基于起跳初速度分布的沙颗粒浓度廓线的数值模拟

跃移层内沙颗粒浓度分布是风沙两相流相互作用的结果,准确的沙颗粒浓度分布有助于弄清风沙互馈机制及沙颗粒间相互作用机制。由于沙颗粒浓度分布与沙颗粒起跳初速度分布以及气流运动密切相关,本文基于特定的沙颗粒起跳初速度分布函数,通过构建的沙颗粒在气流中运动的物理模型,并利用四阶精度的Adams-Bashforth-Moulton方法对所构建运动模型进行求解,统计分析稳定状态下两相流中沙颗粒运动轨迹的分布,分析其浓度廓线的垂向分布规律。计算结果表明跃移层内沙颗粒浓度分布廓线与高程呈负指数或伽马分布关系;高度一定时沙颗粒浓度廓线随摩阻风速的增大而减小,随颗粒直径的增大而增大。     

半干旱地区大气颗粒物浓度及粒径谱特征的观测研究

采用兰州大学半干旱气候和环境观测站（SACOL）2007年11月1日至2008年10月31日的APS-3321粒径谱仪的连续观测资料,对该地区大气颗粒物的浓度变化和粒径分布特征进行分析研究。结果表明,该地区颗粒物浓度年变化呈单峰值型,无论是数浓度还是质量浓度峰值均出现在12月,数浓度6月最低,质量浓度9月最低;和其他地区相比,无论数浓度还是质量浓度,均低于污染较严重的城市,但高于内陆清洁地区。数浓度和质量浓度平均日变化均呈单峰值型,都在上午11：00BST左右达到峰值,下午18:00BST左右达到谷值,但质量浓度峰值出现时间随季节而有所差异。颗粒物浓度的年变化和背景风场主导风向的年际变化有一定关系,而局地垂直风速及水平风向的昼夜转换对颗粒物浓度的日变化有较大的影响。数浓度粒径谱分布特征呈单峰值型,主要集中在0.673 μm左右;质量浓度粒径谱分布特征呈双峰值型,第一个峰值出现在0.777 μm左右,第二个峰值出现在5.048 μm左右。降水对大于1 μm的粒子的去除效果非常明显。当沙尘天气发生时,数浓度和质量浓度与背景天气条件下相比增大了22%和127%。     

盐池地区沙尘暴期间风沙运动若干特征研究

通过沙尘暴期间的实际观测资料,对宁夏盐池地区沙尘暴期间风蚀起沙的几个相关特性进行了研究。结果表明：当地10 m高度的临界起沙速度为5.0 m·s-1,临界摩擦速度为0.32 m·s-1;采用凌裕泉提出的“最大可能输沙量”计算方法,得出盐池地区沙尘暴期间的输沙量为12.42 kg·m-1;当地沙尘气溶胶粒子传输距离为1.4×10⁵~1.4×10⁶ km。     

广东省沿海风随高度变化研究

根据实测资料对我省沿海地区的风随高度变化规律进行了探讨，分析了沿海地区风向、风速变化特点，风速廓线指数律适合于我省沿海地区，根据指数律拟合的我省沿海地区风随高度变化系数小于目前各类规范所规定的系数。     

Contribution of resuspension to particulate matter inmission levels in SE Spain

Ambient air particulate matter concentrations were measured at three locations in semi-arid SE Spain during 2005-2007. Sites representative of urban and rural background levels, as well as one representative of a rural area influenced by local mineral industry, were selected.The contribution of coarse particle resuspension (mainly crustal) in the area was assessed by studying the influence of wind speed, human activity and African dust outbreaks on the daily mass concentration and the aerosol number size distribution. Wind and soil characteristics in the area, typical of many semi-arid environments, are not conducive to major dust entrainment events.Twenty-four hour PM₁₀ mass concentrations, subjected to air quality regulation, present a net decrease as wind speeds increase at the three study sites. Size-resolved measurements in the diameter range 0.25-32 μm with higher temporal resolution, however, show a net increase in the coarse particle concentrations with increasing wind speed, while the smallest particles are diluted. Although suspension is found to occur at all wind speeds, threshold values for an increase in particulate concentration can be identified and show some dependence on the particle size.African dust outbreaks, human activity and wind speed are (in this order) the main contributors for increasing particle sizes.     

