敦煌戈壁地表风蚀起沙量的计算

利用三种不同的计算方案,根据敦煌地区的观测资料,计算了2002年4月8日沙尘天气过程中戈壁地表的风蚀起沙量(垂直尘粒通量)。结果表明:三种方法的计算结果比较接近;在风蚀起沙较严重的时段内,顺风向沙粒通量和垂直尘粒通量平均值的量级分别为10-4kg·m-1·s-1和10-8kg·m-2·s-1。通过计算结果和观测结果的比较,在地面风蚀起沙物理机制的基础上,讨论了三种计算方案各自的优缺点。     

贺兰山地区春季沙尘气溶胶质量浓度的观测分析

通过对贺兰山地区大气背景、浮尘、扬沙和沙尘暴天气的采样，得到在不同天气条件下的气溶胶质量浓度，而且在它们之间存在一定的倍数关系。由Anderson和KB－120E采样器得到的总浓度是有差异的。     

中国西北不同沙源地区起沙阈值的对比分析与研究

沙尘粒子进入大气所受到的空气动力因子和阴力因子分别用摩擦速度u,和临界摩擦速度u(?)来定量表示。临界摩擦速度是影响沙尘释放和输送的重要参数。文中利用2004年春季浑善达克沙地和2006年春季黄土高原与戈壁3种不同沙源地区开展的微气象学和沙尘暴观测资料,分析了沙尘天气过程中沙尘浓度随摩擦速度的变化关系,估算了临界起沙摩擦速度u(?),并与不同学者给出的结果进行对比。结果表明:沙尘天气过程中,临近起沙阶段,沙尘浓度较低,摩擦速度增加快,为起沙阶段提供了利的动力条件;起沙阶段,动力和热力湍流混合使得沙尘浓度迅速升高;沙尘天气减弱阶段,由于重力沉隆作用,沙尘浓度随摩擦速度近似呈线性递减关系。以空气中的沙尘浓度大于200μg/m~3作为起沙的判据条件,得到浑善达克沙地和戈壁地区的临界起沙摩擦速度分别为0.6和0.45 m/s。由于受地形及非均匀下垫面的影响,黄土高原的临界起沙摩擦速度与风向有关。西北风反映了来自西北方向毛乌素沙地的影响,u(?)为0.35 m/s,偏南风时对应观测站点南部黄土丘陵沟壑区的起沙特征,u(?)为0.7 m/s。黄土丘陵沟壑区的地表粗糙度值和土壤粒子间的相互作用力较大,从而导致了较大的临界起沙摩擦速度。不同的起沙阈值条件和风速频率分布与沙尘释放能力的不同相对应。     

新疆沙尘暴研究进展

沙尘暴是风蚀荒漠化中的一种天气现象,既是加速土地荒漠化的重要过程,又是土地荒漠化发展到一定程度的具体体现.新疆地处我国西北干旱、半干旱区,是我国荒漠化土地最多的省区,也是风沙危害最严重的地区之一.重点论述了新疆地区沙尘暴的若干研究进展,从6个方面对沙尘暴的形成及研究现状进行综述,即新疆沙尘暴气候背景、长期变化趋势、分布...     

新疆戈壁地区风沙流结构及其粒径特征研究

为掌握研究区域风沙流活动情况,设计并完成了长跨时(2016年5月—2018年5月)的戈壁风沙流现场累积观测。基于观测数据和砂土样品,对研究区域的风沙流活动特征及其结构进行系统分析,在此基础上建立输沙通量廓线函数模型。结果表明:1)观测期间现场输沙率水平在177—330 g/(cm·a),均值约247 g/(cm·a)。2)风沙流和地表砂土粒径分布分别呈双峰和单峰型,且风沙流中砂土占比与地表砂土占比的比值随粒径增大而减小。3)建立的线性-多项式-幂函数和指数-幂函数两种模型都能较准确地描述风沙流的输沙通量廓线,拟合优度均值超过0.98,适用于反映现场风沙流结构。     

