沙尘暴的形成
实测证明，各种地表的起沙风指标以流沙面最小。按此指标统计的起沙风，包含有各种地表的起沙风，并可作为这些地表土地沙化后发展的尺度，表示其潜在沙化的可能程度。从而便得到一个统一的指标，对全沙区进行分析，以显示沙漠扩展与沙化发展的不同情况，并且也指出土地未沙化地区沙化的危险程度。沙尘暴天气发生一般需要有足够强劲持久的风力，平均风速12～19米/秒以上，强冷空气是形成沙尘天气的驱动力，只有足够的冷空气方有可能形成强的气压梯度，推动大气的水平流动，由于空气在流动过程中，沿垂直方向水平风速的不同，以及低层的强烈辐合，强迫空气产生垂直方向的流动，从而产生强烈的水平和垂直运动。瞬时最大风速为17米/秒，短时7～8级西北大风；西北风风力普遍达6～7级、短时8～9级以上，即可出现沙尘暴。从天气学角度看，大风的形成，一是强冷空气入侵，即冷锋过境，穿越锋面的次级环流促使锋前强烈上升、锋后动量下传，激发中尺度系统产生，由此导致强变压梯度产生变压风，这是造成近地面大风的主要因素；二是冷锋前地面热低压发展使锋区气压梯度增大而形成梯度风。只有足够强的冷空气，才有可能形成强的气压梯度和变压梯度，使冷空气推动暖空气加速运动而形成地面大风。因此，形成沙尘暴的冷空气强度要比形成一般大风的冷空气强度更强。
风多、风大，是造成荒漠化和沙漠移动扩张的重要原因。沙区的平均风速、大风日数、扬沙及沙尘暴日数都是较多的，我国沙区的年平均风速都在2～4米/秒，年大风日数在25~75天之间，沙尘暴日数在5～30天之间。导致这种现象的原因主要有以下几点：
1.不稳定的大气层结状态
自然界里，若低层空气稳定，则受到某种扰动的沙尘将不会被卷扬得很高；若低层大气不稳定，则受到扰动后的沙尘将会卷扬得很高；特别是在风力和沙尘源具备的情况下，大气层结是否稳定是形成沙尘暴的决定性因素。以最常出现区域性强沙尘暴灾害的甘肃省河西地区为例。这里处在冷空气东南下的西北通道上，一般来说，冬春两季特别是春季经常有势力强大的冷空气入侵，而且春季，因为植物稀少，沙漠和裸露的地表温度上升得很快，只要连续晴好两三天，地面气温可以升得很高。如果这时遇上强大的冷空气在中午前后过境，可形成上冷下暖的不稳定温度层结。实际上，我国北方各地的沙尘暴多出现于春季，而且多出现于春季的午后，这是由于春季是全年中空气冷暖变化最剧烈的季节，午后到傍晚之前又是一天中气温最高的时段，更容易造成空气层结的不稳定。对流层低层强烈的垂直不稳定层结是沙尘暴与单纯大风的根本区别。沙尘暴之所以能卷起如此多的沙尘，以致使能见度严重下降，甚至达到小于200米或更甚者，就在于对流层低层存在着强烈的垂直方向的不稳定和强对流。这种垂直不稳定在卫星云图资料上表现为：强冷空气前激发出的中尺度对流单体与来自较低纬度地区对流单体合并等相互作用，最后强烈发展成对流云团或干飑线。它们所反映的强烈对流和湍流，以及在野外观测到的沙尘暴前沿的沙尘壁，正是由此而造成的。
2.丰富松软的地表沙尘
丰富的沙尘源是沙尘暴形成的物质基础。从我国北方地区沙尘源的形成看，一类是自然形成的第四纪沉积、堆积物；另一类是人类生产活动堆积物。前者有风成沙、沙砾戈壁、风蚀劣地、沙质粘土、第三纪红色沙岩、现代流水冲积物、湖积物、黄土等，后者有尾矿砂、废弃物、炉灰等堆积物和开垦裸地等。从我国北方地区沙尘物质的主要类型粒度来看，沙漠沙以中细沙为主，约占总量的70％，其次是极细沙、粉沙，约占20％，粘粒占5％左右。戈壁类型，砾石和细粉沙所占比例大，中细沙比例小；砾石占30％，极细沙、粉沙占40％，中、细沙不足40％。风蚀劣地、第三纪红色沙岩，湖相堆积，以粉沙为主，占80％～90％。黄土和沙黄土以极细沙、粉沙为主，黄土中粉沙占47.83％，沙黄土中极细沙占78％左右。沙质耕地，极细沙和粉沙占90％以上。尾矿砂中细沙和极细沙占90％以上。