塔克拉玛干沙漠腹地边界层风场特征

利用CFL-03边界层风廓线雷达在塔中开展了边界层风场探测研究,根据2010年4月1日至2010年11月30日连续的边界层风场探测资料,分析了塔克拉玛干沙漠腹地大气边界层风场时空分布特征,得到了4月至11月各月的高空风廓线。结果表明,塔中春秋季风场结构类似,中高层多为西风,风速较大,低层多为东风,风速较小,整层风速与高度成正比;夏季高层风速变小,低层风速增大,东风层增厚,夏季塔中地区上空100～200 m高度层存在明显风速切变带。     

塔里木盆地水汽含量的计算与特征分析

利用1976-2009 年塔里木盆地的和田、库车、若羌、喀什和民丰5 个探空站的实测资料计算了逐月平均水汽含量,并建立了与地面水汽压的关系式;利用这种关系式计算了盆地及周边地区28 个站水汽含量,进行了EOF分解,得出了水汽分布形式;分析了地表水汽压随高度的变化;对在盆地腹地及周边地区进行的GPS观测资料进行了水汽含量的反演,并与探空计算值进行了对比。结果表明：盆地内水汽含量有两个高值区,主要分布在盆地西部和北部的边缘地带,中心水汽含量在13~14 mm,均位于塔里木河干流、叶尔羌河流域、阿克苏河支流周围的绿洲地区。塔克拉玛干沙漠腹地是水汽的低值区中心,水汽含量仅为7~8 mm,塔中是所有站中水汽量最少的,由中心向外逐渐增加,在环塔里木盆地的西部、北部绿洲区达到最高,然后由于海拔高度的影响又逐渐减小。塔里木盆地地基GPS反演水汽数据与探空计算值存在良好的线性关系。     

塔克拉玛干沙漠腹地春、夏季CO_2通量特征

利用世界上唯一深入流动沙漠腹地200 km以上的塔克拉玛干沙漠塔中站所采集的2011年4月、7月的气象资料,分析了塔克拉玛干沙漠腹地春、夏季CO2通量的变化特征及影响因素。结果表明:塔克拉玛干沙漠腹地CO2通量表现为白昼地表吸收CO2,夜间地表排放CO2,且地表吸收强度明显大于地表排放;塔克拉玛干沙漠腹地春、夏季CO2平均净吸收速率分别为0.93μmol·m2·s-1和0.82μmol·m2·s-1;CO2通量受大气稳定性影响较大,稳定大气条件利于沙漠地表CO2的释放,不稳定大气条件有利于沙漠地表CO2的吸收;此外,地表温度、土壤湿度、风速均与CO2通量呈不同程度的负相关关系。     

塔克拉玛干沙漠公路沿线风沙活动的时空分布

利用塔克拉玛干沙漠公路沿线的肖塘、满参和塔中3 个定位观测站1 个自然年的监测资料,对以起沙风和输沙强度为表征的风沙活动进行了分析。选取气象站标准高度10 min风速中大于临界起沙风速(≥6.0 m/s)的风,按16方位分别统计不同级别风的次数及其方位,计算输沙量。结果表明,风沙危害的主风向为偏东风,频率范围48%~76%。风沙活动集中在4~9月;从沙漠边缘向腹地风沙活动加强。向沙漠腹地深入,应加大公路风沙危害防护力度。     

塔克拉玛干沙漠腹地降水特征

利用塔克拉玛干沙漠腹地塔中气象站与周边3个气象站2000—2014年的气象观测资料,分析沙漠腹地近15 a降水量的年、季、月分布及变化特征,并与同期沙漠周边地区资料进行对比分析。结果表明：塔克拉玛干沙漠腹地近15 a年平均降水量为26.0 mm,比周边同期平均少37.3%,但降水稳定性高于周边各站;塔克拉玛干沙漠腹地降水的年、季、月分布与沙漠周边各站基本保持一致,夏季降水占总降水量的69.3%,且逐年有所增加,对全年降水量的变化贡献最大;沙漠腹地月降水量分布极不均匀,6月降水量最大,占全年降水的41.6%,2月和3月降水量最少,仅占全年的0.7%,降水最多月是最少月近60倍;水汽压在沙漠腹地相对不稳定,但相对湿度相对较稳定;沙漠腹地最长连续降水日年平均2.9 d,最长无降水日数年平均96 d,最长连续无降水日数呈逐年上升趋势。     