几种起沙方案对东亚风蚀起沙模拟的比较

针对源区起沙的不确定性,整理并选取了国际上最具代表性的几种起沙方案,结合中尺度气象模式MM5V3．7输出的高分辨率气象资料,将其应用于东亚地区一次强沙尘暴天气过程的源区起沙模拟研究,利用地面观测实况和卫星监测图像资料,比较了它们对东亚起沙源的模拟效果和差异。结果表明,两种起沙方案的模拟效果较好且性能稳定。     

华北强沙尘暴的数值模拟及沙源分析

首先对2000～2002年春季东亚沙尘天气进行了分析,结果表明有明显的日变化,沙尘暴下午最多,凌晨最少.然后,采用集成的沙尘天气预测系统对2001年4月6～10日、2002年3月19～22日发生的2次强沙尘暴过程进行了预测试验,将沙尘浓度的模拟结果与实况观测进行了对比.对沙源和起沙过程的深入分析表明:2次过程主要的沙尘源地是蒙古国南部,内蒙古中西部、河北北部、山西东北部、甘肃和青海北部等地区;起沙中贡献最大是粒径为2～μm和11～22μm的粒子,华北北部的荒漠化地区2～11μm 和11～22μm的起尘量相当,而内蒙古西部和蒙古国南部沙地附近的起沙以2～11μm为主,总的起尘量中2～11μm粒径组的贡献占90%以上.     

影响北京地区的沙尘暴

利用1971－1996年的地面气象月报和地面天气图资料，借助地理信息系统，逐次分析了影响北京地区沙尘暴天气过程的演变规律，确定了影响北京地区沙尘暴天气过程的移动路径和源地。结果表明：北京地区沙尘暴主要发生在春季和初夏，以4月为最多。根据沙尘暴的起源，可将影响北京的沙尘暴天气过程分为外源型和内源型两类。沙尘暴的移动路径主要包括北路和西路两条。外源型沙尘暴的入侵地点集中在：1）内蒙古乌兰察布盟和锡林郭勒盟西部的二连浩特市、阿巴嘎旗；2）哈密市以东至内蒙古阿拉善盟的中蒙边境。内源型沙尘暴的起源地主要集中在腾格里沙漠及其周边地区。     

贺兰山地区沙尘暴若干问题的观测研究

利用贺兰山地区沙尘暴历史资料和综合观测资料 ,对大气背景、浮尘、扬沙和沙尘暴发生期间的大气气溶胶数浓度谱、质量谱、大气总悬浮颗粒 (TSP)及粒径分布、微气象、分光日射观测以及沙尘样品进行中子活化处理 ,分析了该地区浮尘、扬沙和沙尘暴形成规律 ,气候变化特征和贺兰山的影响。并综合研究了沙尘气溶胶尺度谱特征、光学厚度和化学组分等变化特征 ,提出了若干结果。     

青海沙尘暴分布特征及其与大风天气的关系

本选用青海境内41个气象站1961年到2000年的大风日数和沙尘暴天气等资料，统计分析沙尘暴产生的主要条件、地域变化、时间分布特征及沙尘暴天气与大风天气的关系。得出：青海近40年来沙尘暴天气的变化趋势的逐年减少；沙尘暴的中心与大风中心基本吻合；8级以上大风是造成沙尘暴天气的充分条件。     

浑善达克沙地起沙率和起沙量的估计

利用起沙通量模式和地面起尘半经验方案,估算了浑善达克沙地春季地表的临界起沙风速及沙尘天气期间的起沙通量,以及地面尘排放总量及其平均年增长率。计算结果表明,浑善达克沙地2001年春季地表临界起沙风速为5.61 m.s-1,沙尘天气期间平均起沙通量为4.40×10-7g.cm-2.s-1;1999年该沙区起尘量约占我国北方起尘总量的2.4%,春季起尘占全年的57%;1986年和1999年起沙总量分别为3.73×105t.a-1和4.87×105t.a-1,其平均年增长率为2.07%。     

敦煌地区荒漠戈壁地表热量和辐射平衡特征的研究

利用2000年5月25日～6月17日"敦煌试验"在戈壁的微气象观测资料,分析了极端干旱地区晴天、阴天和降水等天气条件下的地表辐射平衡、热量平衡和土壤温度等微气象特征的日变化规律.发现在不同天气条件微气象特征有很大变化.但观测期间的平均微气象特征与晴天比较接近,天气过程的影响不是很大,平均的总辐射、净辐射和感热通量与晴天的比值在白天基本大于0.8.观测期间的平均Bowen比全天大于1,在白天都在10以上,最大超过100.     