上述沙尘源，不仅在大风时扬沙，而且大量扬尘，加之面积广，为强沙尘暴的形成提供了丰富的物质基础。另外，春季北方地区气温回升，大地解冻，同时春季干旱少雨，地表干燥松软，结持性差，不论是耕地还是荒漠草原，均无植被覆盖，是含尘量丰富的沙尘源。地表物质样品的分析表明，中国北方沙漠和零星沙地的平均含尘量为2.56％；沙漠边缘地区平均含尘量为11.94％；旱作耕地平均含尘量为30.37％；沙质草地平均含尘量为51.86％；干旱湖盆和干旱河床平均含尘量为2.56％。可见，沙质草地和旱作耕地为沙尘暴提供了大量的沙尘物质。近年来气候干暖化和人为活动强度加大，造成荒漠化扩展，使沙尘源进一步扩大。尘卷风尘卷风是一种发生在大气对流边界层内，能将沙尘或者碎屑等物质扬到高空，具有温度较高的低压核心和较短生命周期的旋风，是自然界中一种最常见的自然现象，也是气象学中一种比较独特的天气现象。我国西北干旱、半干旱地区在非沙尘暴事件多发期（如夏季、秋季）里，大气边界层内粉尘活动仍很频繁。当晴空较强的大阳辐射被地面吸收继而加热低层空气时，会造成近地面空气温度急剧上升。热空气的密度相对较低，在浮力的作用下迅速上升而形成对流。在一定的条件下，一种以垂直涡形式存在且含有一定量微细粉尘的特殊对流现象经常发生在大气对流边界层内，即尘卷风。
沙尘暴是怎么引起的
1.自然因素
（1）植被
沙尘暴的发生、发展除了取决于特定的天气条件以外，还与地理环境（即下垫面条件）有关。在下垫面条件中，最重要的条件是有无沙尘源区的存在。哪些地区可以成为沙尘源，不仅取决于该地区是否为干旱、半干旱区或沙漠，还与该地区的地表覆盖状况有关。一个地区可能发生沙尘暴的一个重要因素是植被状况。风蚀和沙尘暴对地表土壤的大量搬运和堆积，是导致干旱、半干旱区土地沙化和荒漠化进程最重要最直接的作用过程之一。理论分析表明，植被覆盖防护效应的形成是当运动气流受到植被覆盖的阻挡时，在植株背后形成一个风速降低区，从而减小风力对地表土壤的吹蚀一般植被覆盖越密集，防护效果越好，因此，植被覆盖率常被当做风蚀保护作用的描述变量。然而，当运动气流通过植被覆盖的下垫面时，真正形成挡风效应的主要来自植被覆盖迎风方向的侧影面积，因此，基于垂直投影面积比率的植被覆盖率概念，实际上并不能完全准确地描述植被覆盖对风蚀地表的保护。鉴于此，基于植被侧影面积的粗糙元密集度概念是一个更适合的描述变量。植被覆盖率着重考察的是植被垂直方向的投影面积在下垫面上的比率，而植被粗糙元密集度则很好地考察了植株高度、宽幅及疏密程度等形态结构特征差异，可比植被覆盖率更有效地区分乔、灌、草，不同植被类型在防风效应上也有所差异。另外，粗糙元密集度概念还可直接建立植被覆盖与地表粗糙度之间的定量关系。因此，采用植被粗糙元密集度作为描述变量是对植被覆盖率变量的有益改进，有利于定量考察植被覆盖的防护效应。由于植被覆盖的存在，下垫面粗糙度增大，植被覆盖的沙面上风速低于相同高度上裸露沙面上的风速。这是风蚀过程中植被覆盖形成对地表保护的内在机理。
中国科学院兰州沙漠研究所的风洞实验结果表明，植物通常以三种形式来影响风蚀：1.覆盖地表，使覆盖部分免遭风蚀。2.分散地面之上一定高度内的风动量，从而减少了气流与地面物质之间的动量传递。3.阻止被蚀物质的运动。植物群落特征如密度、宽度、形状及其排列方式之差异将产生不同的影响作用。