塔克拉玛干沙漠腹地两次强沙尘暴天气分析

１９９６年７月１１～１３日在塔克拉玛干沙漠腹地,沿沙漠公路出现了两场强沙尘暴灾害性天气。应用天气学方法、ＮＯＡＡ气象卫星云图以及沙漠腹地两个定点气象观测站（塔中和肖塘）的地面资料,初步分析了两场强沙尘暴天气形成和发展的环流形势、主要影响系统及地面气象要素演变特征。发现在沙漠腹地因局地热低压发展和南支卷云线共同作用亦可触发中小尺度的强沙尘暴天气。     

基于多源遥感与再分析数据估算塔克拉玛干沙漠地表净辐射日变化

作为世界第二大流动性沙漠,塔克拉玛干沙漠独特的陆表水热交换过程直接影响中国乃至全球的大气环流运动。将静止气象卫星FY-2F地表温度产品、极地轨道卫星MODIS陆表产品与中国区域高时空分辨率地面气象要素驱动数据集（CMFD）结合,反演得到时间分辨率为3 h、空间辨率为0.1°的2017年塔克拉玛干沙漠地表净辐射,利用塔中气象站观测值验证反演结果,并分析地表净辐射的时空变化特征。结果表明：（1）利用卫星遥感与再分析资料获取的地表特征参数与实测值误差较小,决定系数R²均在0.8以上。（2）地表净辐射模拟值与地面实测值具有较好的一致性,决定系数R²为0.967,均方根误差RMSE为29.193 W·m^-2。（3）地表净辐射日变化呈现明显的单峰型特征：早晚值较低,正午值最高,并且夜间值基本为负且变化幅度不大。（4）地表净辐射夏季>春季>秋季>冬季。（5）沙漠边缘散布的绿洲和农田地区净辐射值最高,沙漠腹地次之,沙漠南缘的昆仑山和阿尔金山冰川覆盖地区净辐射值最低。     

塔克拉玛干沙漠不同下垫面太阳总辐射比较

本文运用统计学方法,分析并比较了塔克拉玛干沙漠绿洲-沙漠过渡带（肖塘、哈德）与沙漠腹地（塔中）总辐射的气候学特征。结果表明：沙漠腹地（塔中）总辐射年总量高于绿洲-沙漠过渡带（肖塘、哈德）,塔中、肖塘和哈德年总量分别为6 515.0 MJ·m^-2、5 666.4 MJ·m^-2和5 774.5 MJ·m^-2。春、夏、秋、冬四季变化幅度,塔中高于肖塘和哈德,肖塘与哈德相近;3个观测点均为夏季最大、冬季最小、春季高于秋季。塔中月总量最大值出现时间（6月）早于肖塘和哈德（7月）,最小值均在12月;塔中月总量最大值比肖塘和哈德分别高99.4 MJ·m^-2和81.9 MJ·m^-2。平均日变化表现为早晚小、正午12：00最大。沙尘暴天气下总辐射被明显削弱,日变化波动大。肖塘、哈德和塔中沙尘暴日的峰值分别减少40.3%、56.2%和53.0%;日总量分别减少41.6%、57.8%和61.2%。沙尘暴日的后续天气仍受到沙尘的明显影响,只有当整个沙尘天气过程结束其日变化曲线才恢复。沙尘天气日,小时平均值>500 W·m^-2的总辐射明显被削弱,主要向低值区集中,分布在高值区的概率减少。总辐射与太阳高度角的变化一致,相同太阳高度角下晴天总辐射高于沙尘天。     

