孤立冰块流拖曳系数的优化辨识

流拖曳系数是海冰动力学模型中的重要参数,实际海冰运动时受到水流的底面剪切作用和侧面正压力作用,相应的拖曳系数分别为摩拖曳系数和形拖曳系数。利用实验室波流水槽设备,对长方平底、长方粗糙底和圆饼型淡水冰试样进行拖曳运动试验,获得26组冰样运动数据。根据这些试验数据,利用动量法原理和数学优化方法构造了摩拖曳系数和形拖曳系数的辨识模型,将摩拖曳系数和形拖曳系数两项分开。在此基础上,分析了冰样粗糙度指标(支承长度率和冰厚均方根偏差)对这两个系数的影响；发现了摩拖曳系数同冰样水平尺寸和垂直尺寸之比的关系,该关系能将冰山和浮冰的摩拖曳系数归结到同一条曲线上。     

中国北方沙尘天气的气候条件

利用1954～2000年全国700多个测站的气象资料分析了近50年来我国沙尘暴和扬沙天气的季节变化和年际变化特征,特别着重分析了大风、降水等气象要素对沙尘天气形成的影响.结果表明:我国的沙尘天气受到多种气候要素的综合影响,西北地区和内蒙古西部沙尘多发区的沙尘天气频数受气象条件影响最为显著;风速、湿度在沙尘天气的季节变化中影响最大,降水在沙尘天气的年际变化中影响最大.上一年夏季的降水对春季的沙尘天气具有一定的预报意义.     

福州、建瓯和武夷山大气氮/硫湿沉降特征分析

于2013年对福州、建瓯和武夷山三地的雨水进行连续收集,测定其p H值及NH+4-N、NO-3-N、TN、SO2-4-S质量浓度,计算三地大气氮、硫湿沉降通量并揭示其时空动态变化特征。三地总降雨量分别为1 188.0 mm、1 451.1 mm、2 423.4 mm,平均降水量为1 687.5mm。三地的中性的降水(5.6p H7.0)分别占65.5%、15.5%、14.4%,弱酸性降雨(4.5p H5.6),分别占全年降雨的34.5%、84.5%、85.6%。因此福州以中性降雨为主、建瓯和武夷山以弱酸性降雨为主。三地雨水中TN浓度为1.17、1.02、0.74 mg·L-1,平均0.98 mg·L-1,SO2-4-S浓度为3.78、3.83、3.93 mg·L-1,平均3.85 mg·L-1。三地年氮湿沉降总量(FN)为15.20、14.79、17.88 kg·hm-2·a-1,平均15.96 kg·hm-2·a-1,武夷山福州建瓯。三地氮湿沉降以无机氮沉降为主,且NH+4-N较多。硫沉降总量占氮、硫沉降总量的百分比分别为63.67%,69.31%,75.77%,表明大气湿沉降是以SO2-4-S为主。三地大气湿沉降NH+4-N、NO-3-N、TN沉降通量的月变化趋势基本相似,均在3、4月份出现峰值,三地大气SO2-4-S沉降通量月变化差异较大,峰值分别出现在6月、4月、5月,可能与降雨强度和频次对氮、硫沉降浓度的影响有关。     

乌鲁木齐地区雪和雨对气溶胶湿清除能力的比较研究

根据2002年乌鲁木齐地区逐日逐时SO₂、NO₂和PM₁₀粒子浓度监测资料,针对冬季固态降水、夏季液态降水对三种气溶胶颗粒物的湿清除能力进行了统计分析。粗略得出乌鲁木齐地区冬季微量降水日,气溶胶颗粒物浓度呈现增加趋势;而夏季微量降雨能够减小气溶胶颗粒物浓度。超过微量降水量的日子里,在冬季三种颗粒物的浓度明显高于夏季的情形下,每1 mm降雪量对气溶胶的清除率大于夏季每1 mm雨的清除能力。同时拟合结果表明降水日气溶胶浓度的改变量与其前一日气溶胶浓度值存在较好的相关特性。     

