塔克拉玛干沙漠沙丘沙和大气降尘粒度分异特征

基于粒度特征区分风尘序列中沙尘暴降尘和流动沙丘沙组分对探究环境演变、重建风尘活动强度有重要意义。以塔克拉玛干沙漠中部流动沙丘沙和沙漠南缘策勒绿洲现代大气降尘为研究对象,分析其粒度差异,并与中国其他地区沙丘沙进行对比。结果表明：（1）塔干沙漠沙漠沙丘沙粒度分布曲线以单峰分布为主,策勒绿洲尘暴降尘呈双峰分布;（2）塔干沙漠沙丘沙和降尘均呈分选较好、近对称分布和中等峰态,但沙丘沙粒径粗;（3）不同区域沙丘沙的相同粒径组分相对含量和粒度特征具有相似性。尽管沙丘沙和大气降尘均有较好的分选性,但风场强度的差异导致它们的粒径分布范围、偏态和峰度不同。研究结果可为沙漠边缘区域地层中的风成组分判别提供依据。     

基于降水微物理特征测量仪的雨滴形状观测与分析

利用自主研制的降水微物理特征测量仪开展降水观测试验,得到了大量的雨滴图像。研究了异常雨滴图像的形成原因和处理方法,以此为基础重点研究了在极坐标下基于Akima插值的数字雨滴图像矢量化方法,得到了雨滴平均形状特征和轴比分布特征。结果表明,直径小于1 mm的雨滴以圆形为主,在1.0~3.0 mm的雨滴以椭圆形为主,大于3.0 mm的雨滴逐渐呈现顶部凸起,底部偏平的形状;雨滴的平均轴比分布与经验分布一致,相互之间差异在±0.04 mm范围以内;雨滴的平均轴比与经验模型的差值在粒径3.4~3.8 mm出现峰值,该范围内的雨滴较经验关系具有更圆的形状特性。     

不同发育阶段新月形沙丘表面粒度特征

以塔克拉玛干沙漠腹地垄间平地新月形沙丘的4个发育阶段(饼状沙丘(PD)、盾状沙丘(SD)、雏形新月形沙丘(PCD)、新月形沙丘(TCD))为研究对象,对沙丘表面不同地貌部位的沙物质取样并进行粒度分析,以期发现新月形沙丘不同发育阶段表面粒度的变化规律,结果表明:4种沙丘丘顶或临近丘顶处细砂及极细砂含量最小、粒径最粗、分选性最差,向两侧细砂及极细砂含量逐渐增大、粒径逐渐变细、分选逐渐变好。各发育阶段之间沙粒级配、平均粒径、分选系数的变化规律则需区分不同地貌部位。在迎风坡这3者没有较大差异;在背风坡,细砂及极细砂含量、平均粒径、分选系数均随着沙丘的发育而增大。另外,峰度和偏度并不随着新月形沙丘的发育有明显的变化,均属于近对称中等峰态且为单峰。     

