哈萨克斯坦荒漠地区沙尘暴及其对荒漠化过程的影响

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干旱区面积约占地球陆地总面积的43%,其特点是降水稀少、变率大,生态系统脆弱且大部分地区遭受着人类经济活动的严重干扰。地处干旱区的国家普遍经历着严重的荒漠化过程,频繁发生的沙尘暴则是荒漠化不断蔓延的具体体现。  在中亚干旱和半干旱地区,沙尘暴是一种常见的天气现象,特别是在哈萨克斯坦荒漠类型多样的南部地区,沙尘暴更加频繁,为矿物气溶胶和盐尘气溶胶的重要源区。  在干旱的荒漠环境中,风蚀作用对沙尘暴的发生起着至关重要的作用。哈萨克斯坦的荒漠大多分布在从里海东岸延伸到天山山脉北麓的低地。在哈萨克斯坦半荒漠和荒漠地区,强烈的风蚀作用导致以沙尘暴主要形式的沙漠化过程出现。  本研究以哈萨克斯坦南部荒漠(包括古咸海卡拉库姆沙漠、阿拉尔库姆沙漠、古巴尔喀什沙漠南部)为研究区,根据荒漠化过程中的岩性-土壤特征,将荒漠分为六种:砂质土、砂质砾石和砾石、石膏、黄土、黏土和盐土。哈萨克斯坦南部荒漠大部分属于砂质和盐土荒漠。像世界其它地区的干旱区一样,中亚干旱区,尤其是哈萨克斯坦南部干旱区夏季高温少雨,荒漠中土壤层厚度很薄,腐殖质贫瘠,主要的土壤类型是砂质荒漠土、灰棕土、龟裂型土、盐土;该地区植被稀疏,主要有沙生植物、盐生植物、琐琐、针叶林带、盐质草地植物群落等。南部荒漠地区是典型的大陆性气候,干旱少雨、气温日较差和年较差很大,太阳辐射强度高;1月平均气温-16℃,其中南部平原最低气温是-5℃;7月平均气温在20-25℃之间;降水量在150-300 mm之间,最大月降水量出现在春季(3月-5月),最小降雨量出现在2月和8月-9月两个时间段。哈萨克斯坦南部地区由于气候干旱,植被稀疏,地表土壤很容易被风蚀而形成沙尘暴,该地区发生的沙尘暴经常伴随着热干风,其对盐尘的形成具有重要作用。盐尘被热干风吹蚀沉降以后容易造成植被退化和土壤盐渍化。  本研究利用利用传统地理学方法、数学模型和遥感方法,结合长时间序列的气象数据和遥感图像重现了沙尘暴在哈萨克斯坦的发生特征及其区域分异。首先,利用模型分别计算了在宽度1km的情况下地表风沙流和沙尘暴的沙尘迁移量,然后使用模型对咸海干涸湖底和古巴尔喀什沙漠南部的风蚀强度和沙尘气溶胶浓度进行了详细的评价,并结合遥感图像重现了哈萨克斯坦沙漠地区沙尘暴发生特征。  本研究确定了哈萨克斯坦南部地区5个沙尘暴高发区,即古咸海卡拉库姆沙漠和阿拉尔库姆沙漠、克孜勒库姆沙漠和莫尹库姆沙漠、雷恩沙地(里海平原北部地区)、哈萨克斯坦中部地区和古巴尔喀什沙漠南部地区。沙尘暴源区主要分布在荒漠地区和受人类经济活动影响较大的区域。近50年以来,哈萨克斯坦人类活动因素对荒漠地区的沙尘暴影响不断增加。人类活动的增强,严重的干扰自然环境演化过程并导致严重的土地荒漠化。沙生植物覆盖的轻质土壤(砂壤土和沙土)最容易发生风蚀,从而产生大量粒径极小密度极高的气溶胶颗粒,随气流进入大气环流,造成空气污染,导致草地和耕地退化,降低生物多样性和土壤盐渍化。  咸海地区受人类活动干扰,已成为沙尘暴最活跃的策源地。自上世纪60年代以来,由于人类活动的影响,咸海流域出现了大面积土地荒漠化和水域干涸的现象。