西北干旱区冬、夏季大气边界层结构对比研究

利用2006年6月28日至7月17日和2007年1月1日至1月10日敦煌加强观测期的探空资料,对比分析了位于西北干旱区的敦煌荒漠冬、夏季大气边界层的结构特征和变化规律。分析认为,该地区冬、夏季大气边界层结构一致,但夏季边界层的厚度明显大于冬季。夏季,白天对流边界层顶最高超过3 500 m,夜间稳定边界层的最大高度平均达到900 m左右,而冬季,对流边界层和稳定边界层日最大高度分别较夏季低约2 350 m和500 m,这说明西北干旱区夏季晴天的确存在极端深厚的大气边界层,但这种超厚大气边界层现象在冬季并不出现。冬、夏季大气比湿和风速在边界层的分布特征符合一般规律,夏季比湿普遍大于冬季,且夏季大气比湿随高度变化幅度明显大于冬季。冬季从地表开始就出现逆湿现象,夏季逆湿则出现在60~100 m高度范围内。冬、夏季白天与夜间的风速均能呈现出Ekman螺线特征,且夏季地转风风速值与地转偏差均远高于冬季。     

北冰洋浮冰站大气边界层结构的观测研究

利用2003年8月23日-9月3日我国第二次北极科学考察队在北冰洋浮冰站探测的50次大气廓线及相关资料,对北冰洋的大气边界层垂直结构进行了研究。结果显示,观测期间北冰洋(78°N附近,143°-148°W)浮冰区白天的对流边界层高度大于夜间的稳定边界层高度。大气边界层可分为稳定型、不稳定型和多层结构等几种类型。个例分析表明来自高空较强的暖湿气流与冰面近地层冷空气强烈相互作用,会形成强风切变和逆温、逆湿过程,有时100m高度内的风切变达10m/s,逆温达8℃。此种过程会导致北冰洋高纬度地区的大块海冰破裂,形成新的无冰海域,加强了海/冰/气的相互作用。该观测事实将有助于进一步提高对北冰洋高纬度边界层特征及其影响的认识。     

洪河国家级自然保护区夏季晴天沼泽大气边界层温湿度变化特征

采用水平分辨率为0.5 km的WRF-CLM3.5中尺度数值模式,模拟研究了洪河国家级自然保护区及其周边地区(46.8°N~48.75N,132°E~135°E)2011年7月19~20日的大气边界层气温、相对湿度和风速的物理特征,以及2011年6月6~8日、7月18~20日和8月26~28日大气边界层高度的日变化特征。结果表明,WRF-CLM模式可以较精确地反映研究区沼泽及其周边农田的近地层气温和相对湿度的差异,与实际观测结果一致。在夏季晴朗的白天,湿地上空气温低于周边农田约1~3℃,相对湿度比周边区域高4%~8%;湿地上空呈现"冷湿岛"中心,相对湿度随高度先增加后降低,高度界线可达900~1 500 m;日落后,沼泽降温增湿作用逐渐削弱,0︰00~2︰00,沼泽与周边区域近地层都发展有较强的逆温层,厚度可达600 m,与之相对应的相对湿度则随高度的升高而降低,影响高度在400~800 m。夜间,沼泽近地层风速随高度的变化小于白天,低空风速小于高空风速;白天午后风速梯度最小,夜间逆温层顶出现低空急流中心。洪河国家级自然保护区大气边界层高度模拟结果显示,夏季沼泽区晴天大气边界层高度日变化曲线为单峰曲线,白天边界层发展高度大于夜间,最高值出现在13︰00左右,高度可达约1 900 m。     