Estimation of the Threshold Friction Velocities over Various Dust Storm Source Areas in Northwest China

The emission of dust particles into the atmosphere is governed by the aerodynamic and resistant factors,which are quantified by the friction velocity u＊ and the threshold friction velocity u＊t, respectively. The threshold friction velocity u＊t influences the vertical dust flux and dust transport. Based on the micrometeorological data obtained in the springs of 2004 and 2006 over Hunshandake desert area, Loess Plateau,and Gobi desert area, the relationship between dust concentration and friction velocity for the dust events that occurred over Hunshandake desert area was investigated, and the threshold friction velocities over the three different dust source areas were estimated. The results show that the value of dust concentration is low during the preemission stage of a dust storm event, and the rapid increase of friction velocity provides favorable dynamic conditions for dust emission. During the dust emission stage, the dust concentration increases sharply due to mechanical and thermal turbulent mixing. At the calm-down stage, the dust concentration drops nearly linearly with the decreasing friction velocity, on account of the gravitational deposition of larger dust particles. When the dust concentration is higher than 200 μg m-3, it is considered as a dust emission process. According to the criteria, the values of threshold friction velocity over Hunshandake desert area and Gobi region are 0.6 and 0.45 m s-1, respectively. The threshold friction velocity over Loess Plateau depends on the wind direction, due to the complex terrain and inhomogeneous surface. The northwest wind shows the effects of the Mu Us desert in the northwest. The corresponding u＊t is 0.35 m s-1. The south wind exhibits the characteristics of the Loess hilly dunes in the south, and the u＊t is 0.7 m s-1.The large roughness length of the Loess hilly dunes and the large inter-particle cohesion for the clay soil texture increases the local friction velocity. Different threshold friction velocities and occurrence frequencies of strong wind account for different dust emission capabilities for various source areas.     

沙尘暴的光学遥感及分析

本文根据激光雷达和光度计综合探测的结果，结合气象背景资料分析了1988年4月北京地区三次沙尘暴过程气溶胶物理光学特性及其远距离输送时的垂直结构。这三次尘暴主要来源于内蒙的沙漠和黄土地区，根据激光探测消光系数垂直分布资料，在4月11日，沙尘粒子有3个不同的输送带，其中两个输送带的高度处于 2000—3000 m和3000—6000 m，另一个输送带的下边界高度约为200 m，其高度结构密切依赖于风场的垂直结构。根据多波长太阳光度计和半球辐射计的观测结果，尘暴期间大气柱沙尘总光学厚度在0.3至15之间变化，峰值光学厚度比平时偏大约一个数量级，在0.65 μm波长，在4月11日测量的气溶胶一次散射反照率均值为0.85。     

Experiment on Dust Flux During Duststorm Periods over Desert Area

The present study investigates the characteristics of turbulent transfer and the conditions for dust emission and transport using the dust concentration and micrometeorological data obtained during dust events occurring in the spring of 2004 over the Hunshandake desert area. The turbulent exchange coefficients and turbulent fluxes of momentum and heat are calculated. The relationships between dust flux, friction velocity, and wind speed are also explored. The results show that thermal turbulence is dominant during daytime of non-dusty days. The dynamic turbulence increases obviously and the sensible heat flux reduces by different degrees during dust events. There is an efficient downward transfer of momentum before duststorm occurrence, and both the dynamic turbulence and the thermal turbulence are important in the surface layer. The dynamic turbulence even exceeds the thermal turbulence during severe duststorm events. The values of dust flux vary in the range of -5 5, -30 30, and -200-300 μg m^-2 s^-1 during non-dusty days, blowing dust, and duststorm events, respectively. A slight upward transport of dust is observed during non-dusty days. The dust flux gradually varies from positive to negative during duststorm periods, which indicates the time evolution of dust events from dust rising to stably suspending and then deposition. The dust flux is found to be proportional to u＊^3. The threshold values of wind speed and friction velocity are about 6 and 0.4 m s^-1, respectively.     

