) 沙 尘 暴 的 危 害 后 果 8

48 由 于 大 风 洪 水 和 耕 作 制 度 的 影 响, 风 蚀 导 致 了 地 面 土 壤 的 重 新 分 布 ( 勒 蒙 等, 1998 年 ) 加 拿 大 大 草 原 几 乎 所 有 地 区 都 受 到 上 述 三 项 因 素 的 影 响 事 实 上, 早 在 19 世 纪 80 年 代 的 马 尼 托 巴, 风 蚀 就 被 界 定 为 威 胁 农 业 生 产 的 灾 害 ( 琼 斯, 1987 年 ) 19 世 纪 的 90 年 代 的 萨 克 其 万 ( 马 克 艾 万,1952) 和 20 世 纪 的 10 年 代 的 艾 伯 塔 ( 哥 雷,1966 年 ) 也 持 同 样 的 认 识 观 点 截 止 现 在, 最 具 灾 难 性 的 沙 尘 暴 和 干 旱 当 属 发 生 在 30 年 代 的 恶 尘, 使 大 草 原 地 区 三 个 省 全 部 受 难 1933~1937 年 期 间, 这 一 地 区 的 降 水 几 乎 减 少 一 半 因 此, 小 麦 玉 米 产 量 分 别 减 少 32% 和 50%,20 万 个 农 场 破 产,30 万 人 口 移 居 他 乡,5 万 农 民 依 赖 政 府 救 济 生 活 ( 赫 灵 顿 等,1997 年 ) 在 帕 理 塞 三 角 地 带 一 处,10 万 户 家 庭 被 迫 弃 耕, 男 人 们 肩 扛 着 简 单 的 行 囊, 扒 乘 铁 路 货 车, 远 离 大 草 原 地 区 ( 哥 雷,1996 年 ) 1931 年 8 月 1 日, 由 于 加 拿 大 红 十 字 会 为 连 续 三 年 绝 收 而 遭 受 寒 冷 与 饥 饿 的 12 5 万 贫 困 农 户 发 起 了 一 场 捐 粮 捐 衣 的 活 动, 这 才 唤 醒 了 全 国 上 下 对 沙 尘 暴 和 干 旱 灾 害 严 重 性 的 关 注 ( 哥 雷,1996 年 ) 20 世 纪 整 个 30 年 代, 风 蚀 和 干 旱 极 为 严 重 就 这 一 段 时 间 来 说, 大 草 原 地 区 的 250 个 城 市 700 多 万 公 顷 土 地 受 到 了 旱 灾 的 影 响 风 蚀 到 底 摧 毁 了 农 田, 没 有 准 确 的 记 录 当 时, 土 地 表 土 被 剥 蚀 的 局 面 用 失 控 形 容 一 点 不 为 过 哥 雷 (1996 年 ) 把 建 围 栏 流 杂 草 称 作 是 能 够 保 土 固 沙 的 有 效 措 施 这 一 措 施 绝 对 必 要, 因 为, 仅 一 年, 有 刺 铁 丝 护 栏 完 全 被 风 沙 流 携 带 的 沙 土 物 质 埋 没 20 世 纪 30 年 代 的 这 场 风 干 旱 也 带 来 了 蝗 虫 灾 难 艾 伯 塔 发 生 蝗 虫 的 第 一 年, 受 到 严 重 袭 击 的 面 积 大 约 4100 平 方 公 里, 到 1939 年, 蝗 虫 袭 击 面 积 答 到 15 5 万 平 方 公 里 萨 克 其 万 受 到 中 度 袭 击 的 面 积 由 1931 年 的 4000 平 方 公 里, 增 加 到 26 万 多 平 方 公 里, 占 了 全 省 国 土 底 数 的 40% 多 ( 哥 雷,1996 年 ) 在 大 草 原 地 区 的 土 地 上 生 存 真 是 一 场 生 死 搏 斗 农 民 们 失 去 他 们 劳 动 成 果, 几 乎 颗 粒 无 收 的 例 子 比 比 皆 是 ( 牡 瑞,1980 年 ) 沙 尘 暴 和 干 旱 摧 毁 了 城 镇 和 农 民 的 粮 田, 给 人 们 的 财 产 和 粮 食 生 产 带 来 了 不 可 估 量 的 损 失 以 1988 年 的 沙 尘 暴 和 干 旱 为 例, 直 接 生 产 损 失 估 计 达 到 18 亿 加 元 ( 威 敦 等,1992 年 ) 加 拿 大 政 府 花 在 这 次 灾 难 中 的 保 险 和 补 助 金 达 14 亿 加 元 ( 艾 特 金,1997 年 ) 各 省 政 府 也 由 于 沙 尘 暴 和 干 旱 等 自 然 灾 害, 遭 受 了 粮 食 损 失 的 巨 额 费 用 平 均 来 算, 萨 克 其 万 省 损 失 最 为 惨 重, 每 年 超 过 1 3 亿 加 元 (1995 年 以 不 动 加 元 计 算 ), 马 尼 托 巴 的 粮 食 损 失 费 用 每 年 大 约 在 3000 千 万 加 元 据 估 计, 大 草 原 地 区 三 省 每 年 因 风 蚀 花 在 农 场 上 的 开 支 大 约 为 2 49 亿 加 元 ( 威 敦 和 查 克 拉 瓦 提,1990 年 表 3 列 出 了 加 拿 大 与 沙 尘 暴 / 干 旱 有 关 的 最 为 严 重 的 灾 害 及 其 费 用 表 3: 加 拿 大 沙 尘 暴 / 干 旱 最 为 严 重 的 灾 害 及 其 费 用 ( 加 元 ) 日 期 灾 害 地 区 经 济 损 失 (89 年 不 动 加 元 ) 1936 年 尘 暴 干 旱 热 浪 所 有 各 省 小 麦 损 失 5.14 亿 元 1961 年 沙 尘 暴 干 旱 大 草 原 三 省 小 麦 损 失 6.68 亿 元 79~80 年 夏 沙 尘 暴 干 旱 大 草 原 三 省 25 亿 元 1984 年 尘 暴 干 旱 热 浪 西 部 各 省 10 亿 元 88 年 夏 尘 暴 干 旱 热 浪 大 草 原 三 省 加 安 大 略 省 18 亿 元 的 产 品 损 失 40 亿 元 出 口 损 失 9

49 沙 尘 暴 和 干 旱 引 发 了 土 地 能 力 遗 失 贻 尽, 以 至 无 法 耕 种, 导 致 土 壤 变 异, 粮 食 产 量 减 少, 水 质 空 气 质 量 下 降 风 蚀 搬 走 了 作 物 赖 以 生 长 的 土 层 中 可 利 用 的 养 分 和 细 物 质, 导 致 有 机 质 的 损 失 严 重 的 土 壤 损 失, 减 小 了 植 物 的 根 系, 进 而 耗 尽 了 有 效 的 养 分 水 分 根 据 博 德 和 拉 宝 特 1986 年 的 资 料, 加 拿 大 土 壤 形 成 的 年 比 率 为 250~1000 公 斤 / 公 顷 相 反, 年 风 蚀 比 率 为 20~25 吨 / 公 顷, 且 相 当 普 遍 斯 帕 洛 1984 年 做 了 一 个 保 守 的 估 计, 由 于 风 蚀 和 水 蚀 每 年 产 生 的 土 壤 损 失 达 2 77 亿 吨, 其 中 585 为 风 蚀 所 致 风 沙 尘 暴 对 于 粮 食 产 量 和 土 壤 生 产 能 力 带 来 得 影 响 相 当 巨 大 据 估 计, 加 拿 大 大 草 原 地 区 每 年 一 季 作 物 种 植 地 的 50% 以 上 裸 露 在 大 风 侵 蚀 之 下 ( 大 草 原 地 区 农 场 复 垦 管 理 局,2000 年 版 杂 志 ) 为 了 认 识 伴 随 风 蚀 而 生 的 其 他 严 重 问 题, 加 拿 大 政 府 采 取 了 一 些 行 动 下 面 的 文 字 简 单 介 绍 政 府 的 有 关 计 划 与 项 目 三 治 理 风 沙 尘 暴 : 计 划 与 项 目 就 机 构 而 言, 加 拿 大 治 理 风 沙 尘 暴 和 干 旱 的 斗 争, 随 着 1886 年 6 月 2 日 主 权 实 验 农 场 体 系 的 建 设 而 开 始 这 一 体 系 为 后 来 雄 心 勃 勃 的 农 业 框 架 奠 定 了 重 要 的 基 础, 铺 平 了 道 路 ( 哥 雷,1996 年 ) 20 世 纪 30 年 代 的 严 重 沙 尘 暴 和 干 旱 迫 使 人 们 重 新 认 识 加 拿 大 西 部 的 农 业 为 了 解 决 严 重 的 生 态 问 题, 大 规 模 地 采 取 了 一 系 列 措 施, 挽 救 大 草 原 地 区, 以 免 沦 为 沙 丘 密 布 风 蚀 肆 虐 的 荒 凉 土 地 最 为 著 名 的 就 是 大 草 原 地 区 农 场 复 垦 管 理 局, 这 在 当 时 是 一 个 新 欣 的 专 门 机 构 一 ) 专 门 机 构 框 架 如 果 说 30 年 代 的 黑 风 暴 促 使 人 们 有 意 识 地 吸 收 了 对 于 干 旱 问 题 的 新 思 考, 刺 激 了 政 府 部 门 建 立 了 土 壤 保 护 机 构, 那 么 大 草 原 地 区 农 场 复 垦 管 理 局 就 是 加 拿 大 在 此 领 域 的 最 大 成 就 为 了 应 付 30 年 代 频 繁 的 沙 尘 暴 普 遍 的 干 旱 和 弃 耕 问 题, 1935 年, 根 据 国 会 的 一 项 法 规, 成 立 了 大 草 原 地 区 农 场 复 垦 管 理 局 起 先 的 目 的 比 较 单 一, 只 是 为 了 控 制 土 壤 流 失, 但 是, 后 来 的 职 责 范 围 得 到 了 迅 速 的 扩 大 : 保 障 马 尼 托 巴 省, 萨 克 其 万 省 和 艾 伯 塔 省 干 旱 与 沙 尘 暴 影 响 地 区 的 复 垦, 并 在 上 述 地 区 开 发 创 办 农 场 行 业 林 场 水 源 土 地 利 用 以 及 国 土 政 治 等 那 些 能 够 尽 可 能 保 证 经 济 安 全 的 体 系 ( 卫 瑟 等,1996 年 ) 大 草 原 地 区 农 场 复 垦 管 理 局 不 仅 是 一 个 领 导 机 构, 同 时 也 为 应 付 早 期 沙 尘 暴 战 役 提 供 了 大 量 的 人 力 和 设 备 ( 哥 雷,1996 年 ; 崴 特 劳 佛 和 布 兰 德,1992 年 ) 大 草 原 地 区 农 场 复 垦 管 理 局 的 有 关 历 史 及 成 就 见 专 栏 10

