策勒沙漠-绿洲输沙及动力环境特征

利用2012年4月9日—5月9日策勒沙漠和绿洲内部测点的输沙及气象资料,分析了沙漠与绿洲内部沙尘传输的差异性,并从风动力环境上揭示了成因。结果表明:(1)观测期间,通过沙漠测点100 cm(宽)×200 cm(高)断面的沙尘总量为117.5 kg,通过绿洲内部棉田相同断面的沙尘总量为15.1 kg,比沙漠测点减少了87.1%;(2)过渡带和防护林带对风速的消减作用明显,观测期间,沙漠测点起沙风的持续时间为97.4 h,棉田测点仅为18.9 h;(3)观测期间,沙漠测点的总输沙势为114.2 VU,合成输沙势为72.8 VU,合成输沙方向为65.5°;棉田测点的总输沙势为16.1 VU,合成输沙势为15.1 VU,合成输沙方向为104.5°。荒漠过渡带和绿洲防护林通过降低绿洲内部的风速,改变动力环境,削弱沙尘在绿洲区的传输。     

积风的定义、类型和算法

风是沙地、沙漠地形地貌及其植被形成与演化的基本动力条件。文章提出了积风的概念,即某一地区一段时间内风速与风作用持续时间乘积的总和(作用于某一位置上某一时段内风矢量的积分),用来评价区域风沙活动累积效应。依据临界起沙风风速,将积风划分成总积风和有效积风;依据风况方向分布特征,将积风划分为全方向积风和方向积风,丰富了风力作用的过程信息。通过积风与输沙势的对比分析发现,在评价区域风况特征时使用观测资料不同,积风的稳定性较高,可以作为目前风沙地貌研究中的主要指标。     

塔克拉玛干沙漠地面风场特征及周边地区沙丘排列关系分析

通过对1996~2000年17个气象站风资料的分析和计算, 结合高空环流形势分析, 对塔克拉玛干沙漠近地面风场特征进行了研究, 并对风场特征与周边地区沙丘排列方向之间的关系进行了分析。研究表明:①塔克拉玛干沙漠近地面风场特征是在高空西风带的背景下, 经过青藏高原、天山山脉的动力分支和抬升等作用下形成的。冬季, 尼雅河以东盛行偏东风, 以西盛行偏西风; 夏季, 克里雅河以西地区盛行偏西北风和西风, 以东盛行东北风。②从东到西, 东北风系影响逐渐减弱而西北风系影响逐渐加强; 南北方向变化较为复杂。③除若羌地区外, 塔克拉玛干沙漠输沙势都小于200 VU, 属于低能风环境, 且以单峰或锐双峰为主。在区域分布上, 沙漠东部及中部强度较大, 西部及南部较小。④沙丘排列方向主要由主、次输沙方向的夹角及二者的输沙比率决定, 其走向与最大输沙总量垂直。     

阿拉山口1957—2007年气候变化特征

根据塔中气象站1996－2008年的气象数据分析、野外观测试验及理论计算,对塔克拉玛干沙漠腹地塔中地区近10a来的风沙环境特征进行了初步分析,结果表明：塔中地区地表沙源平均粒径约为2.88φ（136μm）,属于细砂、极细砂;年平均风速均在2.5m·s-1以下,近10a来呈整体下降趋势,风速的月变化呈单峰分布,最大值出现在6—7月,风向与起沙风向以偏东风为主;2m高度的起沙风速约为4.1 m·s-1;年浮尘、扬沙日数呈波动式上升趋势,年沙尘暴日数呈缓慢下降趋势;年风蚀气候因子平均为28.3。     

塔克拉玛干沙漠腹地地表辐射和能量平衡及小气候特征

利用塔克拉玛干沙漠大气环境综合观测试验站——塔中站2014年30 min步长实测数据,系统分析塔克拉玛干沙漠腹地地表辐射和能量平衡特征及小气候特征。结果表明:塔中地区辐射平衡和能量平衡各分量均表现为春、夏季较大,秋、冬季较小,并具有明显的日变化特征,峰值出现在12:00(地方时,下同)左右。该地区地表能量通量(净辐射通量、感热通量、潜热通量和土壤热通量)中,净辐射、感热通量和土壤热通量均在08:00开始上升,至14:00左右达到峰值,而潜热通量变化很小。感热通量为能量的主要消耗形式,春、夏、秋、冬四季分别占净辐射的百分比为44. 6%、68. 1%、55. 2%和55. 3%,其次为土壤热通量,仅有很少能量用于水的相变。云和沙尘对能量通量各分量有明显削弱作用。近地层空气温度白天随高度的增加降低,夜晚则随高度的增加升高,空气相对湿度也呈明显变化规律。近地层水平风速随高度增加明显增大,风向以东北风为主。     

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。 ?     