甘肃省河西黑河流域沙漠、戈壁地区夏季大气浑浊度与沙尘特性分析

通过对甘肃省河西黑河流域沙漠、戈壁地区1990年夏季?ngstr?n大气浑浊度系数的计算分析,总结出了该种特殊下垫面条件下大气浊度特征。并由大气浑浊度系数及波长指数的变化,定性讨论了这一地区大气中沙尘的消光特性及其生成、消散过程。进一步应用Volz方法和Arao方法粗略地估计了这一地区大气在不同条件下的沙尘含量。     

消光法反演腾格里沙漠地区沙尘气溶胶谱分布

对腾格里沙漠4～9月份的整层大气气溶胶的光学遥感观测结果进行了分析。结果表明,由于消光因子对大粒径粒子消光效应的不敏感性,决定了消光法仅可较好地反演粒径在0.1～5μm之间的气溶胶谱分布特征,特别是对0.1～1μm的大粒子谱分布的反演结果更为稳定;腾格里沙漠气溶胶粒度谱分布基本符合Junge谱;浮尘天气的谱分布同干洁晴好天气的谱分布有着很大的差异,浮尘天气下粒径在0.1～1.0μm的大粒子以及粒径>1.0μm的巨粒子数有明显的增加,浓度要比干洁天气下的大几个量级。在干洁晴好天气下,腾格里沙漠的气溶胶是均一的、稳定的,而且>1μm的大粒子浓度很小;气溶胶的谱分布几乎是一致的,谱形大致为Junge谱,在粒度0.4～1.0μm范围内有一明显峰值。     

风蚀起沙的影响因子及其变化特征

以敦煌地区的戈壁和绿洲为例,对地表土壤风蚀起沙的临界摩擦速度及其变化特征和风蚀起沙过程中地表土壤的粒子尺度分布及其对垂直尘粒通量的影响进行了分析研究。结果表明,地表土壤风蚀起沙的临界摩擦速度随土壤水分含量和植被覆盖度的增大而增大,随粒子尺度的变化是先减小后增大,在中间某一尺度处有一最小值;土壤的人工利用和管理对临界摩擦速度也有着相当大的影响,风蚀起沙过程中,地表土壤的粒子尺度分布随时间发生变化,瞬时的粒子尺度分布不同于平均的粒子尺度分布,利用前者计算得到的垂直尘粒通量对摩擦速度的变化更敏感,利用后者计算得到的垂直尘粒通量偏大。     

内蒙古科尔沁沙地起沙近地层动力学阈值的试验研究

利用内蒙古科尔沁沙地沙尘暴探测与监测试验站2008年和2009年春季沙尘和近地层观测资料,研究了不同沙尘天气条件下沙尘浓度随摩擦速度的变化规律,对比分析了不同天气(晴天、扬沙、沙尘暴和强沙尘暴)入射短波辐射和净辐射的演变,并利用两层高度沙尘浓度差,区分局地起沙和非局地起沙,有效地避免了沙尘水平输送引起的起沙阈值的低估。结果表明,起沙前,摩擦速度和沙尘浓度数值都较低;临近起沙阶段,摩擦速度迅速增大而沙尘浓度基本保持不变;起沙时,摩擦速度数值较高,沙尘浓度迅速增大;沙尘天气减弱阶段,沙尘浓度随摩擦速度近似呈线性减小。科尔沁沙地春季临界起沙摩擦速度u*t和临界起沙风速ut分别为0.62m.s-1和9.5m.s-1,扬沙、沙尘暴和强沙尘暴天气的起沙阈值依次略有增加。与晴天天气相比,沙尘天气到达地面的短波辐射和净辐射明显减少。