新疆巴州北部冬半年降水相态气象因子特征和判识指标分析

利用1961—2018年10月至次年4月新疆巴音郭楞蒙古自治州（巴州）北部6个国家观测站的天气现象资料,统计分析近58 a降雨、降雪、雨夹雪、雨转雪4种降水相态的气候特征,得出巴州北部10月和4月以降雨为主,12月和1月以降雪为主,雨夹雪和雨转雪主要在11月和3月。利用2003—2018年10月至次年4月库尔勒站探空资料,得到与降水相态转换关系密切的10种物理量,量化了降水相态判识特征及指标。结果表明：（1）地面最低温度、近地层温度、850 hPa温度、500～850 h Pa之间的位势厚度、700～850 hPa之间的位势厚度、0℃层高度可将4种降水相态完全判别,500～850 hPa之间的温差、700～850 hPa之间的温差能有效判别降雨、降雪、雨夹雪。（2）构建了降水相态预报评分办法,库尉轮平原和焉耆盆地的综合指标准确率达92.06%和94.36%,综合判定后预报评分达93.58%。（3）特性层温度及温差对降雨和降雪的预报效果好于雨夹雪;位势高度及厚度对降雪的预报效果好于降雨和雨夹雪;位势厚度对雨转雪的预报效果要好于特性层温度。研究降水相态综合判据对巴州北部降水相态的判别有很好...     

新疆1961—2000年高空温度变化的若干事实及突变分析

采用1961—2000年新疆12个探空站逐日观测资料,利用经过5点平滑处理的曲线趋势对比和线性相关的研究方法,分析了40 a来12个探空站边界层、对流层、对流层顶和平流层从2 m和850 hPa至10 hPa的探空标准层各层的温度变化趋势;对流层和平流层各典型层间的相关关系;年际温度距平的垂直分布;并用Mann-Kendall方法进行了突变检验。研究表明：新疆平流层以20世纪80年代初为界,之前温度升高,之后温度降低,曲线呈“∧”型;对流层温度经历先降后升变化,曲线呈“V”型,两层温度表现为反位相变化趋势。其中30 hPa和300 hPa温度、50 hPa和400 hPa温度均达到0.05的显著水平负相关。对流层顶的200 hPa、250 hPa两个层次温度变化平稳。新疆年代际垂直方向温度分布特征70年代整层均为负距平,80年代对流层为负距平而平流层为正距平,曲线呈现镜像“S”型;60年代和90年代对流层为正距平,平流层为负距平,曲线呈现一个上下一致的“S”型。30 hPa、50 hPa和70 hPa温度在80年代初发生由升转降的突变;250 hPa温度在80年代初,500 hPa和700 hPa在1987年,2 m在1973年均发生由降转升的显著突变,显著水平达到0.01。     

Validation of AIRS-Retrieved atmospheric temperature data over the Taklimakan Desert

The Taklimakan Desert, the world's second largest desert, plays an important role in regional climate change. Previous studies on its spatial temperature features suffered from sparse conventional detection data, but the Atmospheric Infrared Sounder(AIRS) provides excellent temperature retrievals with high spatiotemporal resolution. Validation of AIRS temperature retrievals over desert regions with high land-surface emissivity, the key contributor to inversion error, is essential before using these data in regional weather/climate modeling. This paper examines the correlation coefficients, root mean square error(RMSE) and mean BIAS between AIRS-retrieved atmospheric temperature data and radiosonde observations(RAOBs) in the Taklimakan Desert hinterland and oases in the morning and at dusk. Firstly, the AIRS retrievals are consistent with RAOBs and are more consistent in the morning than at dusk. The consistency is better over a small-scale desert oasis than over a large-scale oasis in the morning and exhibits the opposite trend at dusk. The correlation coefficient over the hinterland is high in the morning but negative at dusk due to high desert-surface emissivity. Second, the RMSEs, which are all smaller than 3 K, are generally higher over desert sites than over oasis sites and slightly lower over a small-scale oasis than over a large-scale oasis in the morning. At dusk, the RMSEs are higher over desert sites than over oases and slightly higher over a small-scale oasis than over a large-scale oasis. Furthermore, the RMSEs are generally higher in the morning than at dusk over a large-scale oasis and lower in the morning than at dusk over a small-scale oasis. Third, the absolute mean BIAS values are mostly lower than 1 K. In the morning, relative to RAOB temperatures, the retrieval temperatures are higher over desert sites but lower over oasis sites. At dusk, the retrieval temperatures are lower than RAOB temperatures over both desert and oasis sites. The retrieval temperatures are higher than RAOB temperatures over desert sites in the morning but slightly lower at dusk. Most absolute mean BIAS values are higher in the morning than at dusk over both oasis and desert sites. Finally, the consistency between the AIRS and RAOB temperature data is high from 700 hPa to 100 hPa in the morning and from 700 hPa to 300 hPa at dusk. The difference between the AIRS and RAOB temperature data is generally higher in the morning than that at dusk. The RMSE differences between the AIRS and RAOB data are slightly lower in the morning than at dusk and are lower in the middle layers between 700 hPa and 150 hPa than in the layers above 150 hPa during both the morning and night. The BIAS is lower in the morning than at dusk below 300 hPa but higher in the upper layers. Moreover, the BIAS value is positive in the middle layers between 500 hPa and 150 hPa and negative at other levels at both times. Generally, the AIRS retrieval temperatures are reliable and can be used in further studies in the Taklimakan Desert.     