罗斯海难言岛地区近地面层风场特征分析及数值模拟

本文介绍了中国第3座南极常年考察站新站址候选地——罗斯海难言岛的基本信息。通过对设在其上的自动气象站的观测数据分析表明,近地面风场主要由下降风控制,西-西北风是6级以上大风的主要风向,最大风力可达12级以上,1月、11月、12月是平均风力较小的三个月份。通过分析基于CFSR海冰资料的Polar-WRF模式模拟结果发现:Polar-WRF模式能模拟出和实测资料十分一致的下降风风场,分辨率越高越能更好的模拟出下降风的特点。难言岛附近强劲的西-西北向下降风是地形强迫的结果;来自Reeves冰川的气流是下降风的主要来源。大风的水平分布范围约为50 km。海拔1 400—300 m为下降风的加速关键区,风速最大的地方在海拔300 m高度的陡坡附近,下降风在抵达难言岛时,由于地面摩擦作用,风力已经有一定的衰减。模拟风场可以对观测资料做出有益的补充。     

神府煤田风沙区采煤塌陷对粒度成分特征的影响

为了研究采煤塌陷对地表环境的粒度成分(机械组成)影响作用与过程,通过野外调查和取样,以神府煤田风沙区采煤塌陷1年、塌陷2年的塌陷区和非塌陷区(对照)为研究对象,采用对比法系统地分析了采煤塌陷区粒度变化特征。结果表明:塌陷1年、塌陷2年塌陷区粒度组成以粗沙和中沙为主,占整个组成的65%以上,非塌陷区以中沙和细沙为主,约占80%;多变量方差分析表明,塌陷1年、塌陷2年塌陷区粒径变化无明显差异存在,而与非塌陷区粒径变化有显著差异;塌陷区沙粒起动风速随着平均粒径的增大,以对数函数增加,而风蚀量与平均粒径的关系则随着起动风速的增大,以指数函数增大。塌陷1年、塌陷2年塌陷区粒度分布曲线均为双峰态,峰值出现在0.54 mm和0.125 mm处,众数组出现在0.63~0.45 mm和0.1~0.065 mm,而非塌陷区粒度分布曲线为单峰,其极值出现在0.125处。塌陷区地表(0~10 cm)范围内细粒和极细粒基本被风带走,地表颗粒呈现粗化现象,潜在的可风蚀性程度加强。     

吐鲁番和若羌冬季气溶胶垂直分布的飞机观测分析

利用2019年冬季吐鲁番和2020年冬季若羌共14次完整机载探测气溶胶资料,结合宏观天气资料及大气污染数据,研究飞机爬升或降落阶段两地上空气溶胶粒子数浓度、粒子平均粒径的垂直变化规律,分析不同高度的粒子谱分布特征。结果表明：（1） 两地冬季气溶胶粒子数浓度及粒子直径存在明显差异。在无明显天气过程下,若羌气溶胶粒子数浓度均值（5354·cm^-3）明显高于吐鲁番（3948·cm^-3）;粒子平均粒径来看,均值差异不大,但吐鲁番出现大直径粒子（0.16 \mathrm{\mu } \mathrm{m}）数量高于若羌（0.13 \mathrm{\mu } \mathrm{m}）。2019年12月15日大风后最为明显,粒子直径最大值达到0.21 \mathrm{\mu } \mathrm{m},这与沙尘气溶胶多有关联。从垂直变化情况来看,两地气溶胶粒子数浓度均随高度增加而升高,若羌各层普遍高于吐鲁番,但吐鲁番近地面粒子直径随高度增加有明显下降,若羌整层变化很小。（2） 吐鲁番、若羌气溶胶粒子数浓度和粒子平均粒径受大风、降水等天气过程以及逆温层的影响十分明显。两地高层均主要为输入型气溶胶,低层差异主要是由于吐鲁番地区人为源气溶胶粒子的排放导致的大气环境污染。（3） 吐鲁番、若羌两地粒子谱分布在0.10~3.00 \mathrm{\mu } \mathrm{m}范围内变化趋势大体一致,主要以小粒径为主,谱分布受天气过程影响变化较为明显。（4） 从三模态粒径相似度对比可以得出,无论是吐鲁番还是若羌,在第一模态中数谱分布差异不大,若羌平均相似度为50.330%,略高于吐鲁番46.770%。有明显天气过程时,吐鲁番气溶胶数谱在二、三模态相似度（小于0.020%）急剧下降,而若羌第二模态相似度仍满足置信度95%,但第三模态中变化凸显,相似度不足0.020%。     

