基本上每年春天，生活在北方的人總會經歷那麽幾場沙塵暴。
（圖片來源：人民政協報）
不過，每次沙塵暴來襲時，都有人會問「咱不是有‘三北’防護林嗎？咋還有沙塵暴呢？」
過去幾十年，中國最有代表性、最有成效的防風固沙工程當屬「三北」防護林的建設。這項工程對國內沙源區固沙、減輕沙塵暴的危害發揮了十分積極的作用。統計結果表明，中國每年沙塵天氣過程平均發生次數已經由1961~1989年的27次銳減至2011~2020年的4次。
「三北」防護林
「三北」防護林是指在中國西北、華北、東北地區建設的大型人工林業生態工程。該工程規劃從1978年到2050年，分3個階段8期建設，主要透過沙化土地治理、退耕還林以及退牧還草等方式提高森林覆蓋率，預計造林3508.3萬公頃，將三北地區的森林覆蓋率由5.05%提高到15.95%。「三北」工程旨在改善當地的生態環境，減緩幹旱、風沙危害和水土流失導致的生態災害，同時也築起一道抵禦風沙的人工屏障。
三北防護林範圍示意圖和土地利用及覆蓋（文獻來源：Huang et al. 2020）
2019年一篇發表在【自然－可持續發展】雜誌的論文稱，衛星觀測顯示過去近二十年，僅占全球6.6%的中國植被面積貢獻了全球25%的葉面積指數（LAI，簡而言之就是一定區域內的葉片面積之和）的增加量，其中森林覆蓋的增加為主要貢獻。這種葉面積指數的增長，「三北」工程功不可沒。
2000-2017年平均葉面積指數（LAI）的變化趨勢
（文獻來源：Chen et al. 2019）
然而，如此大規模的植樹造林工程，為什麽還是難以完全抵擋沙塵這樣惡劣的災害性天氣侵襲呢？
在回答這個問題之前，我們還需要先了解一下沙塵暴是如何形成的。
沙塵暴是如何形成的？
沙塵發生有三個必要條件——沙源、不穩定的大氣層結和強風條件。
1.沙源
中國西北地區遠離海洋，降雨量稀少且蒸發量極高，造就了以塔克拉瑪幹沙漠為代表的大範圍荒漠戈壁。同時中國背靠蒙古高原廣闊的幹旱半幹旱區域，這些都是中國北方沙塵天氣發生的重要來源。以京津為例，沙塵天氣的傳輸可以總結歸納為北路、西路和西北路三種。
影響京津地區沙塵天氣的傳輸路徑
（來源：中國天氣網）
2.不穩定的大氣層結
什麽是大氣層結呢？簡而言之就是大氣的溫度和濕度這些物理量在垂直方向上的分布，這些要素共同決定了大氣垂直穩定狀態。
每到春季，北半球陸地開始回暖。沙源地降雨量普遍較少，植被覆蓋度很低，土質條件疏松。由於土壤比熱容比較小，地表升溫比較快，於是在垂直方向上，就容易形成高層空氣密度大，低層密度小的空間分布。這就導致大氣層結非常不穩定，容易引起上下對流，沙塵自然也就從地表被擡升到空中。
3.強風條件
那這些沙塵究竟是如何被千裏迢迢輸送到我們這裏來的呢？這就不得不提中國春季的主導天氣系統之一、沙塵天氣幕後推手——蒙古氣旋。
冬春季當有冷空氣活動時，原本平穩的中緯度西風帶會出現比較明顯的波動，產生偏北風攜帶冷空氣傾瀉南下，同時北風區的東部就會形成一個逆時針旋轉的溫帶氣旋（因生成並活躍於蒙古高原，故名為蒙古氣旋，其水平範圍可達2000~3000km）。冷空氣越強，北風也會越強，同時氣旋通常也會越強。蒙古氣旋可將沙源的沙塵裹挾至2km以上的高空，伴隨強烈的北風，一路南下。
2021年一次強沙塵天氣過程衛星雲圖，右側逆時針旋轉的雲系即為蒙古氣旋，可以清晰的看到雲中裹挾的沙塵（圖片來源：中國氣象局）
由此可見，如果沙塵天氣的源地不是防護林所在的區域（也即外源輸入），即使有防護林在，面對2km高的沙塵傳輸，它們的作用也只是杯水車薪。
為何最近幾年沙塵天氣又多了起來？
進入21世紀第三個十年，中國沙塵天氣過程發生次數似乎又多了起來。
比如2021年和2023年，中國分別發生13次和11次沙塵天氣過程，均遠超2011~2020年平均狀態，其強度也有所增強。
雲南大學陳文教授團隊采用混合單粒子拉格朗日積分軌跡模型（HYSPLIT），對2023年影響北京的11輪沙塵天氣過程的沙源地進行追根溯源，發現絕大部份沙塵天氣為外源輸入，蒙古高原為主要沙源地。
2023年北京1km高度11天沙塵天氣倒推軌跡示意圖（文獻：Piao et al. 2023）
沙塵天氣過程的增多增強，其實可以歸結為以下幾個因素。
1.自然因素
北方地區沙塵活動頻繁，一方面可能與東亞冬季風強弱變化有關。2021年以來的沙塵天氣的再次活躍，可能與東亞冬季風再次進入強周期階段有關。當東亞冬季風變得強盛，冷空氣活動通常也會變得活躍，也就容易引起更強的偏北風。
另一方面原因則是蒙古高原驚人的變暖速率。在2019年聯合國大會第74屆會議一般性辯論中，蒙古國外長朝格特巴特爾指出：「蒙古國作為內陸發展中國家，在全球暖化貢獻很小的情況下，卻遭受了氣候變遷帶來的災難性影響，在過去的80年中，蒙古國的年平均氣溫上升了2.26℃。在過去的40年中，蒙古國多年凍土範圍收縮兩倍多，800多個湖泊已經幹涸。」這個增暖速率是全球平均的兩倍以上。
