1961年以来，我国北方春季平均沙尘日数和沙尘暴日数均显著减少。尤其是近20年春季平均沙尘日数3.4天，较常年同期偏少1.6天。然而，一周前的强沙尘暴，让我们意识到，全球变暖的背景下气候治理仍面临着巨大挑战。

  今天是“世界气象日”成立61周年。今年的“世界气象日”主题是“海洋，我们的气候与天气”，表达了世界气象组织（WMO）在连接地球系统内的海洋、气候和天气方面的关注。

  一个气候事件并非由孤立的元素所造成，全球变暖的趋势下，也对沙尘暴的发生带来了一定的影响。此次的沙尘暴对我国防沙治沙有何启示？为何在多日雾霾后出现沙尘暴？《科技导报》就此专访了中国气象局国家气候中心副研究员杨明珠和高级工程师竺夏英。

  《科技导报》：春季是我国沙尘暴多发的季节，在春季全国各地沙尘暴的发生有什么规律和趋势吗？

  杨明珠：沙尘暴是春季我国主要的天气和气候灾害之一。据2000年以来的我国沙尘天气过程天气事件统计来看，春季的沙尘过程数占了全年的79.8%。

  相关研究表明，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。

  塔里木盆地的塔克拉玛干沙漠及周边区域是沙尘天气发生最为频繁的区域；另外从巴丹吉林沙漠、乌兰布和沙漠、库布齐沙漠和毛乌素沙地及周边区域也是我国沙尘暴频发的区域。

  1961-2019年平均的春季沙尘天气（浮尘及以上等级）日数的能够正常的看到，中国北方沙尘日数的区域性特征十分明显，中国春季沙尘天气日数分布显示出北多南少、西多东少的特点，主要发生在我国北方区域，长江以南的区域极少发生。

  河套及其以西的大部分区域沙尘日数在10天以上，其中新疆中部和南部区域大部超过20天，局部超过了30天；西北地区中北部、内蒙古西部地区为15天以上，部分地区在20天以上；河套以东的区域沙尘日数较西部地区明显偏少，大多为5~10天，淮河流域少于5天，其中内蒙古东北部、东北地区的北部和东部也较少，不超过3天。

  从不同气候阶段春季全国沙尘日数分布图显示出，沙尘天气总体具有减少的趋势，并且范围向北收缩。

  我国北方沙尘天气的减少，一方面，与气候变暖背景下，包括蒙古气旋在内的欧亚中高纬度环流系统明显减弱，发生频次变少；另一方面与沙尘源区下垫面治理改善有非常直接的关系。

  《科技导报》：“十三五”期间，全国累计完成防沙治沙任务1097.8万公顷，但近日，北京沙尘暴却卷土重来，此次沙尘暴对我国防沙治沙有什么启发？

  杨明珠：根据沙化治理的历史，可分为几个阶段，1961—1980年，1981—2000年，2001—2010年和2011—2019年四个阶段。

  第一阶段基本地表基本为地表，第二阶段自1978年开始启动三北防护林之后国家持续投入建设的阶段，第三阶段国家投入建设的力度很大，第四阶段卓见成效的阶段。

  由时间序列来看，沙尘天气在1990年代之前偏多，尤其1960年代末至1970年代最多，1980年代开始减少，1990年代大幅度减少，2010年代以来是最少的阶段。

  值得注意的是，在2000年代初，各区沙尘天气都出现多发的现象，尤其是华北区在2000—2002年、2006年均异常增多，表明在偏少背景下，对于特定的年份，沙尘暴灾害性天气仍有突发的可能性。

  我国植树造林、防沙治沙工作有实际效果的减少了沙尘源地面积，对防风固沙有积极、正面的作用和效果不容置疑。通过植树造林，植被根系的固沙、蓄水功能，可抑制、改善起沙条件，也可减小局地风场的扬沙。

  三北防护林建设工程，在抑制本地起沙和削弱低层外来送沙方面具有非常明显效果，实际上已经在长时间消减沙尘天气过程中发挥了十分重要作用。

  北方地区沙尘遥感图显示，这次强沙尘暴于3月14日晚间起源于蒙古国南部。14日晚，蒙古国多省发生暴风雪和强沙尘等灾害性天气，风速达到20米/秒，阵风达30米/秒至34米/秒。

  气温方面，近期蒙古国以及我国西北地区气温明显偏高，最近30天监测结果为，气温普遍较常年偏高5℃～8℃；降水方面，去年入冬以来，蒙古国大部分地区和我国西北大部分地区降水量较常年同期偏少，尤其是近30天降水普遍偏少50%以上，多数地区累计降水量在10毫米以下甚至无降水，地表基本无积雪覆盖。