50 专 栏 一 : 大 草 原 地 区 农 场 复 垦 管 理 局 (PFRA) 大 事 记 1935 年 4 月 17 日, 通 过 PFRA 法 案, 托 管 权 限 为 5 年 许 多 控 制 土 壤 流 失 的 措 施 开 始 受 助 启 动, 农 业 改 良 协 会 成 立 并 开 始 示 范 新 的 耕 作 方 法 1936 年, 在 萨 克 其 万 西 南 地 区, 建 立 或 修 复 水 库 和 灌 溉 设 施, 农 民 在 项 目 区 内 或 附 近 地 区 定 居 耕 作 1937 年,PFRA 修 正 案 增 加 了 土 地 利 用 和 国 土 整 治 的 条 款 PFRA 顾 问 委 员 会 于 1937 年 5 月 6 日 成 立, 专 门 负 责 里 贾 纳 的 事 务 ; 社 区 牧 场 项 目 在 同 年 启 动,16 个 社 区 牧 场 于 12 月 开 始 围 栏 播 种, 并 在 1938 年 开 始 放 牧 年, 春 季 暴 雨 成 灾, 一 些 新 建 的 土 坝 被 洪 水 毁 坏, 其 他 水 坝 用 沙 袋 进 行 堤 坝 保 护 ; 1939 年,PFRA 的 托 管 权 限 在 原 定 5 年 的 基 础 上 得 到 无 限 期 延 长 ; 1941 年, 首 届 牧 场 主 大 会 召 开, 当 年 有 43 座 牧 场 运 营 另 有 11 座 在 建 1946 年, 控 制 土 壤 流 失 的 预 算 划 拨 出 来, 重 点 转 向 水 利 和 牧 场 等 建 设 项 目 1948 年,PFRA 获 得 专 项 基 金 援 助, 用 于 不 列 颠 哥 伦 比 亚 省 的 排 灌 设 施 建 设, 大 部 分 工 程 在 该 省 省 内 进 行 1961 年, 通 过 了 农 业 复 垦 与 开 发 法 ( 简 称 农 发 法 );PFRA 为 起 草 加 拿 大 西 部 法 提 供 了 行 政 管 理 和 技 术 支 持 ; 1964 年, 第 一 次 在 印 第 安 保 护 区 建 立 公 共 牧 场, 与 当 地 牧 师 分 派 牧 业 收 入 ; 1965 年, 根 据 PFRA 的 常 用 程 序, 由 水 文 工 作 者 编 写 了 第 一 个 计 算 机 程 序, 并 在 里 贾 纳 租 赁 的 计 算 机 上 使 用 ; 1968 年,PFRA 从 农 业 部 划 出, 隶 属 林 业 与 农 村 部 管 理 ; 1969 年,PFRA 成 为 新 成 立 的 地 区 经 济 发 展 部 隶 属 单 位 ; 1975 年,40 周 年 大 庆 截 止 到 4 月,PFRA 已 经 建 设 了 95,999 座 桥 梁,10,516 眼 水 井, 11,260 座 蓄 水 库,6,037 个 灌 溉 工 程 ; 1983 年,PFRA 重 新 划 归 加 拿 大 农 业 部 管 辖 ; 1984 年,PFRA 与 联 邦 - 省 属 共 同 管 理 大 草 原 地 区 牲 畜 抗 旱 项 目 ; 1985 年,PFRA 成 为 联 邦 作 物 抗 旱 项 目 主 管 部 门 ; 1988 年,PFRA 向 联 邦 政 府 呈 递 了 牲 畜 青 饲 料 以 及 水 源 紧 急 抗 旱 项 目 书 ; 1989 年, 联 邦 政 府 和 省 政 府 签 署 了 国 家 水 保 项 目 协 定 ; 大 草 原 地 区 宣 布 有 了 永 久 性 保 护 项 目, 在 过 度 地 带 从 事 作 物 耕 作 的 农 民 得 到 种 子 饲 料 的 付 款 ; 1997 年, 国 家 水 土 保 持 项 目 开 始 实 施 ; 1998 年,PFRA 设 立 了 大 草 原 地 区 农 业 景 观 项 目, 专 门 研 究 土 地 资 源 及 其 支 撑 农 业 生 产 和 加 工 能 力 资 料 来 源 : 农 场 复 垦 管 理 局 简 史 加 拿 大 农 业 及 农 业 粮 食 网 页 : 其 他 的 机 构 设 置 同 样 也 发 挥 了 重 要 的 作 用, 例 如, 马 尼 托 巴 作 物 繁 育 中 心 ( 简 称 作 物 中 心 ) 就 是 其 中 之 一 该 中 心 是 一 个 集 工 业 协 会 马 尼 托 巴 园 艺 生 产 力 促 进 中 心 ( 简 称 园 艺 中 心 ) 和 加 拿 大 马 尼 托 巴 省 政 府 等 三 级 领 导 部 门 合 办 的 机 构 作 物 中 心 的 主 要 目 标 是 既 有 经 济 价 值 且 有 益 环 境 的 作 物 的 可 持 续 生 产 的 调 研 和 示 范, 包 括 作 物 繁 育 集 约 农 业 技 术 实 践 促 进 马 尼 托 巴 省 粮 食 附 加 加 工 价 值 的 开 发 根 据 适 当 的 专 业 意 见, 集 思 广 益, 提 供 适 当 的 土 地 和 设 备, 完 成 上 述 任 务 11

51 作 物 中 心 的 活 动 包 括 : 现 行 灌 溉 技 术 的 测 试 和 示 范, 灌 溉 和 旱 地 条 件 下, 作 物 表 现 的 田 间 测 试 作 物 中 心 同 时 还 从 事 NICHE 作 物 特 性 作 物 价 值 变 化 市 场 潜 力 以 及 附 加 值 的 评 价 和 示 范 工 作 计 划 交 付 机 制 由 田 间 示 范 公 布 数 据 和 材 料 发 表 报 告 培 训 讲 座 学 术 研 讨 组 成, 当 然, 这 些 都 要 与 联 邦 政 府 省 政 府 和 工 业 部 门 的 计 划 紧 密 结 合 作 物 中 心 的 其 他 更 多 方 面 的 工 作, 是 与 国 外 机 构 集 团 以 及 个 企 的 合 作 该 中 心 向 国 内 外 提 供 多 种 形 式 的 从 事 研 究 和 示 范 的 援 助, 包 括 技 术 支 持 场 地 和 试 验 田 等 设 备 的 支 持 二 ) 计 划 与 项 目 加 拿 大 大 草 原 地 区 的 沙 尘 暴 和 干 旱, 除 了 它 对 农 业 和 农 村 生 活 的 负 面 影 响 以 外, 它 还 有 正 面 影 响 例 如,20 世 纪 30 年 代 的 黑 风 暴, 促 使 加 拿 大 国 会 通 过 了 负 担 多 项 控 制 风 沙 危 害 的 巨 额 基 金 拨 款, 譬 如,1937 年 的 年 度 费 用 高 达 1000 万 加 元, 国 会 批 准 的 总 投 资 高 达 5 亿 加 元 ( 哥 雷,1996 年 ) 自 20 世 纪 30 年 代 开 始, 联 邦 政 府 和 省 政 府 都 启 动 了 大 批 项 目, 大 部 分 计 划 和 项 目 都 是 通 过 农 场 复 垦 管 理 局 实 施 的 1983 年, 农 场 复 垦 管 理 局 出 版 了 一 份 题 为 加 拿 大 大 草 原 地 区 土 地 退 化 和 土 壤 保 持 问 题 的 报 告 报 告 认 为, 大 草 原 地 区 面 临 的 最 大 威 胁 就 是 风 蚀 水 蚀 盐 碱 化 和 土 壤 养 分 损 失 等 问 题 这 项 评 价 为 该 地 区 后 来 的 大 批 土 壤 保 持 项 目 奠 定 了 基 础 非 政 府 组 织 和 其 他 集 团 为 此 也 做 出 了 巨 大 贡 献 20 世 纪 80 年 代, 由 于 野 生 动 物 锐 减 的 问 题, 加 拿 大 世 界 野 生 动 物 基 金 发 起 了 一 个 西 部 野 生 计 划 ( 戴 森,1996 年 ), 从 此, 根 据 主 流 思 想 和 可 持 续 农 业 生 态 系 统 的 原 理, 开 始 了 一 个 新 的 农 业 生 产 体 系 新 的 农 业 生 产 体 系 为 综 合 各 类 农 业 生 产 活 动 的 环 境 经 济 和 社 会 影 响, 提 出 了 一 个 概 念 框 架 最 近, 加 拿 大 宣 布, 国 家 水 土 保 持 计 划 ( 简 称 水 保 计 划 ) 的 实 施 取 得 成 功 水 保 计 划 是 联 邦 政 府 的 一 项 为 期 两 年 的 计 划,2000 年 3 月 31 日 结 束 除 了 传 统 的 一 些 土 壤 方 面 的 问 题 以 外, 该 计 划 着 重 强 调 与 水 问 题 有 关 的 各 种 环 境 问 题 由 于 下 列 四 项 战 略 方 向, 该 项 目 得 到 了 资 金 保 证 : 即,1) 管 理 ;2) 技 术 ( 研 究 和 开 发 ); 3) 市 场 ; 和 4) 增 强 意 识 水 保 计 划 强 调, 要 开 发 所 需 措 施 和 资 料, 与 合 伙 单 位 合 作, 搞 好 解 决 当 地 特 殊 问 题 的 能 力 建 设 加 拿 大 全 国, 已 拨 出 1000 万 加 元, 研 究 农 业 土 地 利 用 对 于 水 质 的 影 响, 并 提 出 扩 大 环 境 可 持 续 性 项 目 可 行 性 政 府 公 布, 从 1995 年 联 邦 预 算 中 拨 给 加 拿 大 改 革 与 农 村 发 展 基 金 的 6000 万 加 元 中, 划 出 经 费 支 持 水 保 计 划 正 式 提 交 的 这 项 计 划, 目 的 在 于 支 持 加 拿 大 的 可 持 续 农 业 开 发 大 草 原 地 区 通 过 农 场 复 垦 管 理 局, 已 经 向 合 格 机 构 拨 出 300 万 加 元, 实 施 水 土 保 持 项 目, 重 点 是 水 质 问 题 艾 伯 塔 省 已 投 入 120 万 加 元, 解 决 农 家 肥 管 理 和 河 岸 阶 地 的 管 理 等 一 些 基 础 性 问 题 三 ) 方 法 与 措 施 在 加 拿 大, 农 业 实 践 各 地 相 差 甚 远 有 争 议 说, 沙 尘 暴 和 干 旱 教 会 了 加 拿 大 大 草 原 地 区 的 农 民 使 用 新 的 耕 作 方 法 和 技 术 下 面 的 文 字 重 点 阐 述 加 拿 大 大 草 原 地 区 采 用 的 几 项 重 要 方 法 与 措 施 1.. 优 化 管 理 方 法 12