近年來，一些發表在【自然】和【科學】等國際頂級雜誌的研究表明，蒙古高原的氣候變暖和變幹的程度可能已經達到甚至突破臨界點——區域氣候從一種平衡狀態轉變為另一種平衡狀態的閾值。當突破臨界點時，區域氣候變遷往往會突然且不可逆轉地發生變化。
基於多套再分析資料計算得到蒙古高原（MP）地表氣溫變化。（a）1986~2004年MP 夏季溫度趨勢的空間分布（單位：℃每十年）。（b）灰色框夏季區域平均溫度異常的9年滑動平均序列（相對於 1981~2010 年平均值）。（c）1861年到2020年每20年MP上平均夏季溫度異常的頻率分布。（文獻來源：Cai et al. 2024）
更暖更幹的區域氣候通常伴隨著更少的降雨。蒙古高原春季降雨減少，氣溫增加，由於缺少土壤水分對近地面氣溫起到蒸發冷卻的作用，大氣和土壤之間會透過「陸—氣反饋」作用使地面氣溫變得更高，進而增強大氣層結的不穩定性，為疏松的土壤創造了良好的擡升條件。
2.人為因素
除了氣候變遷這些自然因素，人為因素導致的土地荒漠化同樣也是不容忽視的因素。由於降雨稀少，蒙古國基本為幹旱半幹旱氣候所主導，植被類別主要為溫帶草原和荒漠戈壁。因此畜牧業為該國支柱產業之一，80％以上的農村人口的生計基本完全依賴自然條件。
大規模的畜牧也給當地的生態環境造成了極其嚴重的影響。據統計，從1990年到2020年，蒙古國的牲畜數量從超過2000萬頭漲至近7000萬，這個數碼已經遠超生態承受能力。因此，該國有77％的領土正在遭受不同程度的荒漠化和土地退化的影響。
蒙古國總畜牧量變化
（圖片來源：國際貨幣基金組織）
3.國內沙源輸送作用同樣值得關註
雖然蒙古國沙漠化是中國沙塵天氣的主要沙源地，但是客觀來講，國內的沙源地如吐魯番盆地的貢獻同樣不可忽視。蘭州大學黃建平院士團隊利用濃度權重軌跡分析方法，對2023年中國北方的10次沙塵事件量化不同沙源的貢獻。結果表明，蒙古高原對中國北方沙塵的平均貢獻約為42％，但是塔克拉瑪幹沙漠的平均貢獻也達到了26％。
總的來說，「三北」工程能夠對當地沙源起到很好的固定作用，一定程度上減緩沙塵天氣發生的頻率和強度。但是沙塵天氣是一種自然現象，以人類目前的能力還不具有完全消除這類災害性天氣的能力，只能減緩和適應。
除此之外，我們更應該深刻的認識到，荒漠戈壁作為一種天然存在的生態系類別，盲目的治理反而會忽視區域適宜性和水土資源承載力，導致一些不可持續的現象出現。 （為什麽不是「樹種得越多越好」）
與沙塵暴的戰鬥，需要共同努力
就在上一輪輪沙塵暴經長途跋涉到達北京之際，國際頂級學術期刊【自然】在4月15日刊發了一則關於中國學者用人工智能（AI）預測沙塵天氣過程的新聞。該報道介紹了蘭州大學黃建平院士團隊透過運用大量已有沙塵天氣數據，在AI加持下，開發出沙塵時空演變預報系統。在2023年試執行中，該系統的錯誤率比非AI模型低13%。人類應對沙塵暴的科技手段又多了一點。
不過，我們也應該看到，除了中國之外，還有許多亞洲國家每年都會面臨沙塵天氣的威脅。沙塵天氣不只給人們的生活帶來不便，而且也會影響我們的身體健康。因此沙塵的防治一直是國際性的研究熱點，但同時也是世界性的難題。
中國科學院大氣物理研究所王自發研究員在接受采訪時表示，荒漠化大多發生在偏遠且經濟欠發達地區，想要運用科學手段緩解沙塵暴，需要堅實的人力、物力基礎以及政府和社會各界民眾的廣泛關註和支持。
在全球暖化的背景下，沙塵暴的治理也需要推動國際合作。2022年11月，中國國家主席習近平在會見蒙古國總統呼日勒蘇赫時提出，希望和蒙方共同探討設立「中蒙荒漠化防治合作中心」，為蒙古國治沙提供中國技術和經驗，平衡沙區生態保護與經濟發展。
但願在積極有效的國際合作下，結合上文提到的沙塵預報技術的發展，未來人們能夠更好地減緩和適應極端氣候變遷，保護人們賴以生存的地球家園。
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[12]Chen, S. Y., and Coauthors, 2023: Mongolia Contributed More Than 42% of the Dust Concentrations in Northern China in March and April, 2023, Adv. Atmos. Sci.
[13]https://chinadialogue.net/zh/3/107461/ 沙塵暴影響下，中蒙正在推進治沙合作
作者：王誌凱
作者單位：中國科學院大氣物理研究所