黄山夏季气溶胶多尺度吸湿性的参数化方案构建研究

利用2014年7月在黄山光明顶观测的气溶胶吸湿性参数（κ）和气溶胶离子化学组分、有机碳（OC,organic carbon）数据,对多尺度气溶胶吸湿性参数进行分析,并在此基础上建立了多尺度κ的参数化方案。研究结果表明,影响黄山夏季气溶胶来源的主要气团包括西南气团、北方气团以及东南气团。黄山夏季κ的变化范围为0.2-0.48,且随粒径增大成先增大后减小的分布特征;气溶胶粒径在0.15-1.1 μm的强吸湿段,κ>0.3,而在粒径小于0.15 μm和粒径大于1.1 μm弱吸湿段,κκ分布不同,气溶胶粒子在小于1.1 μm的粒径段,当受西南气团影响时,κ值最大,而受东南气团影响时,κ值最小;在气溶胶粒径大于1.1 μm时,κ在两个气团背景下呈现与气溶胶粒径小于1.1 μm时相反的分布特征。影响粒径小于1.1 μm气溶胶吸湿能力的主要水溶性化学组分为NH4+、SO42-、水溶性有机碳（WSOC,water soluble organic carbon）,而影响大于1.1 μm粒径范围气溶胶吸湿能力的主要水溶性化学组分为NH4+、SO42-、NO3-、WSOC和Ca2+。由气溶胶多尺度离子化学组分和WSOC构建的气溶胶κ的参数化方案,在小于1.1 μm和大于1.1 μm的粒径范围内的表达式分别为κreg=0.12+0.45fNH4++0.63fSO42-+0.18fWSOC和κreg=0.01+0.78fNH4++0.76fNO3-+0.8fSO42--0.28fCa2++0.14fWSOC（f为对应组分的质量份数）。两个参数化方案均能较好地预报κ,预报值κreg与κ的计算值间存在较好的相关关系,相关系数通过了置信度99%的显著性检验,且预报误差在30%范围内。      

基于雨滴谱的增雨作业微物理特征分析

针对2018年3月16—17日四川盆地西北部一次典型层状云降水天气过程,利用云模式、卫星、雷达、探空等资料,分析了人工增雨作业条件和物理响应。同时,基于雨滴谱观测数据开展了人工增雨作业微物理特征分析,重点研究了粒径速度谱分布特征。结果表明:人工增雨作业后,不同粒径、不同粒速的粒子数变化明显,大滴粒子显著增多,雨滴谱变宽,0.437～1.625mm粒径谱和1.5～5.2m/s速度谱明显变宽;同时,粒径和粒子速度无明显跃变,区间值分布相对集中在粒径0.312～2.125mm、粒速1.1～6.8m/s,人工增雨作业对降水粒子的粒径和粒子速度改变有限。人工增雨作业影响时段,降水强度和雨含水量以及总数浓度和有效粒径,依然保持与自然降水时段各自峰值、谷值、震荡态势的一致性,人工增雨作业不改变各物理量之间的相关性。     

河南省冬小麦灌溉需水量及年型特征

本文以麦田水分平衡为基础,系统分析了冬小麦需水量、生育期降水量和底墒水储藏量3个分量的变化及其对冬小麦灌溉需水量的影响.不同气候年型冬小麦生育期降水量和前一年夏季降水量对冬小麦灌溉需水量有很大的影响.分析结果表明,河南省冬小麦灌溉需水量等值线基本上呈纬向分布,自南向北逐渐增大.正常年零值线大体位于卢氏、嵩县、许昌、鄢陵、柘城至永城一线.在此线以北必须进行灌溉,其灌溉量愈向北愈大,从50-100 mm到 100-200 mm;零值线以南,不需要灌溉.丰水年零值线大约向北移动0.5～0.8个纬距,全省灌溉面积和灌溉量明显减小,零值线以北灌溉量约为50-150 mm;歉水年零值线南移,与正常年相比,大约向南移动1.0～1.5个纬距,灌溉面积和灌溉量明显增大,自零值线向北,灌溉量分别为50-100、100-200 和200 mm以上.     

塔克拉玛干沙漠腹地一次风蚀起沙观测试验

风蚀起沙对生态环境、人类健康及社会经济等具有很大的负面效应。利用美国Sensit公司生产的H11-LIN型风蚀传感器及贴地层风速梯度探测仪,对塔克拉玛干沙漠腹地塔中地区一次风蚀起沙过程进行了监测。结果表明：（1）风蚀起沙与微气象是一个互相影响互相制约的变化过程;（2）在此次观测试验过程中,我们观测到的最小起沙风速为6.0 m/s左右,同时发现起沙风速是一个变化的值,随着时间的延续呈现逐步增大的趋势,最小的起沙风速出现在风蚀开始发生的时候;（3）近地表风速廓线受沙粒运动影响明显,随着起沙量的增加,风速随高度变化的幅度增大,此时的风速廓线已不再遵循对数分布规律;（4）利用风蚀传感器测得塔中地区沙粒的临界起动摩擦速度为0.25 m/s,该值与经验公式估算的0.24 m/s非常接近,表明风蚀传感器在塔中地区具有较好的适用性;夏季塔中地区地表土壤湿度对风蚀起沙的阻碍作用可以忽略不计。 ?     