52 由 于 农 业 活 动, 出 现 环 境 问 题 的 可 能 性 都 有 完 整 的 记 录 有 一 些 实 用 措 施 可 以 保 证, 在 不 牺 牲 经 济 生 产 利 益 的 情 况 下, 可 以 把 对 环 境 的 危 害 降 到 最 低 水 平 这 些 预 防 污 染 的 农 作 方 法 就 是 众 所 周 知 的 优 化 管 理 方 法 根 据 希 拉 德 和 立 德 科 (2000 年 ) 的 研 究, 有 三 种 普 通 的 优 化 管 理 方 法 第 一 类 强 调, 在 防 止 污 染 的 过 程 中, 减 少 投 入 农 业 生 产 中 使 用 潜 在 的 有 害 物 质 越 少, 对 环 境 的 其 他 部 分 产 生 的 影 响 就 越 轻, 这 里 所 指 的 就 是 化 肥 农 家 肥 和 杀 虫 剂 养 分 管 理, 是 根 据 作 物 能 够 吸 收 的 实 际 需 要, 准 确 使 用 化 肥 农 家 肥 用 量 的 一 种 方 法 超 过 实 际 需 求 的 肥 料 用 量, 将 有 可 能 渗 入 地 表 水 和 地 下 水 除 草 剂 和 杀 虫 剂 的 使 用, 可 以 通 过 虫 害 综 合 管 理 降 至 最 低 程 度 说 起 管 理 策 略, 应 包 括 对 虫 害 的 认 识, 以 及 结 合 自 然 的 化 学 的 生 物 的 和 文 化 的 综 合 治 理 措 施 第 二 类 优 化 管 理 方 法 直 接 涉 及 侵 蚀 和 径 流 管 理 带 状 耕 作 防 护 林 带 作 物 秸 杆 的 利 用 等, 有 效 地 防 止 了 侵 蚀, 减 少 了 农 田 养 分 转 移 和 杀 虫 剂 的 使 用 量 免 耕 流 茬 和 连 续 性 种 植, 业 已 证 明 有 效 防 止 了 侵 蚀, 但 其 方 法 可 能 需 要 更 高 的 化 肥 和 除 草 剂 使 用 量 第 三 种 类 型 包 括 扎 设 栅 栏 围 栏 等 阻 拦 和 截 流 农 田 物 质 外 流 在 大 多 数 情 况 下, 条 带 状 植 被 可 以 减 缓 径 流 的 流 速, 使 径 流 夹 带 的 土 壤 物 质 滞 留 沉 淀 下 来, 也 使 径 流 水 渗 入 地 下, 其 中 的 养 分 被 植 物 吸 收 在 种 植 一 茬 作 物 的 耕 地 上, 可 以 使 用 很 多 方 法, 如 渠 边 种 草 条 带 状 植 被 田 埂 等 都 是 拦 土 蓄 泥 截 水 防 蚀 的 好 办 法 河 流 或 湖 泊 周 围 的 拦 水 截 洪 带, 通 常 被 认 为 是 河 岸 坝 或 河 岸 护 堤 只 有 植 被 方 可 使 得 洪 水 泥 沙 沉 积 养 分 沉 淀 固 定 河 岸 保 护 河 堤, 免 受 侵 蚀 合 理 的 管 理 方 法 是 保 持 水 土 的 有 力 措 施 在 大 草 原 地 区 各 省, 农 民 使 用 风 能 抽 取 地 下 深 层 水, 或 者 在 人 工 水 池 中 蓄 水 ( 亥 考 特,1983 年 ) 但 是, 农 民 自 己 解 决 不 了 水 质 的 问 题, 大 草 原 地 区 影 响 水 质 的 自 然 因 素 很 多 优 化 管 理 方 法 是 土 壤 保 持 和 提 高 水 质 过 程 需 要 做 的 第 一 步 利 用 优 化 管 理 方 法 可 大 大 减 少 耕 作 的 很 多 负 面 影 响 有 些 情 况 下, 采 用 优 化 管 理 方 法 知 识 一 个 简 单 的 常 识 问 题, 不 需 要 增 加 任 何 或 者 额 外 的 投 入, 例 如 有 害 物 质 的 适 当 处 理 等 另 外, 还 可 免 去 大 量 的 间 接 投 入, 如 建 设 围 栏 护 堤 等 保 护 水 质 的 工 程 投 资 很 大 以 下 几 段 文 字 重 点 介 绍 几 种 实 践 方 法 与 农 业 有 关 的 环 境 变 化 随 着 耕 作 方 法 的 不 同 而 千 变 万 化 根 据 博 得 和 拉 宝 特 1986 年 的 资 料, 宽 行 作 物 ( 包 括 玉 米 大 豆 葵 花 旱 地 豌 豆 大 田 豆 角 土 豆 和 蔬 菜 ) 一 般 使 用 化 肥 和 杀 虫 剂 的 量 较 大, 对 于 土 壤 引 起 侵 蚀 的 风 险 也 大 窄 行 作 物 ( 包 括 小 麦 燕 麦 大 麦 混 种 谷 物 亚 麻 子 canola 芥 菜 子 和 裸 麦 ) 常 常 出 现 土 壤 有 机 质 物 质 和 养 分 减 少, 特 别 是 灌 溉 地 发 生 盐 碱 化 饲 料 作 物 ( 包 括 秭 苜 蓿 和 其 他 饲 料 作 物 ) 能 够 保 养 土 壤, 但 是, 有 时 集 中 牲 畜 放 牧, 地 表 径 流 会 就 地 污 染 水 体 夏 季 休 耕 法 及 其 下 降 的 趋 势 大 草 原 地 区 一 种 独 特 的 耕 作 方 法 叫 做 夏 季 休 耕 法 这 种 耕 作 方 法 就 是 在 一 些 地 块 上, 从 春 到 秋 的 生 长 季 节 里, 不 种 任 何 作 物, 为 的 是 保 护 土 壤 水 分 和 恢 复 营 13