新疆和田绿洲大气降尘和PM_(10)浓度变化特征分析

通过分析2000-2012年新疆和田绿洲环境监测记录和气象观测数据,研究该地区大气降尘强度和可吸入颗粒物浓度的变化特点,阐明其主要影响因素。结果显示:2000年以来大气降尘强度在1 300~1 500 t·km-2·a-1水平上下波动变化,春、夏两季受沙尘天气影响导致高降尘量,月平均强度均150 t·km-2;环境PM10年平均浓度在0.2~0.25 mg·mg-3之间变化,有逐渐上升的趋势,沙尘暴期间颗粒物浓度快速上升,PM10浓度极值可达到2.52 mg·m-3;超过91%的空气污染日数是由大气颗粒物造成的。因此,颗粒物是和田绿洲区的首要空气污染物。降水量波动变化剧烈,年平均值50 mm·a-1,尽管和田绿洲春、夏两季降水量增加,但降水对抑制大气颗粒物污染的湿清除作用极为有限。春、夏两季大风日数占全年大风天气总日数的84.7%以上,风蚀沙土在西北风作用下传输到绿洲区,来自塔克拉玛干沙漠的风蚀沙尘颗粒物是和田地区大气降尘和颗粒污染物的主要来源。     

风沙流中沙粒拖曳力系数研究

 拖曳力系数是计算风沙流中沙粒受空气阻力的重要参数。考虑实际风沙流中沙粒浓度及沙粒形状,利用FLUENT软件首先计算了不同风速下距地表不同高度处两沙粒的拖曳力系数,给出了影响沙粒拖曳力系数的间距范围,然后计算了真实风沙流中不同高度沙粒拖曳力系数。结果表明,给定风速下拖曳力系数随距地面高度的增加先减小后增加,并将沙粒拖曳力系数拟合成距床面高度的函数,该函数与风速有关。     

腾格里沙漠人工固沙植被区浅层土壤水分对降水和生物结皮的响应

选择腾格里沙漠东南缘人工植被区3种典型的地表覆被类型（藓类结皮、藻类结皮和流沙）土壤为对象,选取发生在7月和9月的两次降水事件,研究浅层土壤（3、5、10 cm）水分入渗与再分布过程。结果表明：浅表层3 cm深度土壤水分在降雨初期均表现为跳跃式增加,而在降雨中后期由于土壤剖面不同深度水势梯度减小,降水入渗速率降低,土壤水分仅呈现小幅波动。在两次降水事件中,藓类结皮和藻类结皮对降水入渗的阻碍作用比较显著,入渗速率表现为沙土 > 藻类结皮 > 藓类结皮;从水分再分布看,生物土壤结皮的存在致使水分再分配过程表现出明显的浅层化;降水过程结束后,结皮促进水分的蒸发损失,从而减少植被可利用水分含量。人工固沙植被区广泛发育的生物土壤结皮对降水入渗与再分布过程以及土壤水量平衡具有重要影响。     

民勤大气边界层特征与沙尘天气的气候学关系研究

 为了更好地理解西北干旱区大气混合层(ML)厚度的变化特征及其对当地沙尘气候形成的影响, 利用民勤2006—2008年3—6月逐日08时和20时探空资料、降水和日最高气温,计算和分析了最大混合层厚度、逆温层特征和垂直风场及其对沙尘气候形成的影响。结果表明,民勤沙尘天气的大气边界层有显著的昼夜变化,白天厚、逆温强而多;沙尘天气的最大混合层厚度在2 600 m左右,介于无降水与有降水天气之间;扬沙主要由锋面中的冷空气引起,而沙尘暴主要由低层风场的剧烈扰动和500 m以上高层冷锋入侵引起。沙尘暴发生前近地面风场有明显的扰动,沙尘暴发生时在500 hPa以下有显著的冷空气活动,白天较强。能见度小于100 m的强沙尘暴夜间风速大,冷空气较强。     

沙尘天气影响因子的对比分析

对比分析了2002年和2003年春季沙尘天气发生的大气环流及地表条件特征, 并利用具有风沙物理过程的沙尘数值模拟结果和动力诊断技术, 探讨了2002年和2003年典型沙尘天气过程和冷空气过程中大气动力条件的作用。结果表明, 沙尘天气的强度、发生范围主要是由大气的动力条件所决定的, 而沙源区地表特征的变化对沙尘天气的发生起着重要的作用, 沙尘天气的强度和影响范围主要决定于沙尘的垂直输送过程。此外, 还总结出了沙尘天气中垂直输送-水平传输-沉降过程的概念模型。     