一次暴雨过程垂直结构特征分析

应用NCAR/NCEP再分析资料和垂直剖面图方法,对2003-08-28-29出现在陕西关中的区域性暴雨天气过程的物理量空间分布诊断分析,揭示暴雨过程的垂直结构特征.结果表明,低层东北气流为暴雨形成提供了动力抬升和聚集水汽的作用,暴雨过程中低空西南急流不明显,水汽的垂直输送强烈.上升运动发展旺盛,达到100 hPa,最大上升气流出现在700～500 hPa之间.低层辐合中心位于850 hPa,高层辐散中心位于400 hPa.低层正涡度中心位于850～700 hPa之间,高层负涡度中心位于150 hPa.涡度、散度和垂直速度场的大(小)值区的几何形状与暴雨区分布基本一致.     

南京气溶胶光学特性地基观测研究

利用2013年南京地区CE318太阳光度计地基观测反演资料,分析了气溶胶光学特性的变化特征,并根据图解法对该地区气溶胶类型分布特征进行研究。结果表明:南京地区气溶胶光学厚度(AOD)月平均的最大值出现在1月(0.97±0.49),最小值出现在7月(0.53±0.37),全年均值为0.71±0.42。除了3月受沙尘事件影响外,ngstr9m波长指数(α)在全年其余月份值均高于0.8,最大值出现在8月和12月(1.24±0.17);AOD季节平均值在冬季(0.85±0.47)和春季(0.72±0.45)略高于夏季(0.63±0.40)和秋季(0.62±0.36)。α季节平均值特征表现为冬季(1.18±0.16)夏季(1.15±0.32)秋季(1.05±0.33)春季(0.86±0.21);AOD的日变化呈现早晚高,白天比较稳定的特征,冬季呈现出单峰变化特征,峰值出现在13∶00(1.05±0.64);工业型和城市型复合污染导致细粒子污染占比较高,全年AOD和α频率分布呈现明显的单峰分布特征,峰值中心分别位于0.53和1.2,对应最大频率分别为21%和16%;根据α和δα函数图解法得到南京地区AOD高值区(0.7)主要集中在细模态粒子增长部分(1.0α1.4,δα0,η~70%),粒径范围在0.10~0.15μm之间。     

不同污染背景下云滴谱离散度对云降水模拟影响的个例研究

云滴谱离散度是云雨自动转化过程参数化中不可忽视的重要参数,对地面降水有着重要的影响。本文利用WRF-Chem (Weather Research and Forecast coupled with Chemistry)模式,对发生在2019年1月3～6日长江中下游地区的一次降水过程进行了模拟。在清洁和污染的气溶胶背景下,设定不同的云滴谱离散度的数值（0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9和1.0）,研究云降水微物理的变化。结果表明,该个例降水主要来源于云雨自动转化以及云雨碰并过程。在清洁条件下的地面累计降水量大于在污染条件下的累计降水量,这是因为在清洁条件下云滴数浓度小,有利于云雨自动转化以及云雨碰并过程。虽然云雨自动转化以及云雨碰并过程占主导,但导致地面累计降水量随云滴谱离散度增大而增大的主要原因是：随着云滴谱离散度的增大,冰粒子质量浓度增大,导致融化过程增强,产生更多的雨滴,从而增强地表降水。所得结果将提高我们对云降水对气溶胶和离散度响应过程的理论认识。     