53 养 补 给 ( 卫 瑟 等,1996 年 ) 按 照 耕 作 传 统, 许 多 加 拿 大 农 民 认 为 夏 季 休 耕 法 是 干 旱 土 地 作 物 生 产 必 需 的 措 施 但 是, 研 究 结 果 表 明, 经 常 为 了 铲 除 杂 草 需 要 进 行 耕 地 翻 土, 故 夏 季 休 耕 法 对 于 土 地 并 不 特 别 仁 慈 ( 大 草 原 地 区 农 场 复 垦 管 理 局,1999 年 报 告 ) 事 实 上, 这 种 方 法 被 确 认 是 造 成 土 壤 侵 蚀 增 加 有 机 质 减 少 盐 碱 化 频 发 的 一 个 关 键 因 素 博 得 和 拉 宝 特 1986 年 的 报 告 写 道, 在 大 草 原 各 省, 夏 季 休 耕 法 土 地 上 每 公 顷 土 壤 侵 蚀 量 是 小 麦 休 闲 地 土 壤 侵 蚀 量 的 两 倍 多, 是 与 燕 麦 大 麦 和 秭 草 等 5 年 倒 茬 的 小 麦 地 块 土 壤 侵 蚀 量 的 40 倍 因 此, 如 表 4 所 示, 夏 季 休 耕 法 自 20 世 纪 80 年 代 以 来, 持 续 减 少 近 年 来, 一 些 公 认 的 保 护 性 休 闲 地 新 技 术 较 为 流 行 其 中 一 种 叫 做 化 学 休 闲 法, 主 要 使 用 喷 洒 除 草 剂 来 减 少 翻 耕 土 地, 保 留 地 面 秸 杆, 冬 季 积 雪, 减 少 水 分 蒸 发 损 失 其 他 方 法 包 括 零 耕 法, 或 称 作 免 耕 法 零 耕 法 就 是 将 种 子 和 化 肥 直 接 撒 在 苗 床 上, 不 用 翻 耕 或 犁 耙 土 壤, 把 犁 沟 用 秸 杆 盖 住, 或 者 直 接 在 地 面 上 覆 盖 秸 杆, 这 样 可 以 防 止 风 蚀 零 耕 法 的 撒 种 方 式, 既 有 利 于 减 慢 消 耗 有 机 质, 又 能 避 免 降 雨 以 径 流 的 形 式 流 失, 有 利 于 雨 水 渗 漏 地 下 有 一 项 称 作 作 物 秸 杆 管 理 的 项 目, 实 质 上, 因 为 它 减 少 了 表 土 裸 露 受 大 风 和 暴 雨 侵 蚀 的 时 间, 所 以, 大 大 降 低 了 风 蚀 的 风 险 加 拿 大 大 草 原 地 区 的 农 民 深 信, 这 种 直 接 撒 种 的 办 法 能 够 保 护 幼 苗, 在 早 期 生 长 阶 段 免 受 高 温 和 大 风 的 影 响 ( 农 场 复 垦 管 理 局,1999 年 报 告 ) 初 步 研 究 显 示, 这 种 保 护 性 休 闲 方 法 具 有 良 好 的 经 济 效 益 例 如, 这 种 方 法 不 用 拖 拉 机, 所 以 节 省 了 耕 作 投 资 ( 农 场 复 垦 管 理 局,1999 年 1 号 1999 年 3 号 报 告 ) 表 4: 加 拿 大 大 草 原 地 区 农 田 利 用 变 化 ( 平 方 公 里 ) 马 尼 托 巴 萨 克 其 万 省 艾 伯 塔 加 拿 大 地 区 农 场 总 面 积 作 物 耕 地 播 种 草 场 夏 季 休 闲 地 资 料 来 源 : 加 拿 大 统 计 (2000 年 ) 据 估 计, 加 拿 大 大 草 原 地 区 60% 以 上 的 农 民 正 在 采 用 一 些 保 护 性 耕 作 方 法, 随 着 更 多 的 农 民 掌 握 这 些 方 法 以 后, 这 一 数 字 还 会 上 升 在 多 种 特 别 保 护 性 耕 作 方 法 中, 带 状 耕 作 被 认 为 是 最 有 效 的 方 法 14

54 控 制 风 蚀 的 条 带 状 耕 作 法 也 称 作 条 带 状 种 植 法 或 者 等 线 种 植 法 条 带 状 耕 作 法 是 代 替 夏 季 休 耕 法 条 状 种 植 的 一 种 作 物 ( 比 恰 姆 和 不 路 尼 奥,1985 年 ) 它 的 思 路 就 是 减 少 土 壤 表 面 的 风 速 和 缩 短 大 风 吹 越 裸 露 休 闲 地 的 距 离 另 一 优 点 则 是 增 加 雪 融 后 土 壤 的 水 分 过 去 10 年 间, 农 场 复 垦 管 理 局 (1999 年 4 号 报 告 ) 在 田 间 推 广 条 带 状 方 法 发 挥 了 巨 大 的 作 用 最 常 用 的 办 法 就 是 把 地 块 分 成 较 为 理 想 宽 度 的 条 带 状, 进 行 轮 作 在 典 型 的 两 年 休 耕 轮 作 时, 每 隔 一 行 在 夏 季 休 闲 地 块 上 撒 种 农 民 和 研 究 人 员 都 发 现, 要 成 功 治 理 土 壤 流 动, 就 要 根 据 土 壤 类 型 土 层 厚 度 黏 土 多 少 沙 土 多 寡 确 定 条 带 状 种 植 带 的 宽 度 此 外, 要 最 大 限 度 地 防 止 侵 蚀, 就 要 多 实 行 北 向 和 南 向 条 带 状 种 植 带, 因 为 加 拿 大 大 草 原 地 区 的 盛 行 风 是 西 北 风 或 西 风 研 究 结 果 显 示, 条 带 状 种 植 方 法 可 以 用 田 间 防 护 林 带 完 善 ( 印 度 领 袖 农 业 研 究 基 金 2000 年 ) 加 拿 大 大 草 原 地 区 80 年 代 经 历 的 干 旱 不 仅 是 一 次 新 的 干 旱 循 环, 而 且 也 是 一 次 新 的 全 球 环 境 变 化 的 一 次 波 动 为 了 应 付 这 些 挑 战, 联 邦 政 府 和 省 政 府 加 强 合 作, 启 动 了 一 些 项 目 较 为 理 想 的 项 目 包 括 :80 年 代 中 期 签 署 了 经 济 与 区 域 发 展 协 议,1989 年 编 制 了 国 家 土 壤 保 持 计 划 ( 见 卫 瑟 等,1996 年 ) 与 其 他 计 划 一 起, 这 些 项 目 带 来 了 农 业 耕 作 上 的 变 革 永 久 保 护 计 划 是 一 项 特 殊 项 目, 主 要 目 的 是 减 轻 过 度 地 带 强 风 蚀 影 响 下 的 农 耕 地 的 土 壤 退 化 强 度 永 久 保 护 计 划 永 久 保 护 计 划 是 1989 年 专 为 大 草 原 地 区 各 省 颁 布 的 一 项 三 年 计 划 根 据 卫 瑟 等 人 (1996 年 ) 的 资 料, 根 据 加 拿 大 土 地 分 类, 属 于 过 度 地 带 4 级 5 级 6 级 的 土 地 被 确 定 为 选 择 利 用 的 土 地 永 久 保 护 计 划 的 独 到 之 处 在 于, 它 有 一 套 激 励 机 制, 和 它 所 建 立 的 报 帐 制 度, 已 经 纳 入 计 划 设 计 之 中 特 别 需 要 提 及 的 是, 大 草 原 地 区 的 任 何 一 户 农 民, 如 果 他 们 选 择 长 期 的 合 同, 改 变 每 年 种 植 作 物 的 土 地 利 用 方 式, 进 行 多 年 饲 草 种 植 或 造 林 经 营, 他 们 都 有 资 格 申 请 财 政 支 持 起 步 阶 段, 每 公 顷 支 付 50~125 美 圆 不 定, 这 要 看 农 民 签 定 的 是 10 年 还 是 21 年 的 种 草 还 是 造 林 合 同 待 人 工 草 场 或 人 工 林 地 植 被 建 立 以 后, 根 据 市 场 同 类 土 地 的 标 价, 所 有 款 项 一 次 付 清 允 许 农 民 继 续 使 用 合 同 承 包 的 土 地 放 牧 或 打 草 永 久 保 护 计 划 证 明 了 它 深 受 广 大 农 民 的 欢 迎, 并 及 时 得 到 扩 大, 现 已 扩 大 到 包 括 不 列 颠 哥 伦 比 亚 部 分 地 区 在 内 的 其 他 地 区 合 计 起 来, 永 久 保 护 计 划 已 经 成 功 签 定 了 1 5 万 分 合 同, 其 中 64% 属 于 21 年 的 长 期 合 同, 共 有 521,998 公 顷 过 度 地 带 的 季 节 性 粮 食 生 产 地 已 经 转 换 成 多 年 生 产 的 饲 料 基 地 或 其 他 用 途 ( 见 表 5) 15

