黄砂 黄砂の概要

黄砂

出典: フリー百科事典『ウィキペディア(Wikipedia)』 (2016/08/28 02:48 UTC 版)

自動車に積もった黄砂(北京-ニュース
地球規模で移動する黄砂、2001年4月7日-18日、NASA。人工衛星のオゾン全量分光計英語版を利用して観測された。中国付近の黄砂(赤・黄・黄緑色の部分)は数日かけて北アメリカまで到達している。(NASA解説(英語)

概要

気象現象としての黄砂は、砂塵の元になる土壌の状態、砂塵を運ぶ気流など、大地大気の条件が整うと発生すると考えられている。発生の頻度には季節性があり、春はそういった条件が整いやすいことから頻繁に発生し、比較的遠くまで運ばれる傾向にある。ただ、春に頻度が極端に多いだけであり、それ以外の季節でも発生している[4][5][6]

黄砂は国境を跨ぐ範囲で被害を発生させ、しかもその程度や時期に地域差がある。発生地に近づくほど被害は大きくなり、田畑や人家が砂に覆われたり、周囲の見通し(視程)や日照を悪化させたり、交通に障害を与えたり、人間家畜などが砂塵を吸い込んで健康に悪影響を与えたりするなど、多数の被害が発生する。海を隔てた日本でも、黄砂の季節になると建物や野外の洗濯物・車などが汚れるといった被害が報告されている。東アジア全体での経済的損失は、日本円に換算して毎年7000億円を超えるとされる[3][5][7][8]

発生地に近いほど、砂塵の濃度は濃く、大きな粒が多く、飛来する頻度も高い傾向にある。モンゴル、中国、韓国などでは住民の生活経済活動に多大な支障が出る場合があり、黄砂への対策や黄砂の防止が社会的に重要となっている。近年は東アジア各国で、黄砂による被害が顕著になってきているとされており、一部の観測データもこれを裏付けている[9][10][11][12][13]。これに加えて、環境問題への関心が高まっていることなどもあり、黄砂に対する社会的な関心も高まっている[14][15]

一方、黄砂が自然環境の中で重要な役割を果たしていることも指摘されている。飛来する黄砂は、洪水による氾濫堆積物や火砕物と並ぶ堆積物の1種であり、土地を肥やす効果がある。また黄砂には生物の生育に必要なミネラル分も含まれており、陸域だけではなく域でもプランクトンの生育などに寄与している[16][17][18][4][19]

また、芸術の分野では、黄砂のもたらす独特の景観などが文化表現にも取り入れられており、黄砂のもたらす情景を詠った古代中国の漢詩が伝えられるなどその歴史は古い。黄砂が生活に深刻な被害を与えている地域もある一方で、影響が軽微であり珍しい自然現象・季節の風物詩などとされている地域もある。

「黄砂」という語でひとくくりにされているが、この語を気象学的に定義すると複数の現象が含まれている。発生地付近では黄砂の元となる「砂塵嵐」(砂嵐)、大気中を浮遊する黄砂は「エアロゾル粒子」であり、風の有無にかかわらず黄砂が空中に大量に浮遊・降下している状態は「風塵」や「煙霧」・「ちり煙霧」である。また、視程障害現象にも分類される。東アジア各国では、気象機関がそれぞれ「黄砂」の定義や強弱の基準を定めているが、いずれも少しずつ異なっている(後節参照)。

黄砂現象の詳説

発生地の衛星画像。中央よりやや上によったところにある、薄橙色や薄茶色の部分が主な発生地。左側からタクラマカン砂漠ゴビ砂漠黄土高原の順に並ぶ。(NASA World Wind)
X.Y. Zhang, et al.(2003)による黄砂発生源の分布地図[20]。タクラマカン、ゴビ、黄土高原が大きな割合を占めるが、周辺の砂漠からの発生もある。