长江口放射性核素Pu的大气湿沉降初步研究

利用东京^239,240Pu的年沉降和年降水数据,对长江口地区1957~2005年^239,240Pu 的年大气湿沉降通量进行研究。结果表明：长江口地区1957~2005年间^239,240Pu的大气湿沉降量在0.001 2~5.531 Bq/m²之间,累计湿沉降通量为34.556 Bq/m²;该地区Pu的大气湿沉降主要集中在1960 s;1960 s初频繁的大气核试验是造成^239,240Pu在1960 s沉降量较大的主要原因。长江口地区与东京地区^239,240Pu大气沉降变化基本一致,两地的大气湿沉降均在1963 年出现明显峰值。     

沙坡头地区沙尘气溶胶质量浓度的试验观测研究

中国北方沙尘气溶胶的理化特征及其气候效应受到了广泛关注,但现有的研究大都是基于较短时段和典型事件的试验观测。本项研究利用大流量采样器和安德森采样器,对沙坡头地区沙尘气溶胶的质量浓度特征进行了长达3a的监测,获得了该地区沙尘气溶胶的年变化特征,并与背景气象资料和降尘观测结果进行了对比分析;针对典型天气过程的观测结果表明,不同天气条件(背景大气、浮尘、扬沙和沙尘暴)下TSP浓度存在倍数关系和量级的差异,其质量浓度随粒径分布特征也明显不同;两种采样器观测结果的对比分析也表明,局地沙尘释放是沙坡头地区大气气溶胶的主要来源,但在沙尘暴过程中,远源沙尘输送的贡献也不容忽略。     

青海苏干湖表层沉积物粒度分布模式 与大气粉尘记录

位于干旱区柴达木盆地具有年纹层的苏干湖是以地下水补给为主的内陆封闭湖泊, 其表层沉积物粒度具有多组分峰态分布特征, Weibull 函数的拟合结果发现, 其粒度分布全部具 有4 个基本组分: 超细粒组分, 众数粒径在1 μm 上下; 细粒组分, 众数粒径在5~10 μm; 粗粒组分, 众数粒径在50~100 μm; 砂组分, 众数粒径在500 $m 左右。粒度主峰出现在细 粒组分或者粗粒组分。直接来自大气粉尘的冬季湖泊冰面样品及当地尘暴样品的Weibull 函数粒度拟合也显现出了相似的分布模式, 冰面样品的粒度主峰位于众数粒径在15~20 μmm 的 细粒组分, 砂组分(众数粒径452.9μm) 的出现指示出砂粒在冬半年沿冰面而进入湖泊中心。 尘暴降尘样品在尘暴季节(5 月份) 和非尘暴季节(11 月份) 的粒度分布普遍具有3 个组分, 缺少砂组分, 强沙尘暴事件样品则由4 个组分组成, 粒度主峰均位于众数粒径在100~200 μm 的粗粒组分。结果显示, 苏干湖湖泊沉积能够较好记录当地大气粉尘, 砂组分与湖泊周边干旱地表经历的近地面强沙尘活动有关, 粗粒组分记录了区域性的尘暴事件, 细粒组分主要反映 流域径流状况, 超细粒组分代表干旱区的大气背景粉尘和气溶胶。研究表明, 苏干湖内陆湖 泊沉积客观记录了区域大气粉尘和尘暴事件, 具有重建干旱区大气粉尘变化历史的潜在优势。     

巴丹吉林沙漠高大沙山湿沙层水分特征

湿沙层水分及其运移过程是沙漠地区水循环的重要环节。巴丹吉林沙漠高大沙山湿沙层规模巨大,本文对巴丹吉林沙漠高大沙山湿沙层水分特征进行了初步分析。结果表明：湿沙层水分具有区域相似性特征,含水量多小于3%;吸附水和沙粒空隙间的水汽是湿沙层水分两种主要的类型,沙粒粒级级配影响吸附水水量变化,两种水分在沙山垂直剖面上的运移过程及相互转化可能维持了湿沙层水分的相对平衡状态;沙丘表层形成的“逆温层”以及由此引起的沿沙丘表层向沙丘内部的热量传递,形成与湿沙层水分蒸发相反的空气运动方向,使得湿沙层水分在夏季晴朗的白天受到保护;夏季受温度梯度影响,湿沙层中的水汽和膜状水向沙山底部缓慢运移;冬季受温度梯度和水势的双重影响,沙山底部潜水面附近的水汽和膜状水向上缓慢运移,补给湿沙层;湿沙层水分来源包括大气降水、大气水汽、凝结水及地下水等。     