敦煌和酒泉夏季晴天和阴天边界层气象要素特征分析

利用国家重点基础研究发展规划项目《中国西北干旱区陆-气相互作用观测试验》2000年加强观测期(2000年5月29日～6月9日)敦煌探空观测资料和国家自然科学基金重点项目《绿洲系统能量与水分循环过程观测与数值研究》2004年加强观测期(2004年6月1日～7月16日)酒泉探空观测资料,分析了敦煌和酒泉地区夏季典型晴天和阴天天气下有关气象要素如风、温、湿的时空分布和变化特征,得到了以下结论:夏季,敦煌和酒泉地区大气边界层的东西分量风速(切变)晴天比阴天大;南北分量风速(切变)阴天比晴天大;东西分量风速(切变)比南北分量风速(切变)大。敦煌地区夏季晴天和阴天的风速比酒泉地区的大,但风速切变酒泉地区的要比敦煌地区的大。两地白天(晚上)的对流(稳定)边界层特征在晴天和阴天均很明显;阴天稳定边界层厚度和对流边界层的高度较晴天时的都低。比湿夜间比白天的大,阴天比晴天的大;在敦煌地区和酒泉地区都出现了逆湿现象;强逆湿主要出现在夜间,白天虽然也出现逆湿,但强度普遍较弱。     

中国西北地区荒漠绿洲大气内边界层的数值模拟

本文用二维中尺度土壤－植被－大气连续体数值模拟了黑河地区绿洲和周围荒漠袒上垫面物理特征差异引起的内边界层结构。得到了绿洲上游荒漠至绿洲和从绿洲至其下游荒漠两重下垫在突变过程大气运动所产生的风速内边界层，温度内边界层和湿度内边界层的空间和时间特征及其这两种情况边界层的结构差异。     

塔克拉玛干沙漠腹地冬季大气边界层O3廓线分析

为了揭示塔克拉玛干沙漠腹地冬季大气边界层O3的浓度变化特征,利用系留气艇于2008年1月18—25日在塔中地区进行了大气边界层O3观测试验,结合相关资料,初步分析了塔中地区冬季边界层O3浓度垂直分布特征及其与温度、湿度的关系。其结果是:①塔中地区臭氧浓度集中分布在10~50 ppb之间,其中试验期间观测到O3最大浓度值56.1 ppb,最小浓度为2.6 ppb,臭氧的最大浓度基本都在40 ppb左右,日平均浓度为34.4 ppb。②大气边界层O3的浓度廓线可分为峰值型、均匀型、增长型3种,其中均匀型所占比重最大。③大气边界层O3浓度与温度、湿度密切相关,逆温及空气中水汽的增加会导致臭氧浓度降低。④大气边界层O3有明显的日变化,越贴近地面日变化越明显,其变化特征与太阳辐射有着密切关系。臭氧浓度夜晚较低,日出后开始增加,午后达到一天中的最大值;随着日落,臭氧浓度开始减小,在清晨达到最小值;臭氧浓度日最大值出现在17:00,最小值出现在08:00。     

北极扬马延岛大气边界层高度的气候特征分析

基于1973—2015年间的全球综合无线电探空资料(IGRA),采用总体理查逊数(Bulk Richardson Number)方法,分析了北极扬马延岛43年间的大气边界层高度变化特征,并对其多年月均大气边界层高度变化以及年均大气边界层高度变化进行深入分析探讨。结果显示,扬马延岛白天对流边界层高度高于夜晚稳定边界层高度,夏季多年月均大气边界层高度远低于冬春季节的高度,夏季平均高度仅为262 m,而冬春季节高度在600 m附近。大气边界层高度的变化与地面相对湿度的变化呈现较好的反相关关系。由于受到墨西哥湾暖流的影响,岛屿全年温差较小,夏季的相对湿度较大,导致潜热通量较多,抑制了边界层内的对流过程,造成夏季大气边界层高度较低。此外,其年均高度在1973—1988年间出现波动下降,而后在1988—1995年快速上升,最后于1995—2015年间变化平稳。     