  因此，过于对于外来的、层次比较高的、强度很强的沙尘输送，三北防护林的作用是有限的。此次沙尘暴过程也提醒人们，蒙古国环境恶化，对我国生态环境具有严重影响。

  《科技导报》：您建立的多因子预测模型于2014 年开始在国家气候中心进行业务应用，能和我们介绍一下多因子预测模型是如何建立的吗？它对沙尘暴的未来发生趋势是如何预测的？

  杨明珠：大量的研究揭示出，下垫面状况和大气动力条件是沙尘天气发生的两个主要的因素。地表物理特征的变化对起沙量的大小具备极其重大影响。

  中国西部地区为干旱、半干旱区，地表覆盖类型以沙漠、半沙漠为主，植被生长所需水的大多数来自是自然降水。

  一方面，前期主要生长季的降水量与这些区域植被储量紧密关联，尤其是生态环境较为脆弱的荒漠草原和沙地草原区，降水多寡直接影响地表覆盖密度；另一方面，同期沙源区降水引起的沙土湿润度或积雪覆盖发生明显的变化，也会对起沙量产生影响。

  除了下垫面条件外，大气环流活动是起沙和沙尘输送的重要动力条件，其中乌拉尔山高压脊及西伯利亚-蒙古气旋等环流系统活动造成的冷锋后大风对沙尘天气的发生起到最为直接和重要的作用。

  因此建立气候预测模型的思路是，如何将下垫面状况的变化和影响春季环流的前期因子有机的结合起来。通过探寻影响春季环流的前期关键区海表温度和海冰密集度等外源强迫信号，并研究敏感沙源区夏季降水对此年春季中国北方沙尘天气趋势的影响，在此基础上建立了春季沙尘气候趋势多因子客观预测模型。

  在气候预测业务中的实战应用显示，该模型对于华北区域春季沙尘具有非常好的预测效果。经过改善，对西北地区的预测技巧也显著提升，预报与实况的误差明显降低（总体降低了3.6天）。

  未来，在下垫面条件不断改善的条件下，我国沙尘天气仍将保持偏少，这也是生态文明建设的重要成果。

  杨明珠：从气候角度来说，在全球变暖背景下，欧亚中高纬度冷空气活动减弱，起沙的动力条件逐渐减弱。

  近20多年来，受全球气候变暖影响，春季欧亚中高纬度地区的大气环流以纬向型为主，冷空气势力明显减弱，我国北方地区春季沙尘天气进入偏少阶段，沙尘天气日数和过程次数一般少于常年同期。

  但在天气尺度来看，欧亚中高纬度环流阶段性的剧烈调整，也会出现有利于沙尘输送的动力条件。因此，出现极端沙尘暴的天气因素依然存在。

  另外，慢慢的变多的研究显示，由于气候变暖将导致极端事件频发。在蒙古国，气候平均状态随时间的变化背景下发生的极端高温事件让土壤水分蒸发严重。

  去年在《科学》（Science）杂志上发表的研究论文，通过对近26年来的温度和土壤湿度记录的调查，发现这一区域在近20年来出现了前所未有的极端高温、干燥天气频发的倾向（Zhang et al., 2020, Science 370, 1095–1099）。

  暖干化造成的干旱，恶化了下垫面植被的生长条件，会让慢慢的变多的草原变为戈壁沙漠，而戈壁地区慢慢的升高的温差让荒漠化加剧。

  此外，另外过度放牧和过度采矿等人类活动，对于破坏蒙古国生态系统平衡起到重要的作用。

  《科技导报》：去年，Nature Communications的一项研究表示两千年前人类活动就已成为影响亚洲沙尘暴的重要的因素，对此，您对我国未来防沙治沙有什么建议？

  杨明珠：许多研究已经证明，人类文明的兴衰，与气候紧密关联，已有研究表明，季风降水的变化对许多地区的文化发展起到了关键作用，如玛雅文明的崩溃、印度河文明的衰退以及中国的王朝更替；而人类活动对于气候平均状态随时间的变化具备极其重大的影响。

  对于环境治理，我们的祖国采取了一系列的治理工程并取得了很明显的成效，第五次荒漠化普查工作也显示出，2014年与2009年相比，5年间荒漠化土地面积和沙化土地面积年均分别减少了24.24万公顷和19.80公顷，并且3、4、5连续三个监测期实现“双缩减”。