Dust storms evolution in Taklimakan Desert and its correlation with climatic parameters

Based on the sand dust storms data and climatic data in 12 meteorological stations around sand dust storm originating areas of the Taklimakan Desert, we analyzed the trends of the number of dust storm days from 1960 to 2005 as well as their correlations with temperature, precipitation, wind speed and the number of days with mean wind speed ≥ 5 m/s. The results show that the frequency of dust storm events in the Taklimakan region decreased with the elapse of time. Except Ruoqiang and Minfeng, in the other 10 meteorological stations, the frequency of dust storm events reduces, and in 4 meteorological stations of Kuqa, Korla, Kalpin and Hotan, the frequency of dust storm events distinctly decreases. The temperature has an increasing trend, while the average wind speed and the number of days with mean wind speed ≥ 5 m/s have decreasing trends. The correlation analysis between the number of days of dust storms and climatic parameters demonstrates that wind speed and the number of days with mean wind speed ≥ 5 m/s have strong positive correlation with the number of days of dust storms, with the correlations coefficients being 0.743 and 0.720 (p<0.01), respectively, which indicates that strong wind is the direct factor resulting in sand dust storms. Whereas precipitation has significant negative correlation with the number of days of dust storms (p<0.01), and the prior annual precipitation has also negative correlation, which indicates that the prior precipitation restrains the occurrence of sand dust storms, but this restraining action is weaker than the same year’s precipitation. Temperature has negative correlation with the number of dust storm days, with a correlations coefficient of –0.433 (p<0.01), which means that temperature change also has impacts on the occurrence of dust storm events in the Taklimakan region.     

区域气候模式对中国沙尘天气气候特征的模拟研究

现有的沙尘天气数值预报模式多选用中尺度天气模式单向耦合起沙模式的方式,不适合用来模拟沙尘气溶胶的长距离输送过程,也无法研究沙尘气溶胶辐射效应对气象场的反馈及气候变化的影响。利用一个耦合沙尘模式的高分辨率区域气候模式,模拟了2001年中国北方沙尘天气爆发的时空分布特征。模拟结果与站点观测结果对比发现,模式能够较好地模拟出中国北方主要的沙尘源地分布及沙尘天气爆发的季节变率。分析不同粒径沙尘颗粒的垂直分布特征发现,沙源地表土壤粒子特征、地形对起沙颗粒的大小都有影响;直径超过5 μm的大粒子是北方沙尘天气的主要成分,而影响长江以南的沙尘天气主要以1 μm以下的小粒子为主。对沙尘传输路径的模拟结果和实况观测发现,来自于不同沙源的沙尘天气其影响的范围有显著差异,模式能够较好地模拟出中国主要沙尘传输路径。     

塔克拉玛干沙漠沙尘演变及气候因素分析

Based on the sand dust storms data and climatic data in 12 meteorological stations around sand dust storm originating areas of the Taklimakan Desert, we analyzed the trends of the number of dust storm days from 1960 to 2005 as well as their correlations with temperature, precipitation, wind speed and the number of days with mean wind speed 〉 5 m/s. The results show that the frequency of dust storm events in the Taklimakan region decreased with the elapse of time. Except Ruoqiang and Minfeng, in the other 10 meteorological stations, the frequency of dust storm events reduces, and in 4 meteorological stations of Kuqa, Korla, Kalpin and Hotan, the frequency of dust storm events distinctly decreases. The temperature has an increasing trend, while the average wind speed and the number of days with mean wind speed ≥ 5 m/s have decreasing trends. The correlation analysis between the number of days of dust storms and climatic parameters demonstrates that wind speed and the number of days with mean wind speed 〉 5 m/s have strong positive correlation with the number of days of dust storms, with the correlations coefficients being 0.743 and 0.720 （p〈0.01）, respectively, which indicates that strong wind is the direct factor resulting in sand dust storms. Whereas precipitation has significant negative correlation with the number of days of dust storms （p〈0.01）, and the prior annual precipitation has also negative correlation, which indicates that the prior precipitation restrains the occurrence of sand dust storms, but this restraining action is weaker than the same year＇s precipitation. Temperature has negative correlation with the number of dust storm days, with a correlations coefficient of -0.433 （p〈0.01）, which means that temperature change also has impacts on the occurrence of dust storm events in the Taklimakan region.     