PIV技术及其在风沙边界层研究中的应用

为了考察粒子图像测速度技术在风沙环境风洞中的测量精度及在风沙边界层研究中的应用潜力,通过筛选适当的示踪颗粒,借助PIV测量系统重新测量了风沙环境风洞中的风廓线,并获得了风沙边界层内跃移沙粒的速度和浓度分布规律。实验结果表明：PIV测得的风速廓线与标准风速廓线仪所测结果相当吻合(R2≥0.99);沙粒跃移的平均水平速度和相对浓度（灰度）沿距离沙面高度分别呈幂函数和负指数分布,沙粒速度随高度和自由风速的增加而增大,相对浓度随高度的增加而快速衰减,风速越小衰减越快,风速越大衰减越慢,这一结果与前人的结论一致。PIV系统为将来能够进行更加精确的风沙运动微观机理研究提供了技术保证。     

基于高速摄影技术的风沙流输沙通量剖面的风洞实验测量

风沙研究者非常重视对输沙通量随高度变化特征的研究,并为寻找可靠的测量手段付出了不懈的努力。基于高速摄影技术获得的沙粒平均水平速度与沙粒数的垂直剖面,推导了较低风速下环境风洞内输沙通量的垂直剖面。结果表明：沙粒平均水平速度随高度呈幂函数增加,颗粒浓度随高度的算数平方根呈指数衰减。由颗粒平均水平速度剖面与浓度剖面的乘积可获得输沙通量剖面。所获得的输沙通量随高度变化曲线在距床面1~3 mm处均有一个明显的拐点,拐点上方输沙通量随高度呈指数衰减。在床面与拐点之间输沙通量没有明显的变化趋势,这可能是由于气流中颗粒间的碰撞以及颗粒与床面碰撞的影响。平均跃移高度和相对衰减系数是描述输沙通量随高度变化的两个重要参数,两者有着很好的相关性,表明了随着风速增加和沙粒粒径减小跃移颗粒可以达到更大的高度,随着风速减小与粒径增大,输沙通量迅速衰减。     

蒙古气旋天气过程中的沙尘传输特征

基于沙尘数值预报模式针对不同区域地面起沙的敏感性试验结果,分析讨论了蒙古气旋沙尘暴过程中沙尘传输的特点及形成原因。结果表明：蒙古气旋沙尘暴过程的沙尘传输表现为:沙源区纬度越高,沙尘向东传输越强,纬度越低,向南传输越强;同时,高度越高,沙尘向东传输越强,高度越低,向南传输越强。其形成原因是萨彦岭山地背风坡效应、青藏高原东北侧地形强迫绕流等自然地理因素和蒙古气旋的动力、热力结构共同造成的,具有一定程度的普遍性。     

京津冀夏季强降水下冰云宏微观特征

根据Aqua MODIS 2级云产品和Cloudsat的2级产品资料,结合降水数据和MODIS L1B级辐射率数据,对发生在京津冀地区夏季的三次强降水过程中冰云的宏微观物理量的特征进行分析,并探究这些物理量和降水强度的关系。结果表明：在水平分布中,强降水过程中降水强度高值区内云相为冰云,冰云云顶高度在8~17 km,冰云粒子有效半径、冰云光学厚度、冰水路径分别最高可达60 μm、 150、 5 000 g?m^-2;冰云光学厚度、冰水路径、冰云云顶高度随降水强度增大而增大。在垂直分布中,冰云主要分布在3.5 km以上,发生强降水站点的冰云为深对流云,冰云粒子有效半径、冰水含量、冰云粒子数浓度分别最高可达150 μm、 3 000 mg?m^-3 、 500 L^-1;冰云粒子有效半径高值区存在于云层中下部,且随高度上升而减小,冰云粒子数浓度高值区存在于云层中上部,且随高度上升而增加,冰水含量高值区则存在于云层中部;冰云粒子有效半径、冰水含量、冰云粒子数浓度在9 km以上随降水强度增大而增大。     