55 表 5: 加 拿 大 的 永 久 保 护 计 划 : 合 同 与 面 积 ( 公 顷 ) 合 同 类 型 纯 饲 料 基 地 10 年 合 同 21 年 合 同 总 数 不 列 颠 哥 伦 比 亚 艾 伯 塔 萨 克 其 万 马 尼 托 巴 合 计 资 料 来 源 : 根 据 卫 瑟 等 人 1996 年 的 表 2 编 制 尽 管 永 久 保 护 计 划 让 加 拿 大 政 府 花 费 7400 万 加 元, 但 该 计 划 的 效 益 远 远 超 过 原 有 投 资 除 了 政 府 获 得 一 定 的 效 益 而 外, 社 会 得 到 的 效 益 规 模 更 大 卫 瑟 等 人 1996 年 估 计, 该 项 目 1993 年 一 年 带 来 得 收 益 是 1180 万 加 元, 相 当 于 政 府 粮 食 保 险 农 民 固 定 基 金 及 其 他 费 用 的 总 数, 其 他 的 效 益 如 减 少 了 土 壤 退 化, 提 高 水 质, 增 加 了 野 生 动 物 栖 息 地, 节 约 了 地 方 政 府 用 于 清 理 公 路 导 洪 排 水 系 统 的 风 积 洪 积 泥 沙 的 费 用 无 须 质 疑, 广 大 的 农 民 最 终 会 从 这 一 项 目 的 实 施 获 取 巨 大 的 收 益 政 府 认 识 到, 农 民 参 与 类 似 项 目, 就 是 看 激 励 机 制 是 否 适 当 可 行, 所 以, 所 有 合 同 中 都 有 一 款 例 外 条 款, 允 许 那 些 他 们 自 己 认 为 有 必 要 终 止 合 同 的 农 民, 根 据 现 行 的 偿 还 条 例, 撤 回 合 同 决 策 者 们 完 全 明 白, 有 必 要 监 督 项 目 的 实 施, 以 保 证 农 民 确 实 在 其 土 地 上 发 展 人 工 草 场 或 者 开 展 人 工 造 林 在 过 去 的 一 个 世 纪 中, 加 拿 大 大 草 原 地 区 的 农 民, 由 于 有 了 灌 溉 农 业, 所 以 已 经 适 应 气 候 变 化 发 展 灌 溉 农 业, 过 去 十 分 具 有 吸 引 力, 而 今, 由 于 水 资 源 越 来 越 贫 乏, 灌 溉 农 业 已 失 去 昔 日 的 魅 力 与 此 同 时, 发 展 耐 旱 作 物 已 成 为 时 髦 策 略 譬 如, 许 多 农 民 早 已 开 始 种 植 名 优 特 作 物, 像 芥 菜 子 旱 地 豌 豆 扁 豆 等 ( 赫 灵 敦 等,1997 年 ) 2.. 营 造 防 护 林 连 同 草 本 植 被 一 起, 森 林 被 认 为 是 防 止 土 壤 流 失 的 最 佳 措 施 营 造 防 护 林 长 期 以 来 作 为 减 少 土 壤 侵 蚀 的 有 效 措 施 ( 农 场 复 垦 管 理 局,1996 年 2 号 报 告 ) 在 加 拿 大 大 草 原 地 区, 政 府 在 农 田 防 护 林 四 旁 植 树 各 种 林 带 等 方 面 做 了 巨 大 努 力 农 田 防 护 林 农 田 防 护 林 由 数 行 乔 木 组 成, 栽 植 在 农 田 四 周, 保 护 农 作 物 和 土 壤, 阻 挡 大 风 和 拦 截 降 雪, 改 善 作 物 的 小 气 候 在 加 拿 大 大 草 原 地 区, 减 少 土 壤 风 蚀 是 营 造 农 田 防 护 林 的 主 要 目 的 在 土 壤 易 受 吹 蚀 和 植 被 较 少 的 地 方 乔 灌 结 合 营 造 林 带 最 新 的 研 究 显 示, 农 田 防 护 林 带 可 以 降 低 林 带 自 身 20~30 倍 距 离 内 的 风 速, 可 以 大 幅 度 提 高 作 物 产 量 ( 印 度 领 袖 农 业 研 究 基 金,2000 年 ) 其 他 效 益 包 括, 增 加 野 生 动 物 栖 息 地, 改 善 地 面 景 观 ( 农 场 复 垦 管 理 局 1999 年 2 号 报 告 ) 萨 克 其 万 马 尼 托 巴 以 及 美 国 部 分 地 区 的 研 究 显 示, 成 行 林 带 保 护 下 的 小 麦 产 量 比 一 般 地 块 的 产 量 高 3 5%( 农 场 复 垦 管 理 局 防 护 林 研 究 中 心,2000 年 ) 16

56 我 们 相 信, 加 拿 大 大 草 原 地 区 的 由 高 大 长 寿 乔 木 构 成 的 比 较 理 想 的 农 田 防 护 林 带, 既 不 会 对 周 围 作 物 造 成 威 胁, 也 不 会 占 很 多 土 地 ( 农 场 复 垦 管 理 局 防 护 林 研 究 中 心,2000 年 ) 但 是, 人 们 认 识 到, 株 距 太 大 会 大 大 减 低 防 护 效 果 树 种 必 须 耐 旱 耐 寒 抗 病 袭 防 病 虫, 适 应 除 草 剂, 在 风 蚀 季 节, 即 春 秋 两 季, 要 有 30~50% 的 孔 隙 常 绿 灌 木 (Fraxinus pennsylvanica) 和 拧 条 (Caragana arborescens), 由 于 其 许 多 理 想 的 优 点, 被 选 为 营 造 农 田 防 护 林 的 较 好 树 种 特 别 需 要 指 出, 常 绿 灌 木 是 一 种 高 大 长 寿 耐 严 酷 条 件 的 树 种, 又 不 排 斥 其 他 树 种, 形 状 较 好 这 种 树 种 主 要 的 缺 点 是 春 季 长 叶 较 晚, 其 时 恰 逢 大 风 吹 蚀 季 节 拧 条 也 是 一 样, 长 寿 适 应 性 强, 耐 严 酷 条 件, 抗 虫 害, 主 要 缺 点 是, 树 高 偏 小 ( 最 高 不 到 6 米 ), 防 护 的 距 离 较 小, 空 隙 度 不 大 大 草 原 地 区 农 场 复 垦 管 理 局 防 护 林 研 究 中 心 研 究 人 员 评 价 过 的 替 代 树 种 还 有 西 伯 利 亚 落 叶 松 (Larix sibirica), 苏 格 兰 松 (Pinus sylvestris)( ( 根 据 拉 丁 名 似 乎 应 为 樟 子 松 ) 乌 苏 里 梨 树 (Pinus sylvestris), 和 芒 刺 橡 树 (Quercus macrocarpa) 另 外, 紫 丁 (Syringa villosa) choke 樱 桃 (Prunus virginiana var. Melanocarpa) 等 树 种 也 作 为 较 好 灌 木 单 独 种 植 或 与 常 绿 灌 木 (Fraxinus pennsylvanica) 混 种 除 了 上 述 减 低 风 蚀 保 护 农 庄 农 田 常 年 遭 受 大 风 侵 害 增 加 野 生 动 物 栖 息 地 的 作 用 以 外, 这 些 乔 灌 树 种 尚 能 提 供 薪 柴 木 材 纸 浆 各 种 水 果 水 果 生 产 和 加 工 是 大 草 原 地 区 许 多 农 民 创 收 的 途 径 之 一, 只 要 管 理 得 当, 水 果 质 量 上 乘 根 据 当 地 气 候, 因 地 制 宜 地 选 择 适 宜 树 种, 就 能 取 得 成 功 草 莓 果 类 (Shepherdia argentea) 沙 棘 类 (Hippophae rhamnoides) 樱 桃 类 都 是 农 田 防 护 林 农 家 庭 院 以 及 野 生 动 物 栖 息 地 常 用 的 树 种 蒙 古 樱 桃 (Prunus fruticosa) 南 京 樱 桃 (Prunus tomentosa) 高 灌 酸 果 (Viburnum trilobum) 等 都 是 竞 争 力 较 弱 需 要 常 锄 杂 草 和 细 心 管 护 的 经 济 林 树 种 大 草 原 地 区 水 果 生 产 的 主 要 限 制 因 素 是 无 霜 期 较 短 温 差 较 大 降 水 偏 少 风 力 较 强 但 是, 大 草 原 地 区 的 气 候 也 有 优 越 的 一 面, 日 照 丰 富, 利 于 水 果 成 熟, 湿 度 较 低, 病 害 不 多 附 件 2 例 举 了 加 拿 大 大 草 原 地 区 营 造 防 护 林 的 主 要 树 种 四 旁 植 树 无 须 质 疑, 只 要 规 划 得 当, 防 护 林 对 农 户 产 生 的 效 益 将 非 常 之 大, 能 够 防 风 挡 雪 护 畜 遮 阴 围 栏 北 边 和 西 边 的 林 带 要 达 到 五 行 以 上, 方 可 挡 住 较 强 的 大 风 东 边 和 南 边 的 林 带 通 常 设 计 2~3 行, 效 果 明 显 一 般 来 说, 农 庄 或 居 家 四 旁 植 树, 要 求 树 木 高 大 速 生 长 寿 密 集 林 带 外 圈 一 行 树 木 通 常 挡 雪, 所 以 多 用 诸 如 拧 条 紫 丁 樱 桃 类 灌 木 树 种 第 二 行 为 速 生 树 种, 如 柳 树 (Salix spp.) 或 者 马 尼 托 巴 枫 树 (Acea negundo) 第 三 行 种 植 长 寿 常 绿 灌 木 树 种 第 四 第 五 行 离 庭 院 房 舍 最 近, 要 选 一 些 高 大 密 集 长 寿 的 树 种 诸 如 白 云 松 (Picea glauca) 苏 格 兰 松 等 针 叶 树, 都 是 较 为 适 宜 的 树 种, 因 为, 外 圈 的 几 行 树 已 经 有 效 地 起 到 了 保 护 作 用 ( 农 场 复 垦 管 理 局 防 护 林 研 究 中 心,2000 年 ) 另 外, 杨 树 (Populus spp.) 也 是 常 用 树 种 ( 姆 瑞,1980 年 ) 有 趣 的 是, 为 了 有 助 于 野 生 动 物 生 存, 近 年 来 农 民 考 虑 在 防 护 林 外 圈 种 植 一 些 野 果 灌 木, 如 樱 桃 草 莓 果 和 沙 棘 林 带 17