発生地

黄砂のもととなる、タクラマカン砂漠の砂塵嵐を捉えた衛星画像 (PD NASA)
時間とともに東に移動する黄砂(紫・黄・黄緑色の部分)。2007年3月30日31日に撮影 (PD NASA)

代表的な発生地としては、西から

の3か所が挙げられる。面積は、これら3大発生地だけでも日本の国土面積の5倍(190万 km²)以上と広い[21]。これ以外にも、以下のリストのように、黄砂の発生が考えられている乾燥地帯がある。

これらの地域はほとんどが東アジアだが、一部は中央アジアにも及んでいる。またこれ以外に、中国東北部(旧満州)、モンゴル北部、ロシアの一部なども発生源となっている可能性がある[28][29]

これらの発生地は、おおむね年間降水量500mm を下回り、所によっては 100 mm 以下という乾燥地帯であるため、地表が砂で覆われている[30]。また、乾燥地帯が発生地ということは分かっているものの、飛来する砂塵の分析結果から、発生地は砂漠のみであるとする説、砂漠以外の乾燥した地域であるとする説、その両方であるとする説の3つが唱えられている(下の項参照)[31]

発生

北京・天津付近を襲う濃い黄砂(2008年3月1日、PD NASA)
中国・朝鮮半島・日本に広がる黄砂(2001年3月21日、PD NASA)
低気圧の風に乗って移動する黄砂(2000年4月7日、PD NASA)

現在[いつ?]、黄砂の大部分は、発生地である乾燥地帯を襲う砂塵嵐により大気中に巻き上げられると考えられている[4]

砂塵嵐の発生の度合いは、年中乾燥した土地であればほぼ風だけで決まるが、降水のある土地では風に加えて、地形、表土の湿り具合、積雪凍結の有無、植生(植物の繁茂)、土壌粒子の大きさ、地表の凹凸の粗さなど、地表面の様々な状態に左右される[4]。土壌粒子の大きさに関しては、表土や岩石が温度変化を受けた時、特に凍結と融解を繰り返した時に、風化により砂粒の微細化が進む[4]

ある研究[誰によって?]によれば、タクラマカン・ゴビ・黄土高原ともに上空 10 m の平均風速が 5 m/s を超えると、局所的に地面から砂塵が舞い上がり始める。これが激しいもの、つまり砂塵嵐に発達するときには、ゴビで10m/s、タクラマカン・黄土高原で6m/s以上の風が吹いているという研究結果がある。砂塵嵐によって砂が巻き上げられる高さは最大で上空 7 – 8 km という報告があるが、観測装置が故障することがあるため推定である。また、強い低気圧が通過した前後などは砂塵嵐が多く発生し、黄砂の量も多くなる[4]

また降水量との関係で言うと、発生地で降水量が少ないほど黄砂の発生は多い傾向にある。降水量によって、土壌の乾燥状態、積雪や植物の有無といった地面の状態が変化するためである[4]

なお、砂塵嵐のことを中国語沙塵暴簡体字沙尘暴拼音: shāchénbào シャーチェンパオ)といい、中国の市民の間では「黄砂」という言葉はほとんど使われず、「沙塵暴」をよく用いる[18][19]

参考画像・イラクで発生した砂塵嵐(地域は異なるが黒風暴と同じ現象)