层状云微物理属性垂直分布的季节变化——以新疆地区为例

利用CloudSat卫星资料2B-CLDCLASS和2B-CWC-RVOD数据集,分别揭示了层云与层积云的云粒子等效半径、数浓度及含水量等微物理属性的垂直分布特征及其季节变化规律。结果表明：层云所在的云层高度比层积云高,特别是春季,层云可以延伸到11.0 km处,而层积云云层所在高度最高出现在夏季,最高延伸到8.5 km处。层云中的冰水分布在1.0~11.0 km,液态水分布在0~9.0 km,而层积云的冰水和液态水均分布在0~9.0 km。层云与层积云的冰粒子等效半径、水云粒子数浓度、液态水含量呈现随云层高度的增加而减小的趋势,冰粒子数浓度随云层高度增加呈增大趋势,冰水含量呈峰值分布,峰值出现在6~10 km范围内。各季节层积云粒子等效半径、粒子数浓度及水含量的最大值均大于层云的对应值,从这方面看,层积云更适合作人工增水对象。     

青藏铁路察尔汗盐湖段风沙活动特征

研究青藏铁路沿线的风沙活动特征,可以为认识高原铁路风沙危害的形成机理、建立完善有效的护路防沙体系提供参考。在实地考察风沙地貌的基础上,架设测风塔获取风况信息,采集了沙丘表层沉积物样品,对铁路沿线察尔汗盐湖段的风动力条件、沙丘沉积物粒度特征和沙丘形态特征进行了分析。结果表明：（1）研究区域年平均风速为3.7 m·s^-1,风速最大值出现在春季。起沙风以WNW方向为主,属于中风能环境,低风向变率,宽单峰型风况。合成输沙方向（298.14°）与铁路走向（208.86°）垂直相交。稳定的西北风、风沙流与铁路线路走向垂直的风况特征是青藏铁路沙害形成的动力条件。（2）沉积物以中沙、细沙为主,但细沙组分占优;分选性较好,粒径分布表现出与铁路线越近、颗粒越粗的规律。粒径0.063~0.04 mm的沙粒为青藏铁路风沙危害提供了物质条件。（3）铁路线两侧沙丘分布特征及变化指示该路段风沙活动强烈,现有防沙体系退化严重,风沙危害日益突出。     

基于遥感和137Cs方法的半干旱草原区土壤侵蚀量估算

结合遥感地学分析方法和地球化学放射性同位素——137Cs示踪技术对青藏高原东北部共和盆地塔拉滩草原地区的土壤风蚀量进行估算。利用遥感数据获取研究区土壤侵蚀强度相对等级图斑,在不同等级侵蚀空间信息中选取137Cs样品采集点,并测定土壤样品中的137Cs含量,以此确定不同等级侵蚀类型的土壤侵蚀量。结果表明,在本研究区发生的风力侵蚀强度不大,主要属于微度侵蚀和轻度侵蚀类型,分别占研究区总面积的47.12%和35.58%,二者占研究区总面积的82.70%,侵蚀模数介于220.28~580.13 t·km-2·a-1之间;只有极小区域发生了强烈以上侵蚀,面积为22.14 km2。在本区还发生强烈的堆积过程,出现大面积的风沙堆积区域,面积约322.67 km2,占研究区总面积的11.78%。本区年均土壤总侵蚀量约为87~115万t,总堆积量约为55~78万t,平均每年由塔拉滩向龙羊峡水库输入的土壤量约为32~37万t。此方法可以对干旱环境中土壤风力侵蚀进行快速的较为客观的估算,具有一定的应用前景。     

无定河上游河道对沙漠化的阻截效应

干旱向湿润转变的过渡区受到风力与水力的交互作用,交互作用形成的风水复合地貌显著区别于单一风力或水力形成的地貌,探究风力与水力的交互作用有助于对干旱-湿润过渡区地貌过程的理解.基于野外考察、遥感影像解译和沉积物粒度分析等手段,分析了无定河上游河道对毛乌素沙地东进的阻截效应,结果表明:(1)无定河上游河道的西侧以流动、半流...     