新疆沙尘天气的演化特征及影响因子

利用1961-2003年新疆90个气象站地面观测资料,分析了新疆沙尘天气的空间分布特征及演变规律,并构建多元线性回归沙尘因子模型,探讨了气温、气温日较差、气压、平均风速、降水量对沙尘天气的影响程度.新疆沙尘天气的高发区在塔克拉玛干沙漠及南缘,年沙尘日数南疆是北疆的7倍.沙尘天气的高发时段在3～9月,43年内呈明显递减趋势.北疆、南疆沙尘天气的历史演变有着较好的10～15年和8～10年的振荡周期.北疆沙尘天气的主要影响因子是平均风速和气温日较差、降水量,春季明显受气温和平均风速的影响,夏季主要受平均风速和气温日较差的影响.南疆平均风速和降水量的影响占主导地位,春季气温日较差的影响也比较显著.另外,南疆春季沙尘天气对日照时数有着显著的影响.     

沙尘天气、尘卷风对沙漠地区起沙量的贡献

降尘量能很好地反映整层沙尘气溶胶的信息。基于WRF/Chem沙尘暴模式及大气边界层的观测资料,获得了包括尘卷风起沙过程的日、月和年总起沙量,进而分析它们与自然降尘量之间的关系。结果表明:(1)半定量的沙尘天气日数与逐月降尘量呈极显著的正相关,但无法更精细地量化降尘量的来源;(2)模式量化计算的沙尘天气起沙量与降尘量的变化大体一致,它对总起沙量的平均贡献率为76%;(3)尘卷风对总起沙量的贡献达到了24%,在无沙尘天气的时段,降尘量100%来自尘卷风的起沙量;(4)沙尘天气和尘卷风构成的总起沙量和降尘量在月、年变化都有极其显著的正相关,均通过了0.001极显著检验。     

GRAPES-SDM沙尘模式预报与卫星遥感监测结果对比

GRAPES-SDM沙尘模式和卫星遥感监测是目前沙尘暴监测预报业务中重要的工具.本文使用天气学检验方法,对中国气象局兰州干旱气象研究所目前使用的GRAPES-SDM沙尘模式2012年春季沙尘天气预报情况以及FY-2D卫星遥感产品沙尘指数IDDI的监测效果进行检验评估.结果表明:沙尘模式在西北沙尘暴预报业务中具有很好的预报参考价值,卫星遥感沙尘指数也具有较好的监测效果,但两者均存在一定的问题.沙尘模式对大范围沙尘暴过程有较好的预报能力,但对沙尘强度预报偏强;卫星遥感沙尘指数虽然不能定性地表示沙尘强度,但是在一定程度上能够反映沙尘强度的变化,不过反映沙尘强度的数值及其分布区间还有待于进一步完善.卫星遥感在南疆盆地常会将大片深厚的沙尘气溶胶区域误判为云区,造成对沙尘天气特别是沙尘暴天气未能识别的现象,另外IDDI指数不能用于夜间沙尘监测.     

地气温差对沙尘源区不同下垫面沙尘输运结构的影响

 大量研究及统计数据表明,下垫面向大气输送的热量能够为沙尘暴天气的发生、发展提供能量并对其产生重要的影响。在对2006年1月至2007年5月间所发生的27次沙尘暴发生当日14:00地-气温差进行统计的基础上,对它们之间的联系及影响进行研究,分析了3种下垫面条件下沙尘暴的沙尘水平通量和沙尘质量体积浓度对地-气温差的响应,以期为预警预报和防治沙尘暴的提供科学依据。结果表明:①当地-气温差超过20 ℃时,绿洲内部的沙尘暴沙尘水平通量和沙尘质量体积浓度垂直变化规律将发生一定程度的改变,尤其是沙尘质量体积浓度,将随高度的增加降低。②绿洲内部沙尘暴沙尘质量体积浓度和沙尘水平通量的垂直变化规律较荒漠和荒漠-绿洲交错带对地-气温差敏感。