57 根 据 定 义, 林 带 就 是 由 至 少 3 行 乔 木 或 灌 木 组 成 的 田 间 防 护 林, 林 带 所 起 的 作 用 与 农 田 防 护 林 一 样, 但 是 林 带 间 的 空 间 不 大, 树 冠 紧 密 典 型 的 林 带 设 计 是 中 间 为 高 大 乔 木, 外 围 是 较 矮 树 种 效 益 包 括 以 下 五 项 : 1) 林 带 既 能 防 止 土 壤 风 蚀, 阻 拦 风 雪, 与 常 规 防 护 林 比 较, 它 们 密 度 较 大, 株 距 较 小, 更 有 效 于 增 加 作 物 产 量 ; 2) 增 加 生 物 多 样 性 林 带 容 易 招 虫 引 鸟, 也 是 脯 乳 动 物 喜 欢 栖 息 的 地 方, 林 带 中 野 花 蘑 菇 较 多, 野 生 动 物 栖 息 繁 育 后 代 ; 3) 降 低 全 球 变 暖 进 程 林 带 在 降 低 碳 含 量 方 面 比 普 通 防 护 林 更 有 效 ; 4) 产 生 直 接 经 济 效 益 林 带 直 接 带 给 农 民 收 获 果 实 纸 浆 木 材 枫 蜜 等 机 会 ; 5) 由 于 树 种 较 多, 生 长 周 期 长, 有 长 期 防 护 的 功 能, 净 化 环 境 美 化 景 观 3. 河 岸 地 改 造 与 草 场 改 良 如 上 所 述, 加 拿 大 在 大 草 原 地 区 实 施 了 一 个 从 1998 到 2000 年 的 三 年 项 目, 就 是 国 家 水 土 保 持 计 划 这 项 联 邦 政 府 和 省 政 府 共 同 实 施 的 项 目, 重 点 涉 及 河 岸 地 改 造 和 草 场 改 良 两 大 目 标 为 了 保 护 人 畜 野 生 动 物 以 及 灌 溉 水 源, 首 要 的 问 题 就 是 制 定 最 佳 的 土 壤 保 持 和 河 岸 地 管 理 方 案 为 此, 在 河 岸 地 地 区 开 展 了 多 项 以 涉 及 维 护 或 改 善 水 质 为 目 的 的 牲 畜 和 耕 作 管 理 等 内 容 的 一 系 列 活 动 ( 大 草 原 地 区 农 场 复 垦 管 理 局,2000 年 2 号 报 告 ) 特 别 要 提 及 的 是, 加 拿 大 大 草 原 地 区 农 场 复 垦 管 理 局 负 责 提 供 技 术 资 料, 提 供 与 河 岸 地 管 理 及 水 质 保 护 有 关 项 目 的 支 持, 并 为 城 镇 当 局 和 当 地 非 政 府 组 织 提 供 资 金 支 持 大 部 分 项 目 都 与 生 产 者 土 地 使 用 者 以 及 社 区 直 接 合 伙 实 施, 鼓 励 合 作 伙 伴 优 先 考 虑 未 来 水 土 保 持 项 目, 支 持 他 们 优 先 开 展 河 岸 改 造 项 目 大 草 原 地 区 最 佳 草 场 管 理 包 括 : 调 整 旱 季 牲 畜 数 量, 采 用 计 划 放 牧 制 度, 实 行 牧 场 轮 休 制, 围 栏 封 育 草 场, 定 期 浇 灌 制 度 等, 以 此 保 护 河 岸 地, 所 有 牧 场 建 设 永 久 植 被 保 护 公 共 牧 场 计 划 现 阶 段 是 农 场 复 垦 管 理 局 在 大 草 原 地 区 实 施 的 最 大 的 计 划, 也 是 实 施 期 限 最 长 的 土 壤 保 持 项 目 整 体 来 说, 过 去 几 十 年 来, 草 原 牧 场 开 垦 的 比 率 稳 步 下 降, 数 量 可 观 的 过 度 地 带 的 耕 地 已 经 永 久 性 地 退 耕 还 林 还 草 总 的 原 则 就 是, 不 宜 耕 种 的 土 地 全 部 退 耕, 用 于 发 展 养 牛 牧 场 据 观 察, 植 被 群 落 的 多 样 性, 既 易 于 全 面 恢 复 植 被, 又 可 抵 抗 大 旱 当 初 主 要 是 为 了 恢 复 严 重 侵 蚀 土 地 而 设 立 的 公 共 牧 场 计 划 自 1937 年 实 施 以 来, 已 有 145,000 公 顷 的 劣 质 地 改 造 成 了 草 地, 目 前 约 有 90 万 公 顷 草 场 和 牧 地 ( 农 场 复 垦 管 理 局 2000 年 1 号 报 告 ) 普 遍 认 为, 在 大 草 原 地 区 实 施 最 佳 土 壤 保 持 和 河 岸 地 管 理 措 施, 是 保 护 人 畜 野 生 动 物 和 灌 溉 水 源 的 最 基 本 措 施 大 部 分 农 民 和 小 乡 镇 社 区 都 已 认 识 到 良 好 环 境 管 理 的 必 要 性 目 前 实 施 的 所 有 项 目 都 要 求 农 村 的 土 地 拥 有 者 ( 土 地 承 包 人 ) 继 续 维 持 或 新 辟 野 生 动 物 栖 息 地 流 域 地 区 要 保 持 良 好 水 质, 就 需 要 经 常 控 制 地 表 径 流, 控 制 河 岸 地 区 牲 畜 自 由 通 行, 减 少 牲 畜 在 河 岸 地 区 滞 留 的 时 间 因 为, 每 一 条 流 域 都 有 其 独 特 的 问 题 农 场 复 垦 管 理 局 的 工 作 人 员 在 帮 助 土 地 使 用 者 和 乡 村 社 区 确 认 适 宜 措 施 方 法 方 面 做 了 大 量 的 工 作 与 农 场 复 垦 管 理 局 成 功 奋 斗 的 故 事 很 长, 但 主 要 有 : 18

58 1) 改 善 了 径 流 管 理 ; 2) 所 有 排 灌 设 施 的 清 淤 ; 3) 封 闭 所 有 废 井 ; 4) 发 展 了 双 赢 效 益 的 混 农 林 业 ; 5) 使 用 地 理 信 息 系 统, 做 好 土 地 利 用 规 划 由 于 农 场 复 垦 管 理 局 的 计 划 在 医 治 帕 理 塞 三 角 地 创 伤 和 恢 复 三 角 地 生 产 力 方 面 发 挥 了 显 著 的 作 用, 所 以, 从 计 划 本 身 我 们 可 以 看 出, 防 止 大 草 原 地 区 帕 理 塞 三 角 地 沙 尘 暴 和 制 约 土 壤 侵 蚀 影 响 的 胜 利, 将 是 加 拿 大 太 平 洋 铁 路 建 设 之 后 的 最 大 成 就 四 讨 论 与 结 论 农 业 是 加 拿 大 经 济 的 生 命 力 据 估 算, 农 业 一 个 行 业 目 前 提 供 43 7 万 就 业 岗 位, 占 了 全 国 总 人 口 的 1 5% 和 劳 动 力 人 口 的 3% 另 外 150 万 劳 动 人 口, 约 占 全 国 劳 动 总 人 口 的 10%, 从 事 于 粮 食 和 饮 料 加 工 食 品 零 售 饮 食 服 务 以 及 农 业 与 粮 食 系 统 的 相 关 工 业 普 遍 来 说, 农 业 与 粮 食 行 业 的 产 出 占 加 拿 大 国 内 生 产 总 值 的 8%( 加 拿 大 信 息 办 公 室,2000 年 ) 但 是, 由 于 气 候 因 素 和 土 壤 条 件, 加 拿 大 基 本 土 地 面 积 的 7~8%, 也 就 是 说 大 约 6800 万 公 顷, 可 以 用 作 作 物 生 产 ( 加 拿 大 环 境,2000 年 2 号 报 告 ) 因 此, 保 证 加 拿 大 大 草 原 地 区 可 持 续 农 业 是 重 中 之 重 的 大 事 加 拿 大 大 草 原 地 区 地 表 景 观 不 仅 在 经 受 各 种 各 样 自 然 灾 害 的 影 响, 如 大 风 干 旱 洪 水 森 林 大 火 等 等, 农 业 也 完 全 依 赖 于 直 接 受 气 候 影 响 之 水 土 条 件 根 据 威 敦 等 人 的 资 料 (1992 年 ), 大 草 原 地 区 的 农 场 也 许 是 加 拿 大 气 候 上 最 为 敏 感 的, 譬 如,1988 年 的 大 旱 时 期, 平 均 年 气 温 高 出 过 去 30 年 的 年 平 均 气 温 摄 氏 2~4 度, 降 水 是 1950~1980 年 期 间 平 均 降 水 的 一 半 萨 克 其 万 一 个 省 15 亿 份 农 场 粮 食 收 购 单 中, 小 麦 减 产 29%( 勒 蒙 等,1997 年 ) 对 沙 尘 暴 不 利 影 响 的 认 识, 特 别 是 当 与 土 壤 退 化 因 素, 如 风 蚀 水 蚀 有 机 质 损 失 盐 碱 化 酸 化 污 染 农 业 土 壤 板 结 和 人 为 干 扰 加 倍 破 坏 时, 唤 醒 了 人 们 对 高 产 农 业 生 产 含 义 的 不 断 关 注 为 了 达 到 农 业 行 业 的 可 持 续 发 展, 最 大 的 挑 战 之 一 就 是 正 视 气 候 变 化 问 题 人 们 认 识 到, 气 候 是 影 响 加 拿 大 农 业 生 产 的 最 大 的 一 个 单 一 因 素 许 多 气 候 变 化 的 情 况 显 示, 气 温 在 上 升, 土 壤 湿 度 在 降 低, 对 于 整 个 大 草 原 地 区 各 省 的 农 林 能 源 水 资 源 和 野 生 动 物 产 生 了 潜 在 的 瓦 解 ( 赫 灵 敦 等,1997 年 ) 勒 蒙 等 人 (1997 年 ) 介 绍 了 未 来 变 化 的 一 种 趋 势, 他 们 预 计 地 下 水 将 比 现 在 的 水 位 下 降 4 米, 风 蚀 更 加 严 重 面 对 全 球 气 候 变 化 的 挑 战, 加 拿 大 农 业 的 未 来 将 明 显 依 赖 维 护 自 然 资 源 的 能 力, 包 括 土 壤 水 源 和 大 气 作 为 土 质 变 化 以 及 农 业 可 持 续 性 指 针 的 因 素, 包 括 有 机 质 损 失 养 分 酸 化 盐 碱 化 侵 蚀 以 及 土 壤 板 结 最 后, 土 质 维 护 决 定 了 随 着 时 间 的 流 失, 农 业 生 产 是 否 达 到 可 持 续 的 程 度 而 定 可 持 续 农 业 要 求 维 护 土 壤 水 源 和 大 气 大 草 原 地 区 的 土 壤 正 在 面 临 着 许 多 严 重 的 威 胁 尽 管 农 业 技 术 有 了 很 大 的 提 高, 但 是, 盐 化 侵 蚀 有 机 质 损 失 及 其 他 问 题 正 在 影 响 着 数 以 百 万 公 顷 的 土 地, 加 拿 大 西 部 的 农 田 既 宝 贵 又 脆 弱 19

