塔克拉玛干沙漠腹地塔中地区风沙流输沙特征研究

利用多种积沙仪,通过野外实时输沙观测,对塔克拉玛干沙漠腹地塔中的地表风沙流特征进行了分析,结论如下:(1)100 cm高度范围内,总输沙量的63.1%分布在20 cm高度内,72.4%分布在30 cm高度内,随高度的增加,输沙量呈负指数函数下降;由此可见,该地区的风沙活动主要集中在近地面20～30 cm高度范围内;(2...     

塔克拉玛干沙漠腹地沙尘气溶胶质量浓度垂直分布特征

 利用Grimm 1.108、Thermo RP 1 400 a以及TSP等仪器于2009年1月至2010年2月对塔克拉玛干沙漠腹地塔中不同高度沙尘气溶胶质量浓度进行连续观测,结合天气资料进行分析。结果表明:①80 m高度PM10质量浓度最高,80 m高度PM2.5和PM1.0质量浓度明显低于4 m高度PM10,80 m高度PM1.0质量浓度最低。频繁的沙尘天气是影响不同粒径的沙尘气溶胶浓度含量的主要因素。②夜间至日出,PM质量浓度逐渐降低,最低基本上出现在08:00,随后质量浓度逐渐增大,18:00前后浓度达到最高值,然后又逐步降低。其规律与风速的昼夜变化完全一致。③TSP月平均质量浓度高值主要集中在3—9月,其中4月和5月浓度最高,随后逐渐减低。3—9月也是PM月平均质量浓度的高值区域,4 m高度PM10月平均质量浓度最高发生在5月,其浓度为846.0 μg·m-3。80 m高度PM10浓度远高于PM2.5和PM1.0浓度,PM2.5和PM1.0浓度相差较小。风沙天气对大气中的不同粒径粒子的浓度含量影响较大,风沙天气越多,粗颗粒含量越高,反之则细颗粒越多。④沙尘天气过程中不同粒径沙尘气溶胶质量浓度变化具有晴天<浮尘天气<扬沙天气<沙尘暴天气的规律。各种沙尘天气中,PM10/TSP表现为晴好天气高于浮尘天气,浮尘天气远高于扬沙和沙尘暴天气。⑤沙尘天气过程中,沙尘气溶胶浓度随着粒径的减小,浓度逐渐降低。不同高度、不同粒径的沙尘气溶胶质量浓度每隔3~4 d形成一个峰值区,与每隔3~4 d出现沙尘天气强度增强过程直接相关。     

塔克拉玛干沙漠腹地的气候表现

通过塔克拉玛干沙漠腹地满参、肖塘两地气候观测数据和北缘山前绿洲轮台的气象站资料进行对比分析，结果表明：从沙漠外缘至腹地温度呈升高超势，气温日较差和年较差最大值在位于外缘和腹地之间的肖塘；降水表现为外缘多于内部，某一时期内部降水又明显多于外缘，并且年降水量决定于某一次降水过程；愈深入沙漠内部，湿度越低、蒸发越大。     

塔克拉玛干沙漠腹地散射辐射特征

本文利用塔克拉玛干沙漠大气环境观测试验站2010年总辐射、散射辐射、直接辐射观测资料分析了塔克拉玛干沙漠腹地的散射辐射变化特征和散射辐射与晴空指数、大气质量的关系。结果表明:散射辐射年曝辐量为3 628.5 MJ·m-2,占年总辐射曝辐量的59.5%,高于全国平均值;散射辐射夏季大（468.3 MJ·m-2）、冬季小（120 MJ·m-2）,日最高值基本出现在正午,夏季最高辐照度达719.2 W·m-2。与晴空指数大于0.7时相比,晴空指数小于0.7时,秋、冬季散射辐射增加。晴空指数>0.3时,散射辐射与总辐射的比值随晴空指数的增加而呈线性递减;晴空指数<0.3时,散射辐射与天文辐射的比值随晴空指数的增加基本呈直线增加。散射辐射随太阳高度角的增大呈指数递增。散射辐射的变化主要集中在大气质量小于5的范围内且随大气质量的增加而迅速降低。     