中山站地区在气边界层结构和湍流通量的输送特征

本文根据作者随中国第１１次南极考察队（１９９４－１９９６年）赴中山站夏考期间，使用ＴＭＴ（系留式气象塔）观察系统，在中山站，冰盖和海冰等三个点上观测到的气温，湿度，风速，风向和气压等大气要素的廓线资料，利用相似理论为通量－廓线关系，给出这三个观测点上的动量通量，曳力系数和感热通量，在近中性条件下，中山站粗糙度高度为２．９ｃｍ冰盖与海冰点二者粗糙度高度差不多，分别为２．８×１０＾－２ｃｍ和３．６×１     

中山站地区大气边界层结构和湍流通量的输送特征

本文根据作者随中国第１１次南极考察队（１９９４－１９９６年）赴中山站夏考期间，使用ＴＭＴ（系留式气象塔）观测系统，在中山站、冰盖和海冰等三个点上观测到的气温、湿度、风速、风向和气压等大气要素的廓线资料，利用相似理论的通量－廓线关系，给出这三个观测点上的动量通量、曳力系数和感热通量，在近中性条件下，中山站粗糙度高度为２．９ｃｍ，冰盖与海冰点二者粗糙度高度差不多，分别为２．８×１０－２ｃｍ和３．６×１０－２ｃｍ，曳力系数则分别为５．０６×１０－３、１．３４×１０－３和１．４１×１０－３。结果表明，即使在中山站地区这样一个尺度范围内，由于下垫面的热力学特性、地形、地貌、地势和地理位置等的差异，无论是大气边界层结构还是湍流通量等的输送特性都有明显的差别，因此南极地区的大气边界层结构和冰（雪）－气交换特征都是比较复杂的，具有很强的局地性     

巴丹吉林沙漠周边地区降水量的时空变化特征

分析了巴丹吉林沙漠周边17个常规气象测站1951—2005年的逐月降水量及沙尘暴频次和东亚夏季风指数。(1)沙漠周边地区降水量的空间分布明显受地形影响:紧靠沙漠的区域地势低、干旱,各季降水量都小;沙漠外围较远处(特别是受祁连山影响的西南边)地势高、湿润,各季降水量都大;地形增高会使降水量增多1个量级以上,但对其季节配额无明显影响。夏季降水量配额最大,平均高达61.6%。(2)依据各站降水量年际变化间的相关系数及测站间的地域关系和地貌相似程度,可将该区域划为4个分区:一为地势较低、紧挨沙漠、极为干旱的沙漠西北缘区,二为气候较湿、受祁连山影响的沙漠西南缘区(或称祁连山影响区),三为位于巴丹吉林沙漠和腾格里沙漠之间的民勤区,四为远离沙漠、但与其周边地区地貌相似的沙漠东侧区。(3)1951—2005年的各个年代,4个分区各季降水量由大到小的顺序均为:祁连山影响区、沙漠东侧区、民勤区和沙漠西北缘区,与其平均海拔由高到低的顺序一致;就各季降水量及其配额的年代际演变位相而言,祁连山影响区可以代表整个区域。(4)1971—2005年各分区年降水量呈增大趋势,春季降水量增加尤为显著(增幅约为0.41mm·a-1),夏季降水量有减小趋势;随海拔增高,春季及年降水量增幅加大,夏季降水量减幅减小;祁连山影响区对全区年降水量增大的贡献最大。(5)各季及年降水量与东亚夏季风的强弱间均呈复相关;其中冬、夏季及年降水量与夏季风间的负相关随海拔升高而加大,说明夏季风对沙漠以南高海拔处的降水影响更为显著。(6)各季沙尘暴与降水量间以负相关为主,各分区冬、春季降水量偏多时,其冬、春季及夏季沙尘暴的发生频次一般偏少。     