沙塵暴は時に猛烈に発達することがあり、中国の気象当局は、瞬間風速 25 m/s 以上で視程が 50 m 以下の砂塵嵐を「黒風暴」(ウイグル語で قارا بوران、英字表記:qara boran、日本語音写:カラブラン、「黒い嵐」「大嵐」「台風」の意[32])または「黒風」と規定、俗に「黒い嵐」などと呼ばれている。黒風暴は、寒冷前線の通過時などで大気が不安定になったときに、ダウンバーストガストフロントなどの局地的突風をきっかけに発生する。水平方向の大きさは小さいもので 数百 m、大きいものは 100 km を超える。大きな渦を巻きながら移動し、これが押し寄せてくると、高さ数百mの「砂の壁」が迫ってくるように見える。「砂の壁」の中に入ると、急激に周りを飛ぶ砂の量が増え、(昼間であれば)次第に周囲が黄み・赤みを増しながら暗くなり、風も強まってくる。数十分ほど屋外は真っ暗となり、歩くことさえままならない状態となる一方、屋内に避難していても砂の進入によって日常生活が難しいほどになる。黒風暴の発生はごく稀ではあるが、近年では1993年5月5日に発生して甚大な被害を出した(後節で詳しく解説)[5][28]

また、周囲を山脈に囲まれたタクラマカン砂漠などの高低差が大きい発生地では、山谷風と呼ばれるほぼ毎日同じ時間帯に吹く強風が砂塵嵐を強める要因になっているとの指摘もある。ゴビや黄土高原からの黄砂は上空 1 - 2 km でよく観測されるのに対し、周囲を6,000m級の山脈に囲まれるタクラマカンからの黄砂は上空 6 km 程度によく観測される傾向にあり、夏の「バックグラウンド黄砂」の主な発生源となっている[19]

移動

砂塵の飛散と移動のメカニズム。風 (4) が吹くと、大きく分けて3つのパターンで粒子が移動する。
(1)転がるようにして進む砂。
(2)跳ねながら進む砂。
(3)空中を浮遊する砂。

単に砂塵が舞い上がると言っても、砂塵の粒の大きさによってその動きは全く違う。粒の直径が約 1 mm 以上のものは回転運動、0.05 mm (50 μm) – 1 mm くらいのものは躍動運動、約 0.05 mm 以下のものは浮遊運動をするといわれている(右図「砂塵の飛散と移動のメカニズム。」)。回転運動をする砂は発生地周辺のみに到達し、移動する砂丘を構成する。躍動運動をする砂は地面を飛び跳ねながら移動し、沙塵暴のほとんどを構成する。浮遊運動をする砂は風に乗って上空を移動し、遠くまで到達する[4]

浮遊運動をする砂の運動を詳しく見ると、砂塵嵐によって巻き上げられた後、日中暖まった空気が上昇することによって起きる上昇気流に乗って、上空 500 m – 2 km 付近に上昇して移動する。発生地付近では、砂塵の濃度や粒子の大きさがバラバラで非常に複雑な分布であるが、離れるに従って高度 1 – 2 km 付近に濃度が高い層ができる傾向にある。この付近の上空 500 m – 2 km より下の大気は大気境界層といい、空気の流れが複雑な層である。これより上には自由大気という層があり、一部の粒子がこの層にまで上昇してくると、安定した速い気流に乗って遠くまで運ばれる。ただ、低気圧が発達しながら移動するなどして、激しい風によって空気がかき混ぜられた場合は、日本上空で最大 6 – 7 km 程度と、もっと高い高度にも高濃度の層ができて遠くまで運ばれることもある。また、昼に発生して大気境界層を浮遊している砂塵は、になって大気境界層と自由大気の境界が下がってきてもそのまま同じ高度にとどまるため、一部は自由大気に入って遠くまで運ばれることになる[4]

東アジアや中央アジアなどの広い範囲には偏西風が吹いている。しかし、地上付近では偏西風の影響が少ないため、気圧配置によって砂塵は東以外の方向にも流される。しかし、高度が高くなると偏西風の影響が強くなるため、上空高くに舞い上がった黄砂は寄りに流される。これにより砂塵は発生地の東側の地域への到達が多い傾向にある[4]

なお、日本へ到来する黄砂について、「ジェット気流に乗って大陸から日本へやってくる」と解説される例があるが、ジェット気流は主に高度 8 - 13 km を吹いている風である一方で、上述のとおり黄砂は発生源から離れると高度 1 - 2 km に濃度が高い層が出来る傾向にある。したがって、遠方まで輸送された黄砂の事例をみると、ジェット気流よりもかなり下層で輸送されていて、ジェット気流によって輸送されたとは見なせない事例もある[33]