塔克拉玛干沙漠腹地天然植被调查研究

调查研究表明:塔克拉玛干沙漠腹地非河流影响区域,天然植物隶属于9科、12属、12种。生长型以多年生草本为主,占50%。建群种植物区系以塔里木特有种为主。绝大多数植物为风媒植物,根蘖能力很强。植物群落分为4个群系、9个群丛。多年生草本群落常由纯种群构成单优群落,灌木群落结构松散。随着沙丘的移动与掩埋,植物群落周而复始的生存于丘间地。     

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。     

塔克拉玛干沙漠输沙势时空分布特征

利用塔克拉玛干沙漠22个气象站(周边21个站和沙漠腹地1个塔中站)2005—2007年的逐时风记录数据,首先基于输沙势定义计算了2007年各测站的16个方位的输沙势;其次以内积相似度指数聚类分析为基础,再结合其空间分布特点,把该沙漠的动力输沙环境划分为5种类型:沙漠东部库尔勒型(西西南型)、北部新和型(偏南型)、西部策勒型(偏东型)、南部民丰型(东东北型)和一种特殊类型;其中策勒型输沙势最大、新和型最小;民丰型输沙势方向稳定性最好、库尔勒型最差;此外,输沙势的季节差异上(2007年为例),各测站春夏季(3～8月)的输沙势都很强,占年均输沙势的81.29%～98.79%,尤其是5月份占年输沙势的22.7%～56.8%,冬季(11月～次年2月)几乎无起沙风;沙漠合成输沙势年际变化表现为:输沙势变幅为±33%,输沙方向变幅为±9.6°,其中输沙势值变幅最大是阿拉尔站(±80%),方向变幅最大的是库车站(±24.4°)。     

塔克拉玛干沙漠高大复合纵向沙垄区路面沙害情势的变化特征

为了探讨机械防护体系人工防护工作停止后,公路路面沙害的形成和发育过程,分别于2003年和2007年对塔中地区一段井场路的路面沙害进行了实地测量和卫片室内量测,研究发现在塔克拉玛干沙漠公路复合型纵向沙垄区段,公路芦苇机械防沙体系极度衰竭后,路面沙害情势变化呈现一定的规律性:(1)2003年-2007年四年间公路沙害发展迅速,路面沙害程度进一步加重.路面沙害路段长度以年均2%的比例增加,沙害路段数也快速增加;路面沙害面积以每年平均10%的面积比例快速发展;沙丘前移压埋类型发展速度明显高于积沙类型.(2)沙垄区路面沙害发生频率和路面沙害程度的发展速率要远高于垄间区,在沙垄区次级地貌单元中,垄顶>背风坡>迎风坡;各地貌部位的沙丘前移压埋类型发展速率高于积沙类型.(3)路风夹角在83°～89°之间的路段沙害演化速率最大,其他小夹角沙害演化规律不明显;路面沙害强度的发展速率与路风夹角的关系不明显.     

塔克拉玛干沙漠腹地地表辐射收支特征研究

利用塔克拉玛干沙漠大气环境观测试验站探测的辐射数据,分析了流动沙漠区近地层辐射收支特征以及云和沙尘对其的影响。总辐射在夏季某些特定的天气条件下接近太阳常数。不同天气条件下,辐射收支特征存在较大差异;总辐射受云和沙尘的影响最明显,变幅最大,夏季沙尘暴天气时比晴天减少了80%以上;反射辐射的日变化趋势在各个季节内、各种天气条件下与总辐射非常一致;大气长波辐射所受影响较小,且云和沙尘会使其略微增加;地面长波辐射的变化幅度最小,均在10%以下;净辐射在阴天时略微降低,沙尘天气时明显降低,为负值。观测期间的平均辐射特征与晴天比较接近,平均的总辐射、净辐射与晴天的比值白天基本在0.7左右,说明云和沙尘对塔中的辐射能量有较大的强迫作用。     

塔克拉玛干沙漠腹地沙丘表面温度特征初探

塔克拉玛干沙漠腹地沙丘表面温度因不同部位、不同时段差异很大。作者通过冬、夏典型时段的观测数据,对沙丘各个部位表层的温度分布特征做了初步的探讨和分析,主要结论有:①沙丘表面的日最高温度出现在落沙坡,落沙坡与沙丘其他部位的温度差以冬季沙丘右翼为最大。②沙丘表面日较差最大的部位是落沙坡,夏季大于冬季;日较差最小的部位冬季发生在右翼,而夏季则发生在顶部。③沙丘各部位浅层地温,也以落沙坡为最高。④沙丘不同部位表层导温率也有很大的差别。     