塔克拉玛干沙漠南缘近4年沙尘天气下的气象要素相关性分析

利用2010年9月1日至2014年7月31日塔克拉玛干沙漠南缘策勒流沙地的风沙气象站观测的风速、大气相对湿度、气温和太阳辐射能同步观测数据,运用回归分析、统计法、相关分析等研究方法分析了起沙风出现的时间段、起沙风持续时间以及与平均风、温、湿、太阳辐射能之间的相关性,探讨沙尘天气下气象要素相互影响机制,为沙尘天气的预测提供理论依据。结果表明,一天中超过0.5 h的起沙风在12:00(北京时,下同)13:00时间段出现的频率最高,占总频率的8.78%,10:00 18:00的频率占总频率的57.94%,从早上到晚上呈现先上升后下降的趋势,与气温的日变化趋势基本一致。起沙风持续时间在2~2.5 h时间段的频率最高,占13.62%。流沙前缘的月平均风速与月平均气温呈显著线性同向变化关系,月平均湿度和月平均气温呈反向变化。平均垂直风速差、垂向温度差、垂向湿度差在0.01水平上呈显著相关性,平均风速与起沙风持续时间在0.01水平上呈显著正相关性,平均风速、平均湿度与平均垂向湿差均呈显著负相关性,平均气温与平均相对湿度在0.01水平上呈极显著负相关性。平均垂直温度差与垂直风速差之间呈极显著负相关,平均垂直温度差与垂直湿度差之间呈极显著正相关性。除了0.5 m高度平均风速外,太阳辐射能均与其余气象要素之间呈极显著相关性。策勒流沙前缘的沙尘天气主要发生在春夏季,起沙风主风向以WNW、W风向为主,应加强绿洲外围WNW、W方位的防沙措施。     

巴丹吉林沙漠北缘沙尘天气过程中近地面气象要素变化及风沙流结构分析

提要：利用2013年春季在巴丹吉林沙漠北缘拐子湖地区的沙尘暴加强观测资料,对比分析该地区典型流动沙面晴天、扬沙和沙尘暴三种天气背景下各气象要素的变化特征及差异,同时对沙尘暴过程中近地层风沙活动特征进行分析。结果表明,随风速增加沙尘天气强度逐步提升且沙尘天气来临前风速、风向均表现出明显的调整现象,此后爆发过程中风速、风向相对稳定。随沙尘天气强度的增加气温逐渐减小且沙尘天气过程中地面呈利于沙尘起动的暖干状态,同时地面气压不断升高。悬浮的沙尘会导致拐子湖流动沙地各层地温有减小趋势,但减小程度相对较弱,使沙尘天气下各层地温仍保持良好的梯度变化和正弦型日变化趋势。拐子湖流沙地春季起沙风速为6.5m/s,输沙通量垂直分布状况在20cm左右具有明显的分段现象。地表100cm内总输沙量的50%和90%分别集中在地表20cm和56cm高度以内。观测期间整个5月地表0～100cm高度内的输沙通量为420.96kg/m。     

沙尘暴过程中气象要素响应及输沙分析

通过野外监测系统获取的试验数据,对拐子湖地区2011年4月份一次强沙尘暴过程中贴地层微气象要素和输沙进行分析,得出如下结论：大气高温干燥,地表高温低湿、气压下降,风速增大是沙尘暴来临的前兆;沙尘暴过程中风向和风速相对稳定,气压、水汽压和相对湿度都会明显下降;地温下降速度较慢,土壤湿度略有上升;输沙量主要集中于距地表50cm以内高度层,在0-20cm高度层里输沙量呈增大趋势,20cm以上随着高度升高含沙量逐渐下降;跃移沙粒输沙量的空间分布与风向频率既有相似性,又有差异性;蠕移输沙量的方向分布比较复杂,同风向分布有显著的差异。这些结果对沙尘暴预报和沙源区的防风治沙有指导意义。     

CWHF型全自动集沙仪结构设计及应用性能野外验证

集沙仪作为一种风蚀研究装置,可直接和准确的测定风沙流中的输沙量和风沙流结构。为此,我们自行设计了一种全自动、高频风沙流采样器—CWHF全自动集沙仪,并通过与2 m高度风速和Sensit跃移撞击传感器的野外配合观测,对比分析其野外实地的应用性能。CWHF全自动集沙仪整体外形呈“L”状,其最大特点是集沙容器底部安装有高精度单点称重传感器,使其能够实现集沙累积值的实时高频测量及长时间的采样任务。在野外环境中对沙尘暴天气背景下的相关数据进行分析,发现CWHF全自动集沙仪的累积量和输沙通量均与风速和撞击颗粒数间有较高的一致性,其能够很好地捕捉沙物质的输移信息,野外应用效果良好。此外,通过其估算塔中流动沙面2015年5月18日和25日两次沙尘暴天气近地表100 cm高度内,宽度为100 cm的截面上的水平输沙通量分别为101.37 kg和110.83 kg。     

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.     