沙尘天气下输沙率的野外观测与分析

2014年7月—2014年8月借助风速仪、微梯度集沙仪,通过野外监测系统获取的试验数据,对塔中地区2014年7月—2014年8月沙尘天气过程中贴地层输沙率进行分析,得出:0～85 mm高度内,随着风速的增大,35～85 mm无论是绝对的输沙量还是相对的输沙量都减少。0～85 mm高度内,各层输沙率最大值均出现在风速为8 m·s-1左右,波动较为显著;最小值出现在6.5 m·s-1左右,波动不明显;沙尘天气中,输沙率最大值出现在5～15 mm高度,最小值出现在35～85 mm高度。扬沙天气中,风速9.2 m·s-1时,输沙率最大值在0～5 mm处。沙尘暴天气,拐点风速为7.5 m·s-1,7.5 m·s-1时,输沙率增加不显著,7.5 m·s-1时,输沙率增加显著。通过微梯度集沙仪获得的上述试验数据是风沙工程设计的一个极重要工程参数,具有重要的实践意义。     

青海省甘德两次降雪过程的微气象特征分析

利用青海省甘德两次降雪过程的微气象观测数据,探讨了两场降雪过程雪深、雪密度、雪中含冰量、雪中含水量和雪面温度的变化情况,分析了地表反照率与雪密度、雪中含冰量及雪中含水量的关系,结合降雪过程近地面温、湿、风廓线特征分析了积雪对近地面温、湿、风梯度的影响。结果表明:积雪覆盖会导致地表反照率显著增加,降雪过后正午时地表反照率可高达0.8～0.9。随着积雪的消融,地表反照率逐渐减小;积雪反照率与雪密度和雪中含冰量呈正相关,与雪中含水量呈负相关;地表积雪覆盖会导致近地面温度梯度绝对值减小,相对湿度梯度绝对值在凌晨减小、午后增大,地表积雪覆盖对近地面风速梯度变化并无特定的影响。     

新疆精河宁杞1号的外观品质与气象条件关系研究

为摸清气象要素对精河种植的枸杞外观品质的影响，利用2018—2020年精河县气象资料和宁杞1号枸杞品种取样测定数据，研究了宁杞1号的大小、形状、色泽等外观品质要素与主要气象因子的相关关系。结果表明：精河地区夏季日照充足，有利于枸杞的纵径、横径和粒重的增加；在灌溉条件下精河枸杞外观品质中除色泽以外均与降水量关系不明显；与原产地相比，精河县夏季气温偏高，果实成熟加快，达不到宁杞1号品种应有的长度就已经成熟，这是精河地区宁杞1号果形偏圆的主要气候原因。此外，枸杞果实在采摘期和晾晒期不喜降水、寡照天气的特性与原产地宁夏类似，但精河地区此类气象问题要少。     

2005年我国沙尘天气的若干特征分析

2005年我国共出现了11次沙尘天气过程,其中沙尘暴4次、强沙尘暴1次,是沙尘天气频次明显偏少、强度明显偏弱、影响范围明显偏小的一年.春季(3～5月)的沙尘天气过程明显少于近6年的平均值,沙尘暴和强沙尘暴过程远少于2000、2001和2002年,该季累计出现的沙尘天气、沙尘暴总站日数较2000～2005年同期平均水平偏少4～7成,创近6年的最低值.分析表明,2004/2005年冬季我国北方地区雨雪偏多,地表积雪偏多,土壤表层湿度偏大,是导致2005年沙尘天气明显偏少、强度偏弱的主要原因.此外,冬末春初北方气温偏低,土壤解冻晚,延迟了沙尘天气的发生,造成早春沙尘天气显著偏少,沙尘多发期偏晚.     