落下

こういった過程を経て粒の大きな砂から落下していく。北京では粒子の直径がおよそ 4 – 20 μm、発生後 3 – 4 日経って到達する日本では 4 μm 前後という調査結果がある[34][35]。韓国気象庁の解説では、上空に舞い上がって運ばれる黄砂は、3割が発生地に、2割が発生地の周辺地域に、5割が日本・韓国や太平洋などの遠方に運ばれて落下・沈着するという[36]

そして、より近い発生地からの黄砂のほうが飛来の頻度が高い。例えば、朝鮮半島で観測される黄砂は多くが西方の黄土高原・ゴビ砂漠などで発生したもので、タクラマカン砂漠で発生したものは稀である。朝鮮半島とタクラマカン砂漠は 5,000 km 以上離れており、長距離運搬される条件が整った時にしか砂塵は到達しない。また、韓国に到達する黄砂の「発生から飛来までの経過日数」と「飛来時に黄砂が分布する平均高度」を調べた韓国気象庁の資料では、タクラマカン砂漠は経過日数4 – 8日・高度 4 – 8 km、中国北部の乾燥地帯は3 – 5日・1–5 km、黄土高原は 2 – 4日・1 – 4 km、中国東北部は 1 – 3日・1 – 3 km などとなっている[36]

黄砂の年間発生量は年間2億–3億 t と推定され、対する降下量は北京で春には1ヵ月間に 1 km² あたり 10 - 20 t 程度、日本で1年間に 1 km² あたり 1 – 5 t と推定されている[35][21]。ただしその量は、発生地の毎回の天候に左右される。なお、1998 - 2000年のデータでは北京の乾性降下物(乾いたばいじん)のうち8割が黄砂を含む土壌性の粒子であった[35]。また、日本における黄砂を含めたばいじんの総降下量は国内平均で1年間に 1km² あたり 40 t 程度(1989年)とされ、黄砂はその1割程度にあたる[37]

季節変化

黄砂が空を覆った風景。山は霞んで見える。
上の写真と同じ場所のすっきりと晴れた風景。山ははっきりと見える。

時期としては、に最も多く発生する。降水量が少なく地面が乾燥するは、シベリア高気圧の影響で風があまり強くない穏やかな天候が続く[38]うえ、ほとんどの乾燥地帯の表土は積雪に覆われてしまうため、黄砂が発生しにくい。春になると、表土を覆った積雪が融け、高気圧の勢力が弱まる代わりに偏西風が強まり、低気圧が発達しながら通過するなどして風が強い日が増えるため、黄砂の発生も増えると考えられている。春の中盤に入り暖かくなってくると植物が増え、になると雨も多くなるため、土壌が地面に固定されるようになって次第に黄砂の量は減り、に最少となる[5][39]

発生地側の新疆ウイグル自治区での砂塵嵐の日数を調べた統計では、最多の4月に年間の約 20% が集中し、3月から6月の4か月間に年間の約 70% が集中する。敦煌から河西回廊での砂塵嵐の日数を調べた統計では、春の3か月間に年間の5割弱が集中する。ただし、秋にも約1割の発生があり、年間を通して発生している[5]

一方、飛来地側の日本では、春に当たる2月から5月の4か月間に年間の約 90% が集中し、夏に当たる7月 - 9月は全くと言っていいほど観測されない[40]。ただし、これは地上での観測をもとにした統計であり、上空を通過する薄い黄砂は夏にも観測されている[6]