塔克拉玛干沙漠腹地起伏地形近地层微气象特征

利用2018年10月8日至2019年1月31日塔克拉玛干沙漠腹地起伏地形上高大沙垄高点和低点的温度、相对湿度、风速和大气压同步观测资料,对比分析沙漠起伏地形上秋冬季的微气象特征。结果表明:塔克拉玛干沙漠腹地高大沙垄造成的地形起伏,使得沙垄高点和沙垄低点气温、比湿和风速日变化差异明显。沙垄高点和沙垄低点气温差异主要体现在夜间,与沙漠腹地夜间存在逆温现象有关,表现出沙垄高点气温明显高于沙垄低点,观测期气温差异平均值为6.6 ℃。沙垄低点气温日较差高于沙垄高点。2018年10、11、12月,气温随高度变化出现逆温现象与沙垄高点气温高于沙垄低点气温在时间上相互对应。两个站点比湿较小,平均比湿分别为0.68 g·kg^-1和0.99 g·kg^-1。比湿日变化趋势随季节发生显著变化,主要与大气稳定度增加、冬季水汽增多及夜间逆湿现象逐渐显著相关。地形位置较高的沙垄高点风速比沙垄低点大,风速差异主要体现在夜间。2018年11月2、14、15、20日和2019年1月30日,沙垄高点风速维持在1.9~4.6 m·s^-1,平均3.2 m·s^-1,沙垄低点风速维持在0.8~4\^5 m·s^-1,平均2.5 m·s^-1。     

沙漠腹地人工绿地地表能量交换特征

运用涡度相关法开路系统对塔克拉玛干沙漠腹地人工灌溉绿地生长季地表能量交换特征以及与环境因子的关系进行测定分析。结果表明：在典型晴天条件下,无论是沙漠区还是沙漠腹地灌溉绿地,白天感热通量在净辐射通量的分配中所占的份额最大,潜热交换仅占很小的比例,人工绿地感热通量和潜热通量的峰值为230.54 W/m²和88.5 W/m²,沙漠区为220 W/m²和17.55 W/m²,沙漠腹地人工灌溉造林后潜热交换明显增加。沙漠腹地造林后,绿地波文比日变幅和日均波文比均减小,绿地日均波文比为沙漠区的15%,人工绿地的营建促使了局地气候的改变。绿地地表能量交换受气象因子和下垫面条件的影响和制约,按相关系数的高低,环境因子对感热、潜热通量的影响依次为：Rn>△Ta>△TS>v>TS,沙漠区人工造林后地表能量交换与多个环境因子有着密切的关系。这些研究结果将加深我们对沙漠地区人工灌溉造林地近地层能量交换的认识。     

绿洲和沙漠下垫面状态对大气边界层特征影响的数值模拟

采用两维高分辩率边界层数值模式,并与一个包括植被和土壤层的生物一大气能量传输模式(BATS)耦合,模拟研究绿洲和沙漠下垫面状态对大气边界层特征的影响。结果表明,沙漠中的绿洲对大气产生"冷湿效应",使之上空形成冷湿气柱;绿洲之间的沙漠对大气呈"暖干效应",使上空形成热干气柱。在水平平流的作用下,在绿洲下游的沙漠边缘形成降水峰值,有利于降水,但沙漠区下游的绿洲则相对于整个绿洲区降水偏少,不利于形成降水。     