59 加 拿 大 对 气 候 变 化 和 其 他 的 环 境 问 题 十 分 关 注 1995 年 8 月, 编 制 了 国 家 农 业 与 农 业 粮 食 环 境 战 略, 为 国 家 未 来 的 环 境 管 理 定 了 基 调 2000 年 2 月, 加 拿 大 政 府 发 布 了 加 拿 大 农 业 环 境 可 持 续 性 : 农 业 环 境 指 针 项 目 报 告 这 项 为 期 六 年 有 各 级 政 府 农 业 粮 食 行 业 教 学 研 究 部 门 参 与 的 合 作 研 究, 帮 助 人 们 提 高 行 业 认 识, 如 何 达 到 加 拿 大 自 然 资 源 的 可 持 续 利 用 在 评 价 已 经 取 得 的 重 大 进 展 的 同 时, 该 报 告 也 再 次 肯 定 了 加 拿 大 政 府 降 低 土 壤 侵 蚀 和 改 善 大 气 质 量 的 承 诺 加 拿 大 的 农 业 对 这 个 国 家 的 社 会 文 化 和 经 济 前 景 生 死 攸 关 的 农 业 生 产 的 改 善 和 现 代 技 术, 使 得 加 拿 大 将 其 大 草 原 地 区 各 省 南 部 地 区 恢 复 成 了 具 有 生 产 力 的 旱 地 仅 仅 60 年 以 前, 大 风 以 及 类 似 于 沙 漠 夏 季 热 浪, 少 雨 引 起 的 沙 尘 暴, 年 复 一 年 地 吹 刮 着 大 草 原 的 肥 沃 的 表 土 开 发 了 一 个 全 新 的 农 作 系 统 以 后, 加 拿 大 人 将 这 些 土 地 改 造 成 了 世 界 上 最 为 高 产 的 土 地 本 文 主 要 阐 述 加 拿 大 在 治 理 沙 尘 暴 和 干 旱 方 面 的 经 验 加 拿 大 几 代 人 在 减 少 土 壤 侵 蚀 影 响 和 风 沙 尘 暴 危 害 方 面 取 得 了 巨 大 成 就 加 拿 大 人 对 于 大 草 原 地 区 的 感 情 可 以 归 纳 为 : 沙 尘 不 断, 但 不 会 绝 望 ( 摘 自 约 翰 菲 舍 1994 年 加 拿 大 广 播 电 台 播 音 节 目 中 的 话, 丽 斯 1988 年 在 著 作 134 页 引 用 ) 事 实 上, 加 拿 大 对 于 自 己 在 世 界 农 业 领 域 的 贡 献 感 到 自 豪 加 拿 大 人 治 理 风 沙 尘 暴 的 措 施 他 们 的 各 项 新 发 现 他 们 设 计 的 各 种 方 法, 将 会 对 于 未 来 世 界 半 干 旱 地 区 几 代 人 增 加 粮 食 生 产 给 予 回 报 ( 哥 雷,1996 年 ) 加 拿 大 人 在 时 时 刻 刻 提 醒 着 自 己, 不 要 忘 了 与 不 断 发 生 的 沙 尘 暴 斗 争 的 挑 战 参 考 文 献 : Agriculture and Agri-Food Canada National Environment Strategy for Agriculture and Agri-Food. Document prepared for the Federal and Provincial Ministers of Agriculture. Ottawa. Allen, R. (ed.) A Region of the Mind Interpreting the Western Canadian Plains. Regina, Saskatchewan: Canadian Plains Studies Centre, University of Saskatchewan. Anderson, J Dust storm! Chinook 6(3): Bauer, D.J. (ed.) Proceedings of the Prairie Drought Workshop. Saskatoon, October 11-13, Ottawa: Environment Canada. Beierle, B., and D.G. Smith Severe drought in the early Holocene (10, BP) interpreted from lake sediment cores, southwestern Alberta, Canada. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology 140(1-4): Bircham, P.D., and H.C. Bruneau Degradation of Canada s Prairie Agricultural Lands: A Guide to the Literature and Annotated Bibliography. A report of the Land-Use Policy and Research Branch. Working Paper No. 37. Ottawa: Environment Canada. Bird, P.M., and D.J. Rapport State of the Environment Report for Canada. Environment Canada, Ottawa. Brown, S World of the Desert. The Bobbs-Merrill Company, Inc., New York. Canada Department of Agriculture Drought Situation in Western Canada: Discussion Paper. Ottawa. Canada Information Office Facts on Canada Geography. Ottawa. Canadian International Development Agency Meeting the Challenge Canada s Commitment to the United Nations Convention to Combat Desertification. Ottawa. Chakravarti, A.K The June-July precipitation pattern in the Prairie Provinces of Canada. The Journal of Geography 71: Chakravarti, A.K Precipitation deficiency patterns in the Canadian Prairies, 1921 to Prairie Forum 1(1): Regina: The Canadian Plains Research Centre. David, P.P Sand Dune Occurrences of Canada: A Theme and Resource Inventory Study of Eolian Landforms of Canada. Contract No Ottawa: Department of Indian and Northern Affairs, National Parks Branch. David, P.P Sand dunes in Canada. Geos (Spring Issue): Department of Energy, Mines and Resources of Canada. David, P.P Stabilized dune ridges in northern Saskatchewan. Canadian Journal of Earth Sciences 18: Dormaar, J.F., and R.L. Barsh The Prairie Landscape: Perceptions of Reality. Mimeo. September. 20

60 Dyson, I.W Canada s Prairie Conservation Action Plan. In: Fred B. Samson and Fritz L. Knopf (eds.) Prairie Conservation Preserving North America s Most Endangered Ecosystem, pp Elias, P.D From Grassland to Rockland An Explorer s Guide to the Ecosystems of Southernmost Alberta. Calgary, Alberta: Rocky Mountain Books. Environment Canada The Canada Country Study: Climate Impacts and Adaptation: The Canadian Prairies Summary. Ottawa. Environment Canada. 2000a. Top Weather Events of the 20 th Century. Environment Canada: The Green Lane Fact Sheet. Environment Canada. 2000b. Cultivating A Secure Future: Rural Development and Sustainable Agriculture in Canada A Canadian contribution to the land use dialogue at the 8 th Session of the United Nations Commission on Sustainable Development, April 24 May 5, Ottawa: Environment Canada. Etkin, D., M.T. Vázquez, and I. Kelman Natural Disasters and Human Activity A Contribution to the North American Commission on Environmental Cooperation State of the Environment Report. Environment Canada: The Green Lane. Etkin, D Climate change and extreme events: Canada. Chapter Two in: Volume VIII National Cross-Cutting Issues, Canada Country Study: Climate Impacts and Adaptation. Ottawa: Environment Canada. Friesen, G The Canadian Prairies A History. Toronto: University of Toronto Press. Fryer, H Alberta The Pioneer Years. Langley, B.C.: Stagecoach Publishing Co. Ltd. Gill, T.E Eolian sediments generated by anthropogenic disturbance of playas: human impacts on the geomorphic system and geomorphic impacts on the human system. Geomorphology 17(1-3): Goudie, A.S., and N.J. Middleton The changing frequency of dust storms through time. Climatic Change 20(3): Gray, J.H Men Against the Desert. Second Edition. Saskatoon & Calgary: Fifth House Publishers. Heathcote, R.L The Arid Lands: Their Use and Abuse. London: Longman. Herrington, R., B.N. Johnson, and F. Hunter Responding to Global Climate Change in the Prairies, Volume III of Canada Country Study: Climate Impacts and Adaptation. Ottawa: Environment Canada. Hilliard, C., and S. Reedyk Agricultural Best Management Practices. Regina: Prairie Farm Rehabilitation Administration, Agriculture and Agri-Food Canada. Hogg, E.H Climate and the southern limit of the western Canadian boreal forest. Canadian Journal of Forest Research 24(9): Hogg, E.H Temporal scaling of moisture and the forest-grassland boundary in western Canada. Agricultural and Forest Meteorology 84: Hope, E.C Weather and crop history in Western Canada. Canadian Society of Technical Agriculture Review 16: Indian Head Agricultural Research Foundation The Effects of Shelterbelts on Cropping and Tillage Practices. Indian Head, Saskatchewan. Jones, D.C We ll All Be Buried Down Here : The Prairie Dryland Disaster Calgary: Alberta Records Publication Board, Historical Society of Alberta. Jones, D.C Empire of Dust Settling and Abandoning the Prairie Dry Belt. Edmonton: The University of Alberta Press. Kendrew, W.G., and B.W. Currie The Climate of Central Canada: Manitoba, Saskatchewan, Alberta, and the Districts of Mackenzie and Keewatin. Ottawa: E. Cloutier, Queen s Printer. Kostaschuk, R A field study of turbulence and sediment dynamics over subaqueous dunes with flow separation. Sedimentology 47(3): LaDochy, S., and C.H. Annett Drought and dust: a study in Canada s Prairie Provinces. Atmospheric Environment 16(6): Larney, F.J., M.S. Bullock, S.M. McGinn, and D.W. Fryrear Quantifying wind erosion on summer fallow in southern Alberta. Journal of Soil and Water Conservation 50(1): Lemmen, D.S., and R.E. Vance (eds.) Holocene Climate and Environmental Change in the Palliser Triangle: A Geoscientific Context for Evaluating the Impacts of Climate Change on the Southern Canadian Prairies. Geological Survey of Canada Bulletin 534. Ottawa: Natural Resources Canada. 21

