定義沙塵暴是指強風將地面塵沙吹起使空氣很混濁，水平能見度小于1km的天氣現象。[1]沙塵暴天氣主要發(fā)生在冬春季節(jié)這是由于冬春季干旱區(qū)降水甚少, 地表異常干燥松散, 抗風蝕能力很弱, 在有大風刮過時, 就會將大量沙塵卷入空中, 形成沙塵暴天氣。[1]2源地沙塵暴[1]天氣多發(fā)生在內陸沙漠地區(qū)，源地主要有撒哈拉沙漠，北美中西部和澳大利亞也是沙塵暴天氣的源地之一。1933一1937年由于嚴重干旱，在北美中西部就產生過著名的碗狀沙塵暴。
亞洲沙塵暴活動中心主要在約旦沙漠、巴格達與海灣北部沿岸之間的下美索不達米亞、阿巴斯附近的伊朗南部海濱，稗路支到阿富汗北部的平原地帶。前蘇聯(lián)的中亞地區(qū)哈薩克斯坦、烏茲別克斯坦及土庫曼斯坦都是沙塵暴頻繁影響區(qū)，但其中心在里海與咸海之間沙質平原及阿姆河一帶。[2]3多發(fā)地區(qū)中國
有兩大多發(fā)區(qū)
第一個多發(fā)區(qū)在西北地區(qū)，主要集中在三片，即塔里木盆地周邊地區(qū)，吐魯番-哈密盆地經河西走廊、寧夏平原至陜北一線和內蒙古阿拉善高原、河套平原及鄂爾多斯高原；
第二個多發(fā)區(qū)在華北，赤峰、張家口一帶，直接影響首都北京的安全。[2]我國沙塵暴日益嚴重，主要是土地不合理開發(fā)和不合理耕作所致。隨著人口的增加以及有關方面管理的不到位，西北、華北地區(qū)土地大量開墾，草原過度放牧，人為破壞自然植被，形成了大量裸露、疏松土地，為沙塵暴的發(fā)生提供了大量的沙塵源，一遇大風便形成影響社會、危害人民健康的沙塵暴。
中國西北地區(qū)由于獨特的地理環(huán)境，也是沙塵暴頻繁發(fā)生的地區(qū)，主要源地有古爾班通古特沙漠、塔克拉瑪干沙漠、巴丹吉林沙漠、騰格里沙漠、烏蘭布和沙漠和毛烏素沙漠等。從1999年到2002年春季，中國境內共發(fā)生55次12次沙塵天氣，其中有31次起源于蒙古國中南部戈壁地區(qū)，換句話說，就是每年肆虐中國的沙塵，約有六成來自境外。這是7月2日，中國氣象局副局長李黃向媒體公布的研究結果。他說,2002年春季，中國北方共出現了12次沙塵天氣過程。具有出現時段集中、發(fā)生強度大、影響范圍廣等3個特點。影響中國的沙塵天氣源地，可分為境外和境內兩種。分析表明：三分之二的沙塵天氣起源于蒙古國南部地區(qū)，在途經中國北方時得到沙塵物質的補充而加強；境內沙源僅為三分之一左右。發(fā)生在中亞（哈薩克斯坦）的沙塵天氣，不可能影響中國西北地區(qū)東部乃至華北地區(qū)。新疆南部的塔克拉瑪干沙漠是中國境內的沙塵天氣高發(fā)區(qū)，但一般不會影響到西北地區(qū)東部和華北地區(qū)。中國的沙塵天氣路徑可分為西北路徑、偏西路徑和偏北路徑：西北1路路徑，沙塵天氣一般起源于蒙古高原中西部或內蒙古西部的阿拉善高原，主要影響中國西北、華北；西北2路路徑，沙塵天氣起源于蒙古國南部或內蒙古中西部，主要影響西北地區(qū)東部、華北北部、東北大部；偏西路徑，沙塵天氣起源于蒙古國西南部或南部的戈壁地區(qū)、內蒙古西部的沙漠地區(qū)，主要影響中國西北、華北；偏北路徑，沙塵天氣一般起源于蒙古國烏蘭巴托以南的廣大地區(qū)，主要影響西北地區(qū)東部、華北大部和東北南部。
世界
世界上共有四大沙塵暴多發(fā)區(qū)，它們分別是：北美、大洋洲、中亞以及中東地區(qū)。[2]北美洲的沙漠主要分布于美國西部和墨西哥的北部。在與沙漠接壤的荒漠干旱區(qū)，沙塵暴時有發(fā)生，甚至在大平原上爆發(fā)了歷史上著名的黑風暴。北美洲沙塵暴發(fā)生的原因主要是土地利用不當、持續(xù)干旱等。20世紀三十年代美國西部大平原發(fā)生了一場特大的沙塵暴，被稱為黑風暴，在這場美國歷史上最嚴重的沙塵暴中，大平原損失了3億噸的肥沃土壤。浩劫之后，幾百萬公頃的農田廢棄，幾十萬人流離失所，眾多城鎮(zhèn)成為了荒無人煙的空城。