沙塵暴的研究

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台灣自然災害
<沙 塵 暴>
四室3A
組員:鄒采玲、王文馨、徐貝蓉、林璟筠、陳奕潔


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沙塵暴簡介
「沙塵暴」是指強風將地面大量的沙和土粒捲揚起來,使空氣變得混
濁、能見度大為減小的災害性天氣現象。在氣象測計中規定,凡水平
方向能見度小於1000公尺的風沙現象,稱為「沙塵暴」;如果風力加
到8-9級、被颳起的沙塵增多、天空變得越來越混濁、能見度小於200
公尺,稱為「強沙塵暴」;如果風力再加大到超過10級、能見度小於
50公尺,稱為「特強沙塵暴」。由於發生強和特強沙塵暴時天色昏暗,
甚至黑得伸手不見五指,因此在中國西北地區,居民又將之稱為「黑
風」或「黑風暴」。


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沙塵暴的成因
沙塵暴形成需要三個要素同時配合:沙源、強風,和不穩定的氣流。中國
西北和外蒙的戈壁沙漠(圖一)位於中亞沙漠區,排名世界四大沙漠區第
二位(依序為北非、中亞、北美、澳洲),向來是亞洲沙塵暴的主要源地。
這裡沙漠和沙地面積達100萬平方公里以上,浩瀚的沙海提供沙塵暴源源
不絕的沙源。
在三個要素中,沙源是固定的,一年四季均存在,因此重要關鍵就是地面
颳起的強風。中國西北和外蒙戈壁地區處在西伯利亞冷氣團南下的通道上,
使得該區在冬、春兩季(特別是春季)的鋒面十分活躍。冬、春季節因為
植物稀少,鋒面伴隨的地面強風極易造成沙塵暴;加上沙漠地區地表毫無
遮蔽,且午後地表溫度上升很快,近地面氣溫可以升得很高,當遇上強冷
空氣過境,產生上冷下熱的不穩定大氣,強風揚起的沙塵可以隨著不穩定
氣流上升到數百甚至數千公尺的高空中,並順著高空西風氣流往下游輸送,
影響其他地區。


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在沙塵暴發生的同時,用氣象儀器能偵測到以下一些氣
象要素發生的急遽變化︰
(一)氣壓先下降後上升:
沙塵暴過境前,氣壓急遽下降;當沙塵暴颳過後幾個小時內又迅
速上升,然後轉入平緩階段。

(二)氣溫先上升後下降:
沙塵暴一般發生在午後,它來臨前氣溫通常會先上升;當沙塵暴
到達後,氣溫又迅速下降,氣溫的變化正好與氣壓的變化相反。
(三)濕度下降:
由於平流過來的冷空氣本來就比較乾燥,加上冷空氣流向地面時
的下沈絕熱增溫,使得相對空氣更為乾燥,所以沙塵暴過境時,空
氣濕度將急遽下降。


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沙塵暴對台灣的影響
沙塵暴為亞洲大陸沙漠地區春季相當活躍的一種天氣現象,通常
伴隨有長程輸送現象的沙塵暴僅占全年沙暴現象中的一小部份。過
去大陸沙塵暴所造成之沙塵多隨高空西風帶向東傳送影響日本、韓
國等地區,僅有在特殊天氣形態下,大陸沙塵會隨著冷高壓南下影
響台灣。當沙塵影響台灣地區時,由於沙塵濃度遠低於沙塵暴發生
地區,所以沙塵到達台灣時較不容易出現明顯的黃霾現象,一般民
眾除了白天感覺光線變暗且能見度稍差外,不易由肉眼判斷。但是
在沙塵影響的日子裡,停放在室外的汽車隔日會有一層淺黃色的灰
塵,那就是大陸地區所帶來的沙塵。此外,今年春季基隆等北部地
區甚至曾降下黃雨。