从风蚀动力学的角度来看，植物是通过改变气流对地面物质的作用来抑制风蚀。通过风洞实验对不同密度（植被覆盖率）、不同植物作用区面积、不同排列形式及形状植物的不同排列方向的风速廓线进行测定及对比分析。实验结果表明，除了光滑地表即地面无植物存在的条件下风速随高度的变化遵循对数规律外，在其余条件下，植物的存在破坏了地面之上一定高度内的上述规律。在约相当于植物层高度之下，风速变化受植物个体和群落的影响比较明显，随机性因素占主导地位，掩盖了内在的规律。在植物高度层之上，风速变化反映了整个地表植物层的总体效应，使风速及其梯度的变化呈现出一定规律。植物密度作用区面积、排列方式等既影响植物单体作用的发挥，也影响总体效益的体现。植物对气流的影响不仅反映在风速廊线变化上，亦表现为流场特征的改变上。在风力条件相同的情况下，沙尘暴的强度取决于地表植被和土壤状况，而植被覆盖又受到温度和降水条件的影响，土壤的沙尘释放能力也受到降水和温度的影响。在植被覆盖率低的地区，降水能够影响土壤的起沙能力，温度升高引起土壤解冻，从而直接影响到沙尘暴的强度。在植被覆盖率高的地区，植被覆盖与沙尘暴强度关系更加密切。
（2）土壤湿度
造成沙尘暴暴发的原因很多，其中土壤含水量的多少（土壤湿度）对起沙有重要影响，特别是在植被覆盖率低的荒漠区，土壤湿度尤为重要。土壤含水量减少，土壤表面的水黏膜力也就减小，引起风对土壤的风蚀，土壤被风蚀的结果就是土壤的沙漠化。土壤湿度是陆面过程中的关键物理参量，在沙尘天气过程中，土壤湿度影响临界摩擦速度，进而影响风蚀起沙量。然而长期以来，由于缺乏观测资料，土壤湿度的计算还存在一定困难。除此之外，地表水分的减少有利于地面起沙，而滞留在大气中的沙尘粒子，会引起到达地球表面太阳辐射的变化，从而引起气候及环境的变化。研究指出，土壤湿度的梯度能够激发局地环流的形成和发展；植被和土壤湿度的空间变化能改变近地表层大气的斜压结构而激发对流风暴的形成。由此可见，土壤湿度的变化不仅使其本身发生了变化，而且对大气也有重要作用，从而对局地沙尘暴的暴发产生重要影响。
（3）积雪
积雪主要从两方面来影响沙尘天气的发生发展：一方面可通过影响土壤含水量，从而影响沙尘天气；另一方面是当积雪覆盖度减少时，地表裸露部分增加，雪盖对表层土壤的保护能力降低，表层土壤中的细小颗粒在强风作用下被刮起，进入大气中而成为沙尘暴的主要组成部分，积雪覆盖程度越差，表层土壤为强风提供沙尘的可能性就越大。因此，积雪覆盖状况的好坏，与沙尘天气发生的频度（日数）是有关联的，尤其是冬末春初，牧草尚未返青，冷空气活动频繁，雪盖对地表的保护就显得尤为重要。中国西部区域的冬雪在春季融化后，增加土壤湿度，这一过程可以抑制或减少沙尘天气的发生。
2.人为因素
引起我国沙尘暴和荒漠化的人为因素即不合理生产活动包括：
（1）滥牧
当植物的生长量给家畜消费的植物量供不应求时，即过度放牧，就会使植被遭到破坏，加快土地表面的裸露而成为风蚀或雨蚀的原因之一。当降雨丰富，植被繁茂时，家畜数量迅速增加，但如果发生干旱，植被衰退时，就必然要调整家畜数量，然而，实际上这种适应是十分困难的，多数情况会引起沙漠化。而且，近年在各地推行游牧民族的定居政策，都在限定地区进行放牧，不仅引起家畜的集中化，而且为了获得燃料，周围的树木都被采伐等很多情况，都对植被管理带来了不良影响。由于牧畜需要大面积的草原，在形成沙漠化面积的各种原因中，所占比例最大的就是过度放牧，所以在确定与植被相平衡家畜头数的同时，正在寻求改善放牧的方式。
（2）乱砍滥伐
无节制、无计划和不合理的采伐林木的行为就是乱砍滥伐。乱砍滥伐的行为带来直接的后果就是造成森林覆盖面积越来越小，导致森林生态系统服务功能受到损伤，旱涝灾害频繁加剧，水土流失严重，土地沙漠化，部分地区发生泥石流，长江、黄河的河道两边出现塌方，尤其是近几年，一些城市出现沙尘暴，极大地危害了人们的生活和工作。
（3）私挖滥采
近年来，由于利益的诱惑，滥挖中药材、搂发菜及无序采矿等私挖滥采现象十分突出。私挖滥采，既是社会毒瘤，也是安全生产的重大隐患，与当前全社会提倡的安全发展、和谐发展的要求背道而驰。私挖滥采不仅侵害矿产资源国家所有权，还破坏环境，对资源、植被造成严重破坏，造成水土流失，给社会带来极大的危害。一些地方被私挖滥采后，千疮百孔、满目疮痍，造成许多农村水源枯竭和土地严重污染，排出的大量矸石严重影响了当地群众的生产生活。