許多人被迫向加利福尼亞遷移，引發(fā)了美國歷史上最大的移民潮。澳大利亞是個干旱國家，陸地面積的74.8%屬于干旱和半干旱地區(qū)。澳大利亞的中部和西部海岸地區(qū)沙塵暴最為頻繁，每年平均有五次之多。由于許多地方氣候干燥，加上耕作和放牧，土壤表層缺乏植被的覆蓋，導致了土地的逐漸沙化，一旦刮起大風，沙塵暴就會發(fā)生。亞洲中部的荒漠區(qū)也在不斷擴大，中亞五國是荒漠化比較嚴重的地區(qū)，總面積有近400萬平方公里。由于人口的快速增加，人為過量灌溉用水，亂砍濫伐森林，超載放牧，草場退化，沙漠化十分嚴重。中亞地區(qū)鹽土面積非常遼闊，達到15萬平方公里，所以造成了沙塵暴和鹽塵暴的混合發(fā)生。中東地區(qū)的沙塵暴主要在非洲撒哈拉沙漠南緣地區(qū)，從20世紀70年代初到80年代中期，由于連年旱災以及過量放牧和開墾，造成草場退化，田地荒蕪，沙漠化土地蔓延，沙塵暴加劇，人們的生活環(huán)境急劇惡化。頻繁的沙塵暴還殃及其他地區(qū)，有的沙塵被風帶過大西洋到達了南美洲亞馬遜地區(qū)，還有的沙塵被吹到了歐洲。[2]4成因條件
有利于產生大風或強風的天氣形勢，有利的沙、塵源分布和有利的空氣不穩(wěn)定條件是沙塵暴或強沙塵暴形
  戈壁灘上的沙塵暴
成的主要原因。強風是沙塵暴產生的動力，沙、塵源是沙塵暴物質基礎，不穩(wěn)定的熱力條件是利于風力加大、強對流發(fā)展，從而夾帶更多的沙塵，并卷揚得更高。
除此之外，前期干旱少雨，天氣變暖，氣溫回升，是沙塵暴形成的特殊的天氣氣候背景；地面冷鋒前對流單體發(fā)展成云團或颮線是有利于沙塵暴發(fā)展并加強的中小尺度系統(tǒng)；有利于風速加大的地形條件即狹管作用，是沙塵暴形成的有利條件之一。
土壤、黃砂主要成分是硅酸鹽，當干旱少雨且氣溫變暖時，硅酸鹽表面的硅酸失去水分，
H2SiO4=SiO3 -2 + H2O（氣）↑
這樣硅酸鹽土壤膠團、砂粒表面就會帶有負電荷，相互之間有了排斥作用，成為氣溶膠不能凝聚在一起，從而形成揚砂即沙塵暴。沙塵暴本質上是帶有負電荷的硅酸鹽氣溶膠。
總之，沙塵暴的形成需要這三個條件：
一是地面上的沙塵物質。它是形成沙塵暴的物質基礎。
二是大風。這是沙塵暴形成的動力基礎，也是沙塵暴能夠長距離輸送的動力保證。
三是不穩(wěn)定的空氣狀態(tài)。這是重要的局地熱力條件。沙塵暴多發(fā)生于午后傍晚說明了局地熱力條件的重要性。
物理機制
在極有利的大尺度環(huán)境、高空干冷急流和強垂直風速、風向切變及熱力不穩(wěn)定層結條件下，引起鋒區(qū)附近中小尺度系統(tǒng)生成、發(fā)展，加劇了鋒區(qū)前后的氣壓、溫度梯度，形成了鋒區(qū)前后的巨大壓溫梯度。在動量下傳和梯度偏差風的共同作用下，使近地層風速陡升，掀起地表沙塵，形成沙塵暴或強沙塵暴天氣。
  巨型沙塵暴
緣起
據新華社蘭州電在中國科學院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所專家的努力下，一項為探討沙塵物質的啟動、傳輸機理而專門設立的沙塵暴風洞模擬實驗順利完成。
通過實驗，專家們發(fā)現，土壤風蝕是沙塵暴發(fā)生發(fā)展的首要環(huán)節(jié)。風是土壤最直接的動力，其中氣流性質、風速大小、土壤風蝕過程中風力作用的相關條件等是最重要的因素。另外土壤含水量也是影響土壤風蝕的重要原因之一。
這項實驗還證明，植物措施是防治沙塵暴的有效方法之一。專家認為植物通常以3種形式來影響風蝕：分散地面上一定的風動量，減少氣流與沙塵之間的傳遞；阻止土壤、沙塵等的運動。
此外，通過實驗研究人員得出一條結論：沙塵暴發(fā)生不僅是特定自然環(huán)境條件下的產物，而且與人類活動有對應關系。人為過度放牧、濫伐森林植被，工礦交通建設尤其是人為過度墾荒破壞地面植被，擾動地面結構，形成大面積沙漠化土地，直接加速了沙塵暴的形成和發(fā)育。
元兇
沙塵暴的元兇：大氣環(huán)流