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沙塵暴向外傳送到數千公里外的其它地區後,可 能會影響當地能見度及空
氣品質。至於沙塵影響的大小及時間長短,則需視沙塵暴發生的規模、地
點、時間,以及氣象條件是否有利於沙塵傳送而定。因此,受到沙塵暴影
響的國家,可藉由氣象條件及空氣品質觀測,瞭解當地受沙塵暴之影響情
形。能影響台灣地區空氣品質的沙塵暴雖較少,但因可能造成台灣地區大
規模空氣品質惡化,故環保署相當重視。

陸沙塵暴影響台彎地區空氣品質的現象,最早可以追溯自1988年4月12日
至15日。當時嘉義以北,甚至花蓮各測站觀測到的懸浮微粒均有急速上升
的現象,空氣中懸浮微粒的小時平均值最高可達422 μg/m3;4月18日至20
日亦發生類似現象。此外,1990年4月5日至10日台灣地區亦受到大陸沙塵
暴影響導致空氣中懸浮微粒濃度上升,唯因當時空氣品質監測站數目不多,
無法提供進一步分析影響程度的資料。近年來,因大陸地區沙漠化情形日
益嚴重及受全球氣候變遷導致乾旱、降雨分配不均等因素影響下,大陸沙
塵暴發生頻率及強度均有增加趨勢,台灣地區空氣品質受到沙塵暴影響次
數亦有明顯增加。2000年台灣地區受到五次大陸沙塵個案影響,2001年則
增至七次,而1995年3月12日台灣北部地區出現黃雨現象,萬里測站懸浮
微粒小時平均濃度值曾高達586 μg/m3,使得空氣品質達到不良等級,但維
持時間均僅數個小時。


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陸沙塵通常隨著大陸冷高壓南下而影響台灣地區,乾冷的空氣使
得相對溼度也較低,風速一般可達每秒3~4公尺以上。此時,空氣
中懸浮微粒濃度受沙塵暴影響而迅速上升,但是來自機動車輛或固
定污染源排放的一氧化碳、氮氧化物等污染物濃度則無明顯上升的
現象。此種情形與台灣地區受高壓迴流影響導致各種空氣污染物濃
度因累積而普遍升高的現象迥異。舉例而言,2000年3月24日清晨
起受到大陸沙塵暴之影響,造成台灣地區空氣品質不良,由於大陸
沙塵暴持續發生,直到4月1日台灣地區降雨後,空氣品質才獲得明
顯改善。此次大陸沙塵暴影響範圍之廣及持續時間之久均為歷年所
罕見。


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沙塵暴的壞處


使大片農田受到沙埋或被刮走活沃土,或者農作
物受霜凍之害;致使有的農作物絕收,有的大幅
度減產。



它能加劇土地沙漠化,對大氣 環境造成嚴重污染,
對生態環境造成巨大破壞,對交通和供電線路等
基礎設施產生重要影響,給人民生命財產造成嚴
重損失。



沙塵暴對西北地方的生態環境的破壞,大大加快
了該地區的土地荒漠化的進程。



降塵會對城市的大氣造成污染,直接影響人們的
健康。


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除了這些日常危害以外,沙塵暴對農田還能產生不利的影響,比
如沙塵暴以後,會使農田表層沃的土壤層喪失了,這種作用叫做
“風蝕”,會影響農田肥力和農業生產。沙塵暴還對下游地區的農
田產生覆蓋,把莊稼埋掉,這種作用叫做“風埋”。另外,有的強
沙塵暴風力達到10級以上,強風可以使建築物受損。
當然,沙塵暴最大危害就是嚴重影響交通安全。比如說強沙塵暴
能見度低於1000米或者低於500米,或者低於50米,會對出行造成
很大的影響。如2000年,2002年由於幾次強沙塵暴,首都機場被迫
關閉,造成的損失是不可估計的。但是沙塵暴也不是完全一無是處。


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沙塵暴的好處
 恢復土地肥力:
沙塵暴把地表的土捲入高空,浮塵當中的礦物質在恢復土地
肥力方面的效果甚至要優於氮、磷、鉀肥。