塔克拉玛干沙漠腹地冬季地面反射光谱特征初探

利用塔克拉玛干沙漠腹地塔中地区冬季453个光谱观测数据,进行了初步的分析探讨,得到了一些新认识,主要有:①碧空条件下,塔中地区沙漠的地面可见光通道反射率约为25.8%,近红外通道反射率约为28.6%;②碧空条件下,沙丘可见光及近红外通道的反射率具有在沙丘各部位,近红外通道的反射率大于可见光通道的反射率,而在沙丘的不同部位间,可见光通道的反射率变化较小,沙丘朝阳坡的可见光及近红外通道的反射率略大于背阴坡;③碧空、昙天、阴天中,可见光与近红外通道的反射率,均是以阴天为最大;④在较晴朗的天气条件下,沙丘的可见光及近红外通道的反射率均随着太阳高度角的增大而减小;⑤霜对沙面可见光及近红外通道的反射率起增加的作用,与无霜时比,可见光通道反射率增大约2.6%,近红外通道的反射率增大约3.5%。     

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。     

塔克拉玛干沙漠腹地总辐射变化特征及影响因子分析

利用塔克拉玛干沙漠大气环境观测站(塔中站)直接探测的总辐射资料,对流动沙漠区近地层总辐射的变化特征及影响因子进行了分析。结果表明:总辐射的连续日变化对天气现象有不同程度的反映,天气现象较少的1月逐日总辐射上下变动的离散度较小,4月最大;1月、4月、8月、10月总辐射的平均日变化曲线皆呈正态分布,与同纬度地区比较,其年变幅较小;总辐射瞬时最大值为1 182.6 W·m-2,未超过太阳常数。总辐射随总云量增多而降低,且其在碧空最大,高、中、低云时逐渐降低,阴天Ci、Ac、Sc和Cb的平均总辐射约比晴天时分别减少5%、27%、51%和59%;沙尘使总辐射降低较为显著,风沙季节总辐射日变化与地面风速日变化对应,且主要受控于湍流作用,最大值出现与热力湍流和地面风力有关。     

塔克拉玛干沙漠风况特征研究

通过17个站1996-2000年风资料的统计和计算,对塔克拉玛干沙漠风况特征进行研究,结果发现：(1)塔克拉玛干沙漠作用风系以东北风和西北风为主,在纵向和横向上主风向都呈现出明显变化规律;(2)输沙势计算结果表明,除若羌地区外整个塔克拉玛干沙漠处于低风能环境;(3)大多数区域RDP／DP值都大于0．5,呈现单峰或锐双峰特征。     

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。     

风沙流输沙通量垂向分布研究 ——以塔克拉玛干沙漠南缘流沙地表风沙流观测为例

 于2010年4—6月在塔克拉玛干沙漠南缘策勒绿洲外缘流沙地进行风速、风向和输沙量同步观测,利用观测到的28组数据对输沙通量的垂向分布进行研究。结果表明,在4.5～8 m·s-1的风速区间内,总输沙率随风速增长速率较慢,大于8  m·s-1时增长迅速。在较小风速时,4个高度层(1 cm、3 cm、9 cm和19 cm)的输沙比率变化不明显,当风速大于6.6 m·s-1时,1 cm和19 cm高度输沙比率的调整较为明显,前者减小而后者增加,中间两层(3 cm、9 cm)则维持一定波动。不同的蚀积条件对于输沙通量的垂向分布具有一定的影响,平均跃移高度则在一定程度上反映了地表沙粒的吹蚀和堆积过程。在4种常见的描述输沙通量垂向分布的模型中,Zingg的修正幂函数具有最好的拟合程度,但反映的风沙流信息最少,简单幂函数的参数包涵了最为丰富的风沙流信息但拟合程度最差,指数函数同时具有较好的拟合程度和参数意义,Fryrear的幂函数则与指数函数恰恰相反。在沙物质以极细沙为主的塔克拉玛干沙漠南缘,指数函数较之简单幂函数能更好地描述该区域输沙通量的垂向分布,验证并补充了风洞实验的结果。综合比较认为,指数函数能更好地描述塔克拉玛干沙漠南缘输沙通量的垂向分布。