巴丹吉林沙漠周边植被特征和物种多样性

通过对巴丹吉林沙漠周边地区的野外调查,以重要值为测度指标,计算物种多样性指数、均匀度指数和优势度指数,对巴丹吉林沙漠周边地区荒漠植物群落物种多样性进行分析。结果表明:(1)该区域共计植物37种,各区域重要值大于0.1的物种中,灌木和半灌木占优势;(2)8个区域的Shannon-Wiener指数、Simpson指数、丰富度指数和优势度指数差异显著,区域5(北部)和7(西部)因含有单物种群落,Shannon-Wiener指数和Simpson指数显著低于其他区域;(3)荒漠植物群落结构层次中,8个区域的灌木层片每个多样性指数均没有显著性差异,草本层片在8个区域中多样性水平差异显著,由于荒漠区植被物种稀少、数量少,灌木层和草本层并未表现出显著差异;(4)巴丹吉林沙漠物种多样性水平较低,生态系统脆弱,对巴丹吉林沙漠周边地区生态系统重建时应该关注各种生态型植被的恢复重建。     

巴丹吉林沙漠边缘地区植被特征

通过在巴丹吉林沙漠野外植被调查,描述了植被的生活型和群落的空间分布特征,分析了植被多样性、优势度及均匀度指数,并探讨了历年来气候变化对植被分布的影响。结果表明：（1）巴丹吉林沙漠植物种类较少,可分为小乔木、灌木、小灌木、半灌木、多年生草本和一年生草本6类生活型。其中灌木种类最为丰富,小乔木最少。（2）巴丹吉林沙漠东南一带物种丰富度和多样性高于西北一带,南缘地区植被群落分布及植被群落多样性亦均高于北缘地区。（3）近53 a巴丹吉林沙漠气温发生显著变化,蒸发量增加。南缘地区增温而降水减少。这种变化对于以水分为主导因子的沙漠地区植被发育来说极为不利,有加剧沙漠南缘荒漠化的威胁。     

巴丹吉林沙漠典型湖泊湖气界面水一热交换特征

利用2012年8月-2013年7月在巴丹吉林沙漠腹地典型湖泊上用涡动相关系统观测的湍流资料,分析了湍流方差统计特征、微气象特征,计算了湍流热通量和湖泊蒸发量,初步结论为：①湖面上局地环流复杂,湍流三维风速的标准差与稳定度(Z/L)之间满足1/3次律。②湖面辐射分量具有明显季节变化和日变化特征,结冰期和非结冰期能量分配不同,冬季湖泊将储存的能量向大气传递;潜热通量和感热通量季节变化存在差异,但均有明显的昼夜变化特征。③湖气界面的感热通量在不同的月份也存在差异,感热以湖泊向大气传递为主;潜热通量夏半年远大于冬半年,在一天中6:00-8:00时处于最低值,15:00-16:00时达到峰值,在冬季会出现潜热向下输送现象。感热通量和潜热通量日变化呈负相关,湖面有效能量主要分配给潜热,湖泊同周围环境以水汽交换为主。④湖面平均蒸发速率为3.97 mm/d,累计蒸发量为1450±10 mm/a,同期的蒸发量是降水量的20多倍,湖泊主要靠地下水补给。这些结论可为进一步研究巴丹吉林沙漠腹地湖泊群的水循环及补给来源提供参考。     