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63 附 件 1: : 加 拿 大 的 风 沙 尘 暴 以 及 旱 灾 大 事 记 时 间 事 件 1886~89 年 大 草 原 地 区 发 生 严 重 干 旱 1893~95 年 大 草 原 地 区 大 规 模 旱 灾 1912~13 年 三 角 地 带 严 重 旱 灾 1917~20 年 大 草 原 地 区 发 生 强 风 蚀, 艾 伯 塔 发 生 黑 色 暴 风 雪 1930 年 代 整 个 20 世 纪 30 年 代 被 称 作 黑 风 暴 时 代 1933~1937 年 期 间, 大 草 原 地 区 降 水 仅 占 常 降 水 的 60%, 数 以 千 计 的 牲 畜 由 于 饥 哦 窒 息 而 死, 作 物 颗 粒 无 收,25 万 人 口 流 离 失 所, 背 井 离 乡 1934 年 5 月 12 日 黑 色 暴 风 雪 卷 着 落 基 山 的 尘 土, 翻 越 加 拿 大 西 部, 直 袭 大 湖 与 大 草 原 地 区, 这 一 地 区 遇 到 历 史 上 最 为 严 重 的 蝗 虫 袭 击 1936 年 7 月 2~17 日 发 生 历 史 上 最 为 致 命 的 热 浪 马 尼 托 巴 和 安 大 略 省 省 温 度 超 过 摄 氏 44 度, 这 次 历 史 上 持 续 时 间 最 长 最 为 致 命 的 热 浪 造 成 加 拿 大 人 丧 生 ( 大 部 分 为 老 人 和 儿 童 ) 1937 年 7 月 5 日 历 史 记 录 最 热 的 一 天 这 是 加 拿 大 萨 克 其 万 的 米 代 尔 和 耶 洛 格 拉 斯 有 气 温 记 录 以 来 最 高 的 温 度, 水 银 温 度 计 达 到 摄 氏 45 度 1957~1960 年 大 草 原 地 区 发 生 异 常 干 旱, 持 续 时 间 很 长, 并 因 此 次 干 旱, 水 资 源 开 发 计 划 格 外 引 人 注 目 1961 年 大 草 原 地 区 各 省 普 遍 影 响 的 干 旱 年 份 之 一 受 干 旱 打 击 的 地 方 降 水 只 有 往 年 的 45%, 里 贾 纳 除 了 5 月 份 以 外, 每 个 月 都 比 正 常 年 份 干 旱 对 于 12 个 月 都 种 作 物 的 年 份 来 说, 总 降 水 也 是 有 史 以 来 最 少 的 这 次 干 旱 持 续 的 时 间 严 重 程 度 以 及 影 响 的 规 模, 也 是 历 史 记 录 最 严 重 的 一 次 仅 小 麦 生 产 一 项 的 损 失 就 达 6 68 亿 加 元, 比 1936 年 旱 灾 造 成 的 损 失 还 要 高 出 30% 1976 年 春 季 发 生 严 重 的 风 沙 尘 暴, 持 续 将 近 10 年 的 大 范 围 干 旱 开 始 1980 年 严 重 干 旱 年 份 启 动 了 紧 急 救 援 项 目, 包 括 农 场 复 垦 管 理 局 执 行 的 维 持 人 畜 生 存 救 援 项 目 1981 年 春 季 发 生 严 重 沙 尘 暴 1984 年 春 季 发 生 严 重 沙 尘 暴, 夏 季 出 现 严 重 干 旱 1985 年 夏 季 出 现 大 旱 1987 年 9 月 ~1988 年 8 月 40 亿 加 元 旱 灾 整 个 大 草 原 地 区 南 部, 历 史 记 录 最 高 的 夏 季, 整 个 生 长 季 正 常 降 水 的 一 半, 冬 季 没 有 降 雪, 出 现 了 几 乎 和 30 年 代 干 旱 相 同 的 旱 灾 1988 年 约 10% 的 农 民 和 农 场 工 人 放 弃 了 农 业 工 作, 干 旱 的 影 响 遍 及 全 国, 农 业 产 量 很 低, 导 致 粮 食 价 格 增 高 1995 年 6 月 15 日 风 速 超 过 100 公 里 / 小 时 的 强 风 横 扫 萨 克 其 万 省 的 菲 尔 莫 尔 强 风 刮 跑 了 粮 仓 顶 盖, 吹 倒 了 电 台 塔, 推 倒 了 教 堂 的 烟 囱, 毁 坏 了 数 座 建 筑 1998 年 又 是 一 个 干 旱 年 景, 全 年 热 浪 滚 滚, 相 当 于 1936~1937 年 1984~1985 的 大 旱, 这 一 年, 加 拿 大 又 一 次 经 历 了 历 史 记 录 上 最 热 的 冬 春 季 节 高 温 的 夏 秋 季 节 1988 年 的 年 平 均 气 温 高 出 正 常 年 景 摄 氏 2 4 度, 这 也 是 20 世 纪 最 热 的 一 年 农 作 物 和 牧 场 受 到 严 重 影 响, 人 们 不 得 不 浇 水 避 暑 资 料 来 源 : 摘 自 加 拿 大 环 境 2000 年 报 告 ; 农 场 复 垦 管 理 局 防 护 林 中 心 2000 年 报 告 ; 哥 雷 1996 年 资 料 ; 博 得 和 拉 宝 特 1986 年 资 料 ; 姆 瑞 1980 年 的 资 料 热 浪 的 定 义 是 指 最 高 气 温 在 摄 氏 32 度 或 以 上 的 天 气 连 续 超 过 3 天 的 时 间 24

64 附 件 2: : 大 草 原 地 区 营 造 防 护 林 的 主 要 树 种 Common name 常 用 名 Balsam fir Amur maple, Ginnala maple Manitoba maple, Boxelder Speckled alder White birch Caragana, Siberian peashrub Hackberry Red-osier dogwood Beabed hazelnut European cotoneaster Arnold hawthorn Round-leaved hawthorn Russian olive Wolf-willow, silverberry Winterberry Green ash Siberian salt tree Sea-buckthorn European larch Dahurian larch Siberian larch Amur honeysuckle Tatarian honeysuckle Siberian crabapple Manchurian crabapple Niedzwetzkyana crabapple Ponderosa pine Siberian pine Red pine Scots pine Mongolian pine Assiniboine poplar Manitou poplar Walker poplar Prinsepian cherry American plum Western sand cherry Mongolian cherry Amur cherry Canada plum Mayday Pincherry Nanking cherry Black-fruited choke cherry Ussurian pear Bur oak Mongolian oak Golden currant Hedge rose Prickly rose Wood s rose Red elder, elderberry Silver buffaloberry Showy mountain ash Western snowberry, buckbrush Villosa lilac, late lilac Japanese elm Siberian elm Highbrush cranberry Scientific name 学 名 Abies balsamea Acer ginnala Acer negundo Alnus incana Betula pendula Caragana arborescens Celtis Occidentalis Cornus Stolonifer Corylus cornuta Cotoneaster integerrimus Crataegus arnoldiana Crataegus rotundifolia Elaeagnus angustifolia Elaeagnus commutata Euonymus bungeanus Fraxinus pennsylvanica Halimodendron halodendron Hippophae rhamnoides Larix decidua Larix gmelinii Larix sibirica Lonicera maackii Lonicera tatarica Malus baccata Malus baccata var. Mandshurica Malus pumila var. Niedzwetzkyana Pinus ponderosa Pinus sibirica Pinus resinosa Pinus sylvestris Pinus sylvestris var. Mongolica Populus x deltoides Assiniboine Populus x deltoides Manitou Populus x deltoides Walker Prinsepia sinensis Prunus americana Prunus besseyi Prunus fruticosa Prunus maackii Prunus nigra Prunus padus var. Commutata Prunus pensylvanica Prunus tomentosa Prunus virginiana var. Melanocarpa Pyrus ussuriensis Quercus macrocarpa Quercus mongolica Ribes aureum Rosa spp. Rosa acicularis Rosa woodsii Sambucus racemosa Shepherdia argentea Soibus decora Symphoricarpus occidentalis Syringa villosa Ulmus 大 卫 iana var. Japonica Ulmus pumila Viburnum trilobum 资 料 来 源 : 农 场 复 垦 管 理 局 防 护 林 研 究 中 心 (1989 年,2000 年 资 料 ) 25

65 附 件 3: : 缩 略 语 ARDA Agricultural Rehabilitation and Development Act 农 业 复 垦 与 开 发 法 BC British Columbia 不 列 颠 哥 伦 比 亚 BMP Better management practices 优 化 管 理 方 法 CBC Canadian Broadcast Corporation 加 拿 大 广 播 公 司 CPP Community Pasture Program 公 用 牧 场 项 目 CPR Canadian Pacific Railway 加 拿 大 太 平 洋 铁 路 GIS Geographic information system 地 理 信 息 系 统 MCBC Manitoba Crop Diversification Centre 马 尼 托 巴 作 物 繁 育 中 心 MHPEC Manitoba Horticulture Productivity Enhancement Centre 马 尼 托 巴 园 艺 生 产 力 促 进 中 心 NGOs Non-governmental organizations 非 政 府 组 织 NSWCP National Soil and Water Conservation Program 国 家 水 土 保 持 计 划 PCP Permanent Cover Program 永 久 保 护 计 划 PFRA Prairie Farm Rehabilitation Administration 大 草 原 地 区 农 场 复 垦 管 理 局 ( 杨 有 林 译, 赵 爱 云 卢 琦 校 ) 26

66 图 1 加 拿 大 地 图 Annual Frequency of Dust Storms, Canada's Prairie Provinces Days Manitoba Saskatchewan Alberta 图 2 加 拿 大 大 草 原 地 区 各 省 风 沙 尘 暴 发 生 频 率 (1977~1985 年 ) 27