北京春天里發(fā)生沙塵暴的短暫一幕，只不過是中國北方連綿約30萬平方公里的黃土高原在二三百萬年中每年都要經歷的天氣過程，所不同的是，后者的風力更強，刮風的時間更長（可以持續(xù)幾天），沙塵的來源并不是50米開外的十字路口，而是上百公里以外的沙漠和戈壁。
就如同上帝在玩一個匪夷所思的游戲：他把中國西北部和中亞地區(qū)沙漠和戈壁表面的沙塵抓起來往東南方向拋去，任憑沙塵落下的地方漸漸堆積起一塊高地。這個游戲從大約240萬年以前就開始了，上帝至今樂此不疲(2002年《自然》雜志發(fā)表了中國學者的最新研究成果，把其開始的時間推到了2200萬年前）。
事實上，風就是上帝拋沙的那只手。
印度板塊向北移動與亞歐板塊碰撞之后，印度大陸的地殼插入亞洲大陸的地殼之下，并把后者頂托起來。從而喜馬拉雅地區(qū)的淺海消失了，喜馬拉雅山開始形成并漸升漸高，青藏高原也被印度板塊的擠壓作用隆升起來。這個過程持續(xù)6000多萬年以后，到了距今大約240萬年前，青藏高原已有2000多米高了。
地表形態(tài)的巨大變化直接改變了大氣環(huán)流的格局。在此之前，中國大陸的東邊是太平洋，北邊的西伯利亞地區(qū)和南邊喜馬拉雅地區(qū)分別被淺海占據著，西邊的地中海在當時也遠遠伸入亞洲中部，所以平坦的中國大陸大部分都能得到充足的海洋暖濕氣流的滋潤，氣候溫暖而潮濕。中國西北部和中亞內陸大部分為亞熱帶地區(qū)，并沒有出現大范圍的沙漠和戈壁。
  沙塵暴
然而東西走向的喜馬拉雅山擋住了印度洋暖濕氣團的向北移動，久而久之，中國的西北部地區(qū)越來越干旱，漸漸形成了大面積的沙漠和戈壁。這里就是堆積起了黃土高原的那些沙塵的發(fā)源地。體積巨大的青藏高原正好聳立在北半球的西風帶中,240萬年以來，它的高度不斷增長著。青藏高原的寬度約占西風帶的三分之一，把西風帶的近地面層分為南北兩支。南支沿喜馬拉雅山南側向東流動，北支從青藏高原的東北邊緣開始向東流動，這支高空氣流常年存在于3500—7000米的高空，成為搬運沙塵的主要動力。與此同時，由于青藏高原隆起，東亞季風也被加強了，從西北吹向東南的冬季風與西風急流一起，在中國北方制造了一個黃土高原。
在中國西北部和中亞內陸的沙漠和戈壁上，由于氣溫的冷熱劇變，這里的巖石比別處能更快地崩裂瓦解，成為碎屑，地質學家按直徑大小依次把它們分成：礫（大于2毫米），沙(2—0.05毫米），粉沙(0.05—0.005毫米），黏土（小于0.005毫米）。黏土和粉沙顆粒，能被帶到3500米以上的高空，進入西風帶，被西風急流向東南方向搬運，直至黃河中下游一帶才逐漸飄落下來。
二三百萬年以來，亞洲的這片地區(qū)從西北向東南搬運沙土的過程從來沒有停止過，沙土大量下落的地區(qū)正好是黃土高原所在的地區(qū)，連五臺山、太行山等華北許多山的頂上都有黃土堆積。當然，中國北部包括黃河在內的幾條大河以及數不清的溝谷對地表的沖刷作用與黃土的堆積作用正好相反，否則的話，黃土高原一定不會是現在這樣，厚度不超過409.93米。太行山以東的華北平原也是沙土的沉降區(qū)，但是這里是一個不斷下沉的區(qū)域，同時又發(fā)育了眾多河流，所以落下來的沙子要么被河流沖走，要么就被河流所帶來的泥沙埋葬了。
中國古籍里有上百處關于“雨土”、“雨黃土”、“雨黃沙”、“雨霾”的記錄，最早的“雨土”記錄可以追溯到公元前1150年：天空黃霧四塞，沙土從天而降如雨。這里記錄的其實就是沙塵暴。
雨土的地點主要在黃土高原及其附近。古人把這類事情看成是奇異的災變現象，相信這是“天人感應”的一種征兆。晉代張華編的博物志中就記有：“夏桀之時，為長夜宮于深谷之中，男女雜處，十旬不出聽政，天乃大風揚沙，一夕填此空谷?！?br /> 1966—1999年間，發(fā)生在中國的持續(xù)兩天以上的沙塵暴竟達60次。中科院劉東生院士認為，黃土高原應該說是沙塵暴的一個實驗室，這個實驗室積累了過去幾百萬年以來沙塵暴的記錄。中國西北部沙漠和戈壁的風沙漫天漫地灑過來，每年都要在黃土高原上留下一層薄薄的黃土。