利用ASTER资料估算黑河中游沙漠和绿洲地区夏季地表温度

利用美国宇航局地球观测系统EOS-Terra卫星所搭载高级空基热发射反射辐射计(ASTER)5个热红外通道遥感资料,并结合三种地表温度反演算法和可见近红外信息,估算2003年夏季黑河中游地区沙漠和绿洲景观下地表温度空间分布。分析发现三种方法估算的地表温度比较接近,且反演值与地面观测值较为一致,能够作为陆面过程研究输入数据。其中,估算的水体温度主要介于19.0~21.0℃,绿洲内农田温度分布于27.0~29.0℃,荒漠戈壁地表温度分布于40.0~60.0℃;在绿洲内,由植被覆盖度参数化比辐射率方法（Pv方法）所估算地表温度值最低,Alpha导出比辐射率方法(ADE方法)估算值最高,由温度比辐射率分离方法(TES方法)估算值介于二者之间;荒漠戈壁区域Pv方法地表温度估算值最高,ADE方法估算值最低,TES方法估算值仍然介于前两者之间;绿洲和荒漠戈壁均具有较大地表温度空间变率。利用有关比辐射率光谱库地物观测数据拟合出一个经验公式以获取地物宽通道比辐射率。分析计算表明,地物目标在较大地表环境温度变化范围内,利用地物宽通道比辐射率计算地表长波辐射最大绝对误差不超过8.0 W·m-2。     

沙漠-绿洲过渡带风沙活动特征——以敦煌黑山嘴地区为例

统计2013-2014年度敦煌黑山嘴地区沙漠-绿洲过渡带气象资料,对区域风沙活动特征进行系统研究。结果表明：区域内合成起沙风以偏南风为主,即由沙漠指向绿洲。从沙漠腹地到绿洲内部,由于植被和房屋增多,起沙风频次和合成输沙势减小,风沙活动减弱,且春季风沙活动最强烈。夏秋季节植被可有效降低风速,减少起沙风频次,改善局地气候。平均气温与平均空气湿度负相关。月平均气温与月平均风速呈现同步性,越靠近沙漠腹地,两者同步性越强;日间气温与风速变化存在同步性,但夜间沙漠与绿洲气温差对风速存在影响,温差越大,风速波幅越大。     

沙漠腹地春夏季近地层大气湍流特征观测分析

利用塔克拉玛干沙漠腹地近地层10 m高度处快速响应探测系统的湍流资料,分析了摩擦速度和特征温度的变化,并且对不同稳定层结条件下无因次速度分量方差和无因次温度方差的普适函数进行详细拟合。研究表明,摩擦速度和特征温度有明显的日变化特征,且摩擦速度的最大值出现在z/L=-0.2处;无因次速度方差在不稳定和稳定层结条件下均符合相似理论的次幂律,但如果考虑到相关性,最佳幂指数可有不同;近中性时则接近常数,并给出了具体数值。无因次温度方差则在夏季不稳定层结条件时符合-1/3次幂律。     

塔里木沙漠油田南部区域地表水与地下水资源分布特征

沙漠油田位于塔克拉玛干沙漠腹地,沙漠腹地无地表河流分布,沙漠层面以下,广泛分布有浅层地下水,但地下水储存量大,动态补给量小;沙漠中地下水的分布与其南部区域的地表径流的形成及转化,有密切的水文循环关系,论文主要分析了沙漠油田南部区域地表水与地下水分布状况、水文循环特征、水量平衡计算。弄清了沙漠油田南部区域地表水与地下水资源分布状况,为地方和油田水资源合理开发利用,提供了准确资料和理论依据。     

塔克拉玛干沙漠腹地近地层湍流能谱特征分析

利用塔克拉玛干沙漠腹地近地层湍流观测资料,计算并分析了不同稳定层结条件的湍流速度谱、温度谱及局地各向同性特征。结果表明,湍流速度谱和温度谱在惯性副区均满足Kolmogorov的-2/3指数规律,且稳定条件的相关系数更高;速度谱满足湍流各向同性的低频限制理论。近中性条件的温度谱和弱不稳定条件的速度谱在高频段有尾部上翘现象;稳定情况下的v谱和近中性条件的u谱、T谱在低频处也有上翘现象。沙漠腹地水平湍流尺度范围介于森林和草地之间,不稳定层结比稳定层结的谱峰更偏向低频端,且峰值尺度更大。