黑河中游现代孢粉传播过程研究

在位于河西走廊的黑河中游地区选取8个河流沉积样品和7个表土样品进行孢粉分析,通过其孢粉百分含量分别探讨河流与风力搬运对孢粉传播的影响。结果表明：风力对孢粉具有较强的搬运能力,能够将区域外或上游山地植被孢粉搬运至中游地区,但其对当地孢粉贡献较小,一般低于10%;河流搬运孢粉的能力大于风力,能够将上游山地植被孢粉大量的搬运至研究区,外来孢粉含量最高可达39.4%,成为孢粉谱的重要成分。表土孢粉组合能够较好的反映研究区现代植被的分布情况;河床沉积物孢粉组合反映的是上游山地植被和研究区植被混合状况。     

多元交通视角下异质旅游流分布特征及其空间共轭关系

异质性是旅游流研究亟待拓展的内容。以北京、武汉和西安为案例客源地,基于2017年获取的城市居民出游行为大样本问卷数据,利用数理统计法、地图分析法等方法,从客源地视角对自驾车、火车、飞机3种交通方式旅游流的分布特征进行研究,研究发现：① 随着出游交通时间的增加,自驾旅游流呈指数衰减,火车和飞机旅游流呈正偏态分布。② 3种交通方式旅游流的空间分布格局存在差异。自驾高到访率区域围绕在客源城市周围;火车与飞机高到访率区域远离客源城市。③ 不同交通方式黄金出游空间具有共轭性,距客源城市球面距离0~400 km区域为自驾黄金出游空间,400~1 200 km乘火车（包括动车和高铁）6.00 h可达区域为火车黄金出游空间,1 200~2 600 km区域为飞机黄金出游空间。基于研究结果,提出了异质交通方式黄金出游空间共轭模型,刻画了自驾车、火车、飞机3种主要交通方式黄金出游空间的位置和共轭关系。     

南昌厚田沙地沉积物的粒度特征及其影响因素

厚田沙地是亚热带湿润地区的典型风沙化土地,分析不同地貌部位沉积物的粒度特征,有助于探讨其分布规律与影响因素。结果表明：厚田沙地沉积物主要由中沙和粗沙组成,平均粒径为1.28 Ф,分选性较差,呈正偏和窄峰态分布,整体表现为距赣江越远,细颗粒含量增多,粗颗粒含量减少,平均粒径逐渐变细。不同地貌部位沉积物的粒度特征存在较大差异：迎风坡风力作用强劲,侵蚀强烈,导致细颗粒较少、平均粒径较粗,表层相对20 cm深度更粗;背风坡由于风力涡旋而沉积较多细颗粒,平均粒径较细,表层相对20 cm深度更细;前丘顶与平沙地不仅受到风力侵蚀,也是人工活动强烈区,导致平均粒径变化较大,但大部分表层比20 cm深度更粗。     

阿拉善地区古水下沉积物与风沙沉积物磁学特征及意义

风力搬运过程中存在的物质分选极可能导致沉积区与物源区沉积物性质出现差异,对于研究物源示踪具有重要的意义。选取阿拉善地区古水下沉积物和风沙沉积物,进行磁学参数测定,调查分选作用对沉积物性质的影响,并探讨对中国黄土高原黄土物源研究的启示。结果表明：古水下沉积物与风沙沉积物的细砂组分磁学性质基本一致,但粉砂组分则存在明显差别,古水下沉积物的磁性矿物浓度显著低于风沙沉积物,风力分选作用可能是风沙沉积物粉砂组分磁性强的主要原因;古水下沉积物中高矫顽力矿物浓度较低,受沉积后改造作用微弱,指示古水下沉积物可用于黄土物源示踪研究。阿拉善地区沉积物和黄土高原黄土的磁学性质对比表明：风沙沉积物与黄土高原黄土磁学性质存在明显差别,但古水下沉积物与黄土高原黄土磁学性质却十分相似。这一地质证据支持阿拉善地区是黄土高原黄土沉积物的重要物源区,同时暗示古水下沉积物在黄土物源示踪方面的巨大潜力。