塔克拉玛干沙漠若羌-且末公路大风特征分析

以塔克拉玛干沙漠东南部若羌、且末气象站43a（1961～2003年）大风资料为依据，结合2004年的野外风沙监测资料，采用天气学、气候学和统计学相结合方法，分析了塔克拉玛干东南部大风特征及变化趋势，为塔克拉玛干沙漠东南部国道G315线若羌一且末段的选线、未来养护和防沙治沙提供科学依据。     

陕西沙尘天气的气候特征及影响分析

利用1971～2000年30年陕西94个气象站气象观测资料，根据中国气象局《沙尘天气预警业务服务暂行规定》中的有关规定对陕西沙尘天气及其所包含的沙尘暴、扬沙、浮尘三种天气的时、空分布特点和变化特征分别进行了分析，并对其影响做简单论述。分析结果表明：陕西沙尘天气北部多南部少，沙尘暴主要出现在陕北；陕北北部沙尘天气以扬沙为最多，陕北南部、关中、陕南以浮尘为最多；陕西沙尘天气冬春季多，夏秋季较少，尤以4月最多，9月最少；陕西沙尘天气30年来呈减少趋势，其中，沙尘暴减少趋势最明显，浮尘减少趋势较小。     

通辽市风沙天气发生规律分析

介绍了1960－1999年通辽市沙日数的气候特征和阶段性，沙尘暴日数偏多（偏少）月份的环流特征及其出现时的地面天气形势，以及各因素在风沙天气表成中的作用。     

北京一次连续重污染过程的气象条件分析

2006年4月7—10日北京出现空气质量持续重污染，对当地生产和生活带来较大影响。从天气形势、气象要素、流场、大气稳定度等方面分析了这次重污染的形成及维持原因。结果表明，此次连续重污染过程是一次沙尘过程先后两次影响北京所造成。第一次为内蒙沙源地沙尘随西北气流南下影响北京的典型沙尘污染过程；第二次是移至下游的沙尘在“回流”天气形势下沿偏东风返回北京所造成，较为少见。这次重污染是混合型的，是沙尘和静稳气象条件共同作用的结果。     

沙坡头人工植被区和流动沙丘上热量平衡观测研究

采用流动沙丘上人工植被和裸露流动沙丘下垫面近地层微气象实测资料，应用波文比法，计算了近地层感热和潜热通量＾２），并与作者在防风林干旱裸田和湿润小麦植被农田的结果进行比较分析。结果表明：在雨季的沙坡头地区流动沙丘人工植被上净辐射通量较强，可达６００Ｗ。ｍ＾－２以上，而净辐射的７０％左右的能量用于地表的蒸散，而感热散失和土壤贮存能量各占１５％左右；裸露流动沙丘上由于地表反射率大而净辐射通量小于植被区，     

贺兰山地区沙尘气溶胶粒子谱分布的观测研究

1996年至1999年4年间的4月和5月，在贺兰山的东西两侧沙漠地区用APS-3310A型激光空气动力学粒子谱仪进行了大气气溶胶数浓度和质量浓度的观测，取得了大量背景大气、浮尘、扬沙和沙尘暴天气条件下的沙尘粒子谱分布资料，通过统计分析研究，总结出不同沙漠地区不同沙尘天气条件下的大气气溶胶粒子谱的分布规律。     

东亚沙源地与下游影响区沙尘天气频数变化对比分析

基于1999—2019年地面气象观测资料,对东亚主要沙尘源地(蒙古国、中国新疆和内蒙古)及中国沙源地下游地区的沙尘天气频数演变特征进行了分析,结果表明：蒙古国是沙尘天气发生最严重的地区,且有明显增加的趋势,扬沙、沙尘暴和强沙尘暴均远高于其他区域。中国整体沙尘天气数量显著减少,新疆快速增多,内蒙古和下游地区明显减少。新疆浮尘发生频次最高,近21 a线性倾向呈明显上升趋势;内蒙古扬沙频次最高,强沙尘暴最少,4类天气均呈逐年减少趋势;我国下游地区多发浮尘和扬沙,沙尘暴和强沙尘暴发生次数很少,全部沙尘天气呈减少趋势。1999—2004年为我国沙尘天气高发期,2005—2019年明显减少,其中2010—2014年减少速度最快。沙尘源地对我国沙尘天气总数的贡献持续增大,从2000年初的39%增长到2015年之后的71%。作为沙尘源地,蒙古国对沙尘天气产生的作用有所增强,而内蒙古则在减弱;国内沙尘源地导致的能够影响并扩展至中国下游地区和下游国家的强沙尘天气显著减少。