巴丹吉林沙漠地表沉积物粒度特征及区域差异

对巴丹吉林沙漠不同区域、不同类型沙丘、不同地貌部位的223个地表沉积物样品进行粒度分析表明,该沙漠的流动沙丘主要由细沙组成,其含量可达49.5%～66.1％;沙丘沙的平均粒径介于2.104～2.706 Φ之间,粗于塔克拉玛干沙漠和腾格里沙漠,与世界其他沙海中沙物质粒径相比处于中等粗细。粒径最细者为灌丛沙丘表面沙粒,最粗者为横向沙山迎风坡;分选度好至极好,均为正偏中等峰态。丘间地物质粗于沙丘沙,平均粒径为1.409 Φ,分选较好,正偏窄峰态。从频率曲线来看,沙丘沙为单峰,丘间地多为双峰或三峰。在典型横向沙山剖面上,自迎风坡坡脚至沙丘顶部平均粒径变细而分选性变好,最粗的沙粒出现在靠近迎风坡坡脚的丘间地,而最细和分选最好的沙粒出现在紧邻沙丘顶部的背风坡。尽管横向沙山与新月形沙丘和沙丘链的尺度不同,但二者同属横向沙丘系统,具有相似的沙丘动力机制,因而粒度参数之间关系的表现趋同。从区域上来看,在平行于主导风向的3条NW—SE向断面上,沙漠中北部高大沙山之间低矮“通道”上的沙粒平均粒径存在微弱的变细趋势,而高大沙山区则不存在明显的变化规律;在平行于雅布赖山的3条SW—NE向断面上,粒度参数沿断面方向无明显的变化规律,但断面越靠近雅布赖山平均粒径越粗。一般认为巴丹吉林沙漠是中国重要的沙尘源区之一,然而粒度分析结果表明,沙漠中北部几乎不含粉沙黏土（<0.0625 mm）组分,而东南部的横向沙山区含量则相对较高,这就需要进一步推断巴丹吉林沙漠具体的沙尘源区和沙尘释放过程。以上变化规律说明,除了物源和主导风向等宏观因素外,引起局地气流改变进而影响沙粒跃移过程的地形起伏、植被覆盖等微观因素也对沙粒分选过程起着重要的控制作用;宏观和微观因素共同作用,最终形成的粒度参数规律性在沙丘尺度上要好于区域尺度上。该粒度分析结果,对于分析巴丹吉林沙漠沙物质来源和形成演变过程、反演高大沙山形成机理、估算地表沙尘释放量等均具有重要参考意义。     

巴丹吉林沙漠北部风沙地貌形态类型的分区研究

在研究区内选取具有典型形态类型沙丘的8个样区N₁~N₈,通过统计和研究样区内各种形态的沙丘可以看出,研究区内由西北向东南沙丘的排列顺序出现沙丘由简单形态的沙垄和新月形沙丘到复杂形态的复合型沙山最后达到成熟的星状沙丘。由此着重探讨了研究区内由西北-东南方向沙丘的形成演化特征,以沙丘的空间分布序列来反映沙丘形成的时间序列这样一种时空替代的序列,因而能直观地分析和研究沙丘形成发育的整个发展过程,表明西北部沙漠年轻,东南部沙漠较老。     

巴丹吉林沙漠及其毗邻地区降水特征及风沙环境分析

利用巴丹吉林沙漠及其周边18个气象站点近40 a来的气象资料,详细分析了区域降水、风况、大风日数和沙尘暴等环境要素的时空变化规律。由于受沙漠、湖泊和绿洲等景观格局的影响,巴丹吉林沙漠及其毗邻地区气候要素的时空分布存在很大的差异。大风和沙尘天气主要集中在拐子湖和民勤两地,年均沙尘暴日数分别为28.9 d和37.3 d。沙漠地区降水与其外围相同纬度相比,呈明显下降趋势。沙漠东侧年均降雨量明显高于西侧。年均降雨量最小区域主要集中在额济纳旗,不足50 mm;而在沙漠东侧的诺尔公和吉兰泰年均降雨量分别为114.7 mm和116 mm。通过本研究,不仅为预测巴丹吉林沙漠及其毗邻地区风沙环境发展趋势提供基础资料,也能为揭示区域环境演变规律和生态治理提供科学依据。     

巴丹吉林沙漠高大沙山地貌的线条美

巴丹吉林沙漠是中国第二大流动沙漠,被列入世界自然遗产提名地名录,具有独特的美学价值,但目前尚缺乏沙漠美学价值的系统论述.本文基于野外考察、影像和文献资料,将美学原理与风沙地貌学理论结合,探讨巴丹吉林沙漠高大沙山地貌的美学价值,侧重其独特的线条美.将高大沙山地貌的线条分为直线、曲线和交织线条,分别解析其美学的表现形式和所...     