  党的十八大做出“大力推进生态文明建设”的战略决策以后，采取一系列更加有效的措施，“十三五”期间，全国累计完成防沙治沙任务1097.8万公顷，京津风沙源治理工程累计完成营造林任务109.7万公顷。我国荒漠化和沙化状况呈现整体遏制、持续缩减、功能增强、效果明显的良好态势。

  此次强沙尘暴过程也暴露出一个重要的问题，尽管我国生态文明建设取得卓越成效，但逐渐沙化的蒙古国也会对我国的生态环境产生影响。

  中蒙两国在防沙治沙方面长久以来一直有合作。早在2002年前后，中日韩三国就与蒙古国一道对蒙古东南部荒漠-草原区开展联合研究，实现了“中日韩+蒙”东北亚沙尘暴防联控合作模式。

  2011年和2013年，联合国亚太经社会与中国国家林业局治沙办、林科院还联合主办了“蒙古国防沙治沙技术研修班”和“蒙古国荒漠化防治培训班”，旨在促进中蒙防治荒漠化交流与合作，提高蒙古国沙尘暴源区防治能力。

  2016年，中俄蒙三国签署了具有历史意义的《建设中蒙俄经济走廊规划纲要》，其中加强生态环保合作作为一项重要内容被写进纲要。

  三国将研究建立信息共享平台的可能性，开展生物多样性、自然保护区、湿地保护、森林防火及荒漠化领域的合作，将成为蒙古国建立绿色生态经济的护身符，为改善其经济发展环境注入新的推动力。

  《科技导报》：现阶段学界对于沙尘暴的研究大多分布在在哪几个方面？ 未来沙尘暴研究的侧重点是什么呢？

  杨明珠：沙尘天气是在特定地理环境和环流背景下发生的一种灾害性天气，它能给生态环境和人类生产生活造成巨大的影响。

  不同领域的专家分别从天气学、气候学、地理学、景观生态学、统计学、遥感科学、数值模拟等方面对沙尘天气的发生条件、沙尘源地、移动路径、传送机制、气候效应、发展的新趋势等等方面做了大量的研究。

  但我们应该正确认识到，沙尘暴本身是十分复杂的，目前我们对它的认知仍存在很大的不足，使得气候和短期天气预测的业务水平与服务需求仍有一定距离。

  另外一个十分重要的因素是，随着全球变暖，大气环流系统发生着巨大的调整，以往诸多研究所处的气候背景发生了变化，往往不适用于当前和未来的情况。

  同时随着全球变暖导致的气候平均状态随时间的变化，以及人类活动影响，造成沙尘源区下垫面状况发生了改变。

  我国在生态文明建设方面作出了重大努力，有实际效果的减少了我国境内的沙源区，同时防护林还具有阻挡外来沙尘的及其重要的作用；对于蒙古国，暖干化和人类活动共同加剧了荒漠化。这也是怎么回事建立了一个模型，要根据气候背景和条件，不断做调整和完善的原因。

  尽管我国沙尘天气的发生呈明显的减少趋势，但在某些年份局地强沙尘暴和特强沙尘暴发生日数有增多的现象，并且仍有大范围强沙尘暴发生并造成严重影响及巨大损失。

  如2010年3月19—22日出现的强沙尘暴过程，影响了中国21个省（市、自治区），同年4月24—26日西北和华北南部等地发生大范围沙尘暴天气，民勤县19.5万人受灾，直接经济损失达2.5亿元。

  另外2011年4月28—30日、2017年5月3—7日等一些沙尘暴过程的发生，均造成了严重的影响。

  因此在沙尘天气趋于减少的气候背景下，强沙尘天气仍会发生，并造成巨大损失，扬沙、浮尘天气对环境、交通、生产生活和人体健康也会造成危害。

  在偏少偏弱的背景下，研究在啥状况下会发生强沙尘暴，这对于做好预报、提前防范具备极其重大的意义。从这次沙尘暴的预报也反映出，对沙尘的发生时间把握的很好，但对于强度的估计，有些不足。

  这次超强沙尘暴造成的人员受伤或死亡和社会经济的损失，引发了社会的轰动和讨论。一种原因是由于对这次沙尘暴强度的预估不足，另一方面也再次反映了对沙尘暴过程的研究、认知以及应用上的不足。

  另外，随着沙尘的减少，近些年雾霾呈现增多的趋势，因此无论是公众、还是学术界，对于雾霾的关注度近些年也随之明显上升。

  大家都有切身体会，3月15日这次沙尘发生之前，京津冀地区遭受了连续十多天的雾霾天气。这种雾霾和沙尘暴同时或相继发生的混合型污染事件造成的空气污染往往更加严重。

  因此还要关注混合型污染对于交通、环境、社会经济，尤其是人体健康造成的影响。

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