 促進海洋生物的生長繁殖:
浮游塵攜帶的養分含有豐富的鐵、鋁等礦物元素,能夠增加
海洋 營養鹽的輸入,刺激海洋生物的活動,影響藻類光合作
用,促進海洋生物的生長繁殖。


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 可提供海洋微生物(海洋的初級生產力)所
需之有機物:
如果失去這海洋生物 鏈最底層一環,整個海洋生態系統將難以為
繼最近科學家發現北半球太平洋地區海洋生物的茂盛得利於東亞沙
塵暴所帶來之有機物甚多。



沙塵暴可以減緩酸雨危害:

由於水可以溶解少量空氣中的二氧化碳,所以自然狀態下的水 是
略帶微弱酸性的,PH值為5.6。如果降水比自然界存在的水更酸,
即PH值小於5.6,則被稱為 酸雨(包括酸雪)。二氧化硫和氮氧化
物是形成酸雨的主要因素,工業生產的許多環節都會產生這些東西。
中國北方土壤和沙漠沙粒偏鹼性,沙塵暴之飄塵因而也偏 鹼性,
含鈣的矽酸鹽和碳酸鹽的飄塵會中和大氣中的一些酸性物質,例如
近年在韓國和日本都發現沙塵天氣時,酸雨變得不再那麼酸了。


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沙塵暴可能帶來的好處,沙塵暴的發生,從地質年代來看,
對於黃土高原的形成,以及華北平原的形成都有積極的貢獻。
這是從地質年代這樣一個尺度來看的,就短時間來看,沙塵
暴的發生對中和酸雨,對於海洋生產力的產生,都有很好的
促進作用。沙塵暴會帶給海洋的浮游生物,包括魚類帶去一
些有機物質。另外還會促進海洋泵的迴圈,促進深海的物質
迴圈。
評價沙塵暴的利弊, 要根據不同的歷史時段,不同的地點
做具體的分析。比如在黃河的下游,因為沙塵暴帶來了沖積
平原,可以形成新的土地,這是一個好事情;但是對上游廣
大沙塵暴發生區來看,沙塵暴的發生就是弊大於利 。


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沙塵暴的研究
研究與動機:
近年來,大陸沙塵暴侵襲台灣的情況日趨嚴重影響。大陸北方
距離臺灣是那麼地遙遠,大陸地區的沙塵真的會飄洋過海到達
基隆這麼遠的地方嗎?媒體上也一直提到了沙塵暴侵襲臺灣的
次數有與日遽增的趨勢,行政院環保署及其他各研究機構也陸
續投注大量的人力、物力去從事瞭解整個大陸沙塵暴變化模式
的相關研究。大陸地區的沙塵暴對我們的生活真的有那麼大的
影響嗎?

作 者:俞安
http://www.ntsec.gov.tw/activity/race2/2005/pdf/040008-04.pdf


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三個空氣品質監測站位置及背景說明
測站位置

基隆市仁愛區仁愛國小
及台北縣淡水鎮淡水國小
一般空氣品質監測站

台北縣萬里鄉萬里
背景空氣品質監測站

背景說明
所謂一般空氣品質監測站是將測量儀器設置於
人口密集及可能發生高度空氣污染之地區;整體而
言,基隆市仁愛區人口密集度高,故我們可視為基
隆地區大部分時間人為污染的代表區域。藉由仁愛
國小一般空氣品質監測站的資料,可以用來代表基
隆地區平時的空氣品質狀況,及大陸沙塵暴侵襲時
懸浮顆粒增加的異常情況。淡水鎮淡水國小監測站,
位於北部區域西北位置,平時可監測淡水附近的懸
浮顆粒值,但受東邊地形較高的影響,懸浮顆粒的
值相對基隆地區低些。
所謂背景空氣品質監測站是將測量儀器設置於
盛行風的上風處,監測風所挾帶之污染量多寡。其
佈設地點均特別避開鄰近污染源之影響,以求能反
映區域性大範圍之空氣品質狀態。因此萬里背景空
氣品質監測站資料變化,可以讓我們瞭解是否屬於
外來懸浮物質的干擾,尤其在大陸沙塵暴侵襲北部
區域時,懸浮顆粒的變化會有急速增加的趨勢,故
是否視為大陸沙塵暴侵襲的採計都是以本測站資料
為主。