巴丹吉林沙漠地表风积砂粒度空间分布及其环境意义

通过对巴丹吉林沙漠平沙地及丘间地表层砂样的粒度分析,发现巴丹吉林沙漠表层砂平均中值粒径为0.45 mm,平均均值粒径为0.53 mm,是中国北方粒度最粗的沙漠之一。整体上,巴丹吉林沙漠表层砂粒径从北到南逐渐变细,在沙漠南缘的雅布赖山附近粒径略有回升。机械组成上,粗砂(0.5～2.0 mm)含量最高,平均为35%,整体变化趋势从北到南逐渐减少,南部略有回升。中砂(0.25～0.50 mm)和细砂(0.10～0.25 mm)为主要的风沙运动组分,其平均含量在50%以上,在沙漠内部变化趋势为从北到南逐渐增多。粒度频率分布曲线从北到南逐渐从多峰过渡到双峰,众数粒径逐渐减小。分析结果表明巴丹吉林沙漠表层砂主要为风成砂,主要沙源区为沙漠北部的湖泊沉积物区及其更北部的戈壁,同时沙漠北部残山丘陵、雅布赖山等也是沙漠砂的源区。     

巴丹吉林沙漠周边地区土壤养分和粒度特征

选取巴丹吉林沙漠周边8个典型地貌区域,开展不同深度土壤养分和粒度组成特征及空间异质性研究。结果表明：（1）巴丹吉林沙漠周边区域土壤养分和粒度空间异质性较强,整体上土壤贫瘠,全钾含量中等;电导率变异性最大,pH的变异性较弱,其他因子属于中等变异。土壤整体上细沙含量最高,0—20 cm层黏土和极粗沙含量的变异系数较高;20—40 cm层黏土、粉沙和极粗沙含量的变异性强。（2）0—20 cm层全氮、全磷、速效磷、速效钾含量和电导率区域差异显著;20—40 cm层全氮和速效钾含量的区域差异显著。0—20 cm层各粒级含量均有显著的区域差异;20—40 cm层极细沙、中沙和粗沙含量的区域差异显著。（3）0—20 cm和20—40 cm层以细沙为界限,小于细沙颗粒的物质与养分含量普遍表现为正相关关系,而大于细沙颗粒的物质与养分的关系普遍呈负相关关系。     

巴丹吉林沙漠与腾格里沙漠连接带沙丘移动规律北大核心CSCD

巴丹吉林沙漠与腾格里沙漠分别为中国面积第二、第三大流动性沙漠,对两大沙漠连接带新月形沙丘的动态监测可以揭示该地区沙丘形成演化规律,为沙漠连接带风沙地貌发育研究提供科学支撑。通过Google Earth高清历史影像对巴丹吉林沙漠与腾格里沙漠连接带的新月形沙丘带进行监测,分析了两大沙漠交界处沙丘的移动速率和形态变化。结果表明:巴丹吉林沙漠与腾格里沙漠连接带沙丘移动速率范围5.88-19.55 m·a^(-1),平均移动速率10.03 m·a^(-1);移动方向范围109°-135°,平均移动方向122°。风况为沙丘移动提供动力条件,合成输沙方向与沙丘移动方向吻合。受NW、WNW方向输沙影响,新月形沙丘南翼在移动速率增加的同时长度不断伸长,显著区别于北翼。沙丘移动受控于沙丘本身形态,沙丘各形态参数(迎风坡长度、高度、宽度、周长、底面积)与移动速率呈现显著负相关关系(P<0.01)。植被覆盖以及沙丘密度的差异导致了研究区沙丘移动速率的差异。沙丘移动前后,形态参数变化具有复杂性,而沙源丰富度差异以及丘间地灌丛沙包对沙丘形态的改变,是沙丘形态变化复杂性的主要原因。两大沙漠连接带年输沙通量170-521 t·m^(-1),均值为301 t·m^(-1)。