また近年、地上では視程も低下しないため黄砂として観測されない時に、自由大気(自由対流圏)と呼ばれる高層で薄い砂塵が観測されることが分かってきた。これは「バックグラウンド黄砂」と呼ばれている。普段地上でほとんど黄砂が観測されない夏や秋にも発生するほか、高山では酸性霧の中和に関与していることが解明されてきている。バックグラウンド黄砂の特徴として、発生地付近で砂塵嵐の発生が無く、砂塵を巻き上げて運ぶ低気圧さえ無い状態にも拘らず、発生することが挙げられる。また、バックグラウンド黄砂の成分の特徴として、通常ではCa(カルシウム)が主にCaSO4硫酸カルシウム)の形で存在しているのに対して、バックグラウンド黄砂では主に CaCO3炭酸カルシウム)の形で存在していることが挙げられる。これは、バックグラウンド黄砂が、地上から排出される大気汚染物質に含まれているSO42−硫酸イオン)とほとんど混ざっていないことを意味し、普通の黄砂とは異なる経路を通ってきていることを示している[19][41][42][6]

観測

東アジア各国で、気象機関が独自に定めた黄砂の定義や強度を運用している(後述)。例えば日本では「飛来してきた大陸性の土壌粒子が浮遊する現象」を黄砂として記録している。各国で定義は異なる[43]

なお、世界の気象観測の報告で用いる国際気象通報式SYNOPでは、黄砂そのものを直接表す表現はないが、天気の報告の中で黄砂に該当するものは以下の11種類である[43]

  • 06.空中広くちりまたは砂が浮遊(風に巻き上げられたものではない)→Symbol Dust4.png
  • 07.風に巻き上げられたちりまたは砂→Symbol Dust1.png
  • 09.視程内または前1時間内の砂じんあらし→Symbol Dust3.png
  • 30.弱または並の砂じんあらし。前1時間内にうすくなった→Symbol Dust6.png
  • 31.弱または並の砂じんあらし。前1時間内変化なし→Symbol Dust5.png
  • 32.弱または並の砂じんあらし。前1時間内に濃くなった→Symbol Dust7.png
  • 33.強い砂じんあらし。前1時間内にうすくなった→Symbol Dust10.png
  • 34.強い砂じんあらし。前1時間内変化なし→Symbol Dust8.png
  • 35.強い砂じんあらし。前1時間内に濃くなった→Symbol Dust9.png
  • 98.観測時に雷電。砂じんあらしを伴う→Symbol Thunder7.png

国境を越えて移動することから、研究や予報には観測データの国際的な共有が重要だが、東アジア各国で黄砂対策協力が始まった当初、中国は情報提供に難色を示していた。2008年春から中国が情報提供を開始したことなどを受け、データを共有できるようになり、黄砂の予報の精度などが向上している[7]

視程などの目視観測と、視程、湿度や精密計器による機械観測が併用されている。研究や大気環境の監視(大気汚染の観測など)を目的とする精密な観測においては、目的に応じてさまざまな計測機器が使用されている[44]

  • LIDAR(レーザーレーダー) - 各高度の黄砂の濃度を観測できる。常時無人観測が可能だが、がある場合や濃度が高い場合は観測できないことがある。
  • 日射計放射計 - 黄砂等の光学的な性質、粒子の大きさを観測できる。
  • 比濁計(ネフェロメーター)、吸光計 - 黄砂等の光学的な性質を観測できる。
  • パーティクルカウンター、質量濃度計 - 黄砂等の質量、濃度、粒子の大きさを観測できる。
  • 飛行時間質量分析計 - 黄砂等の化学的な性質を観測できる。
  • 視程距離計 - 目視と異なり、定量的に視程を観測できる。

以上は地上に設置する機器である。飛行機ヘリコプター気球船舶を利用した観測、2,000m以上の高地自由大気と呼ばれる大気の層で地面との摩擦が無いため、大気が他とは異なった流れになっている)での観測もある。黄砂粒子のサンプルを採取した分析なども行われている。このほか、広域的な観測ができる人工衛星のデータも利用されている[44]


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