問題:大陸北方距離臺灣是那麼地遙遠,大陸地區的沙塵真的會飄洋過海到達基隆這麼遠的地方嗎?
沙塵暴發生時高空觀測資料:
大陸沙塵暴侵台之懸浮顆粒藉由高空傳輸至台灣,顆粒大多小於<10μm(PM10)甚至更小。懸浮顆
粒藉由高空的傳輸到數千公里的地方。


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日本氣象廳的高空氣天氣圖


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2002-02-09大陸沙塵暴氣溶膠路徑圖


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沙塵暴的預防
 加強環境的保護,把環境的保護提到法治的高度。
 恢復植被,加強防止風沙塵爆的生互防護體系。
 加強防止風沙塵爆的工程技術措施,即房屋、建築物的結構。
 加強農業技術措施。
 加強對黑風暴形成的因素,運動的規律,時空分布的研究。

 加強預報、預警以及通訊系統的現代化。
 加強宣傳,對經常發生黑風暴的地區,盡快宣傳普及,並寫成科普
文章。


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防制沙塵暴需要調節人類與自然的關係,大力保
護和改善生態環境。這是一項複雜的系統工程,
需要多國政府重視,全社會重視。在沙塵園區,
加大植樹造林、種草力度,退耕還林、還草、限
制過渡放牧:開發太陽能、地熱等清潔能源,減
少溫室氣體向大氣的排放,才能控制或減少沙塵
暴的危害。


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補充知識
沙塵天氣在氣象上分為三類:
浮塵:懸浮在大氣中的沙或土壤粒子,使水平能
見度小於10公里的天氣現象

揚沙(塵):能見度在1~10公里的天氣現象,中
國以新疆、內蒙古等乾燥地區多見,並且多在春
季出現,中國南方極少。
沙塵暴:強風將地面塵沙吹起使空氣很混濁,水
平能見度小於1公里的天氣現象。


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相關符號


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美國歷史上最嚴重的沙塵暴
1935年4月14日是美國歷史上的 ”黑色星期天” 。
由這一天起,美國大陸經歷了一場長達十年的特
大沙塵暴侵襲。估計有250萬難民逃離故鄉,數以
百萬頃的農田被廢棄,這次沙塵暴引來的移民事
件,迄今為止仍是美國歷史上最大的移民事件。


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其他星球是否也有沙塵暴?
哈柏天文望遠鏡以及NOAA-16探測衛星的雲圖顯示火
星上刮起的強大沙塵暴規模遠大於地球,強沙塵暴的範
圍可以涵蓋半個火星表面並持續數個月之久。

左圖為1997年5月17和6月27哈伯太空望遠鏡觀測火星沙塵暴活動,右圖為
NASA火星探測太空船空照照片


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結論
綜合得知,台灣北部近十年來大氣中的懸浮顆粒平均值為
秋季最高、冬季次之,夏季最低,影響台灣秋冬兩季懸浮
顆粒值較高的主因是:○1大陸沙塵暴與○2季風的變化所
致。秋冬、冬春之際,是大氣變化不穩定的時刻,乾燥的
土壤加上強風等,很容易形成沙塵暴。再配合蒙古高壓的
移動沙塵粒子往東和東南傳輸。夏季,大陸處於氣候較潮
濕,較難有沙塵暴的發生,再加上大氣環流的不適合,所
以台灣夏季受大陸外來物質影響較低。懸浮顆粒值的多寡
表示著大氣中是否增加外來物質,進而影響到空氣品質,
因此我們可知道在春、秋、冬是大陸沙塵暴的盛期,也是
台灣空氣品質較不好的狀態,尤其有強烈沙塵暴侵襲台灣
時,有呼吸疾病的民眾就要做好防備。