裸露的干涸湖底已经成为盐漠,并源源不断地为沙尘暴(盐尘)提供粉尘物质。其中新形成的阿拉库姆沙漠,是风成沙尘及盐尘气溶胶最主要的来源。此外,据观测资料显示,在古咸海地区的卡拉库姆与克孜勒库姆沙漠发生的沙尘暴频率最高,平均每年发生沙尘暴的天数为40-110天。该地区风运沙尘的方向主要是从东部及东北部向西部及西南部。最高沙尘传输量出现在咸海气象站,而且最近10年,该站传输量呈增加趋势。而在卡萨雷气象站观测到的沙尘传输量则是最小的。气象资料分析显示在1966-1970年、1984-1986年及2000-2002年这三个阶段沙尘输送量达到峰值,而这3个时期之间有一个15年的重现周期。绝大多数气象站的观测资料显示,近年来沙尘输送量有轻微减少的趋势,这可能与该地区所采取的防风固沙等一系列削弱风蚀过程的措施有关。咸海地区风蚀研究有助于该地区风蚀过程及其强度的定量评价。研究表明对沙尘、粉尘和盐尘的风运输送进行定量评估是可能的。同时,研究结果对发展有效的防风蚀措施也具有重要意义。咸海流域和锡尔河流域植被稀疏、以轻质土壤为主的地区沙尘暴非常频繁。对气象站沙尘暴数据分析显示,咸海北部地区沙尘暴频率明显高于东部地区,该地区人文过程在沙尘暴和盐尘暴形成过程中起主导作用。咸海地区阿拉尔库姆沙漠和克孜勒库姆沙漠是沙尘、盐尘活动活跃区和主要的策源地,因风蚀产生的大量的气溶胶对中亚地区尤其是哈萨克斯坦的气候和环境具有重要的负面影响,气溶胶不仅污染空气和水资源,同时造成土壤盐渍化和植被退化。咸海地区7个气象站沙尘传输数据分析结果显示沙尘主要向西南和南方向传输,明确沙尘传输方向对预测成海地区潜在的沙尘输送过程具有重要意义。  古巴尔喀什沙漠南部也是沙尘暴活动的主要源区。本研究在分析大量气象数据和地图资料的基础上,揭示了沙尘传输的方向,这对古巴尔喀什沙漠南部未来的潜在沙尘运动格局或沙尘运动过程预测具有重要意义。塔乌库姆沙漠、莫尹库姆沙漠、伊犁河三角洲和河谷及巴尔喀什湖的南部海岸是最易产生沙尘暴的地区,位于伊犁河谷的巴卡纳斯气象站观测到沙尘暴的频率极高。古巴尔喀什沙漠南部的东、东南和东北方易发生沙尘的风运传输:奎干气象站观测到大量的沙尘输送,而在奈曼斯科气象站只观测到少量的沙尘传输。风运沙尘的变化与整体及局部气象特征、岩性-土壤特征和各种人类活动的干扰强度相一致。人类活动已经改变了巴尔喀什湖和伊犁河流域自然过程,引起土地/土壤退化,并助推了风蚀作用和荒漠化过程的发生和发展。沙尘释放主要受风蚀过程的影响,古巴尔喀什胡南部地区风沙过程研究有助于整个地区的风蚀强度进行定量评估。古巴尔喀什沙漠南部植被稀疏,地表沙尘颗粒易被吹蚀形成典型的沙尘暴天气。该地区是哈萨克斯坦东南部气溶胶的主要来源,产生的气溶胶随气流迁移,污染空气和水资源,加速植被退化和土壤盐渍化,对气候和环境具有严重的影响。沙尘运动方向研究有助于对古巴尔喀什南部地区沙尘可能的迁移格局进行预测。  沙尘暴对土壤质量有很大的负面影响,对环境的危害极大。因此,哈萨克斯坦南部沙漠地区的风蚀过程研究有助于沙尘暴的预警和监测,对掌握沙尘的风运传输格局具有重要意义。
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