优化ZI关系及其在淮河流域面雨量测量中的应用

利用合肥新一代天气雷达2003年6—7月观测数据和地面观测的逐时雨量资料，得到分段最优化Z-I关系，在淠河灌区的水源地响洪甸流域和佛子岭流域进行降水测量。结果表明：强降水阶段流域面雨量，优化Z-I关系后得到的流域累积面雨量与雨量计比值从39％提高到73％，同时相关系数从0．78提高到0．8。528小时时间序列上佛子岭流域在优化Z-I关系之后，流域平均面雨量与雨量计的回归线斜率从0．4提高到0．72，lmm·h^-1以上流域平均面雨量累积值与雨量计累积值的比值从48．4％提高到了85．9％。可见，优化Z-I关系后雷达反演值更接近于雨量观测值，同时雷达定量估测流域面雨量的精度得到很大提高。     

基于FY-3C微波辐射成像仪海表温度产品的偏差订正方法研究

提出一种针对FY-3C搭载的微波辐射成像仪（MWRI）海表温度产品的分段回归偏差订正方法,该方法通过引进气候态海表温度数据,建立与关联实测海表温度相匹配的回归模型,并通过对模型中关联变量的误差分析,选择最优样本进行分段回归,以实现对海表温度数据的重新估计。通过对MWRI海表温度数据的偏差订正试验表明,采用分段回归方法获得的订正结果无论在误差指标的空间分布还是时间序列上,都要明显优于采用传统概率密度函数偏差订正方法的结果。其中,采用概率密度函数方法订正后的海表温度产品误差标准差和均方根误差从订正前的0.9—1.0℃,减小到0.8℃左右,而采用分段回归方法获得相应的订正误差仅为0.6℃左右,订正效果有明显改善。      

塔克拉玛干沙漠腹地贴地层风沙流结构研究

利用微梯度集沙仪在塔克拉玛干沙漠腹地塔中地区实测的2014年7—8月贴地层输沙量梯度观测资料(观测高度区间0~5 mm、5~15 mm、15~35 mm、35~85 mm),对沙尘天气过程贴地层风沙流结构进行了研究。结果表明:(1)沙尘天气(沙尘暴和扬沙)过程中,随着风速的增大,各高度层输沙量也随之增大。沙尘暴天气中,风速7.5 m·s~(-1)时,15~35 mm处的百分含量超过5~15 mm处的百分含量,风速7.5 m·s~(-1)时,15~35 mm处的百分含量达到最大,其余各高度含量变化不明显。扬沙天气中,风速8.0 m·s~(-1)时,百分含量最大值出现在35~85 mm高度处,占48.9%,风速8.0 m·s~(-1)时,大小依次为:15~35 mm(49.5%)35~85 mm(31.7%)0~5 mm(12.7%)5~15 mm(9.2%)。(2)两种天气过程中,沙粒的平均粒径在垂直高度上均呈现先减小后增大的趋势。粒径峰值均处在125~250 um,极细砂含量最高,细砂次之。与扬沙天气相比,沙尘暴天气过程中极细砂、细砂、中砂在各高度层上的含量略微下降,粉尘含量有所升高。     

Improvement and Application of the Similarity Saltation Model: Wind-Tunnel Experimental Investigation and Numerical Simulation of the Vertical Sand Mass Flux Distribution in the Saltation Layer

Based upon comparisons between published experimental data and simulated results on the vertical sand flux distribution in the saltation layer, Shao’s similarity saltation model has been greatly improved by correcting the average vertical particle lift-off velocity and using a more suitable universal roughness length. By the improved model, the vertical sand flux profile over the bare, dry and loose uniform sandy surface, which is quite representative of real desert surfaces, can be reproduced very well. Meanwhile, the surface transport rate and the characteristic and average saltation heights have been simulated and analyzed in detail, disclosing their relationships with friction velocity, particle size and roughness length, and the possible underlying mechanisms. Besides, the average particle lift-off velocity and the average mean vertical aerodynamic action upon the ascending particle, which determine the saltation process, are explicitly expressed by parameters involved in the similarity model, and their relationships with friction velocity, particle size and roughness length are also described concisely. The corrected average particle lift-off velocity makes it possible to investigate the characteristic particle trajectory, whose initial velocity equals the average lift-off velocity, so as to estimate the average particle against surface impacting velocity and the average aerodynamic action upon the saltation process.