沙漠腹地春夏季近地层大气湍流特征观测分析

利用塔克拉玛干沙漠腹地近地层10 m高度处快速响应探测系统的湍流资料,分析了摩擦速度和特征温度的变化,并且对不同稳定层结条件下无因次速度分量方差和无因次温度方差的普适函数进行详细拟合。研究表明,摩擦速度和特征温度有明显的日变化特征,且摩擦速度的最大值出现在z/L=-0.2处;无因次速度方差在不稳定和稳定层结条件下均符合相似理论的次幂律,但如果考虑到相关性,最佳幂指数可有不同;近中性时则接近常数,并给出了具体数值。无因次温度方差则在夏季不稳定层结条件时符合-1/3次幂律。     

塔里拉玛干沙漠散射辐射观测研究

本文根据塔克拉玛干沙漠腹地北部满西异井和南部塔中一井１９８８年１月至１９９０年３月周年日射定位观测资料，初步分析了影响沙漠散射辐射的云和沙尘因子作用、散射辐射的日变化和年变化特征，并给出了沙漠散射辐射的观测极值。     

沙尘天气、尘卷风对沙漠地区起沙量的贡献

降尘量能很好地反映整层沙尘气溶胶的信息。基于WRF/Chem沙尘暴模式及大气边界层的观测资料,获得了包括尘卷风起沙过程的日、月和年总起沙量,进而分析它们与自然降尘量之间的关系。结果表明:(1)半定量的沙尘天气日数与逐月降尘量呈极显著的正相关,但无法更精细地量化降尘量的来源;(2)模式量化计算的沙尘天气起沙量与降尘量的变化大体一致,它对总起沙量的平均贡献率为76%;(3)尘卷风对总起沙量的贡献达到了24%,在无沙尘天气的时段,降尘量100%来自尘卷风的起沙量;(4)沙尘天气和尘卷风构成的总起沙量和降尘量在月、年变化都有极其显著的正相关,均通过了0.001极显著检验。     

浑善达克沙地春季风沙活动特征观测研究

通过野外实验观测和室内分析整理的方法,对浑善达克沙地不同程度沙漠化土地的春季风沙活动特征进行了研究。结果表明：输沙率随风速增加成非线性增大;相同风速下,随着土地沙漠化程度的增加,输沙率成指数式增加;春季由于植被高度有限,覆盖度小于10%与覆盖度大于25%的沙地,对风场的响应,表现出明显不同的风沙流结构;不同程度的沙漠化土地上,发生风蚀搬运的物质组成也明显不同;研究区春季影响风沙活动的因素,主要是土地沙漠化程度,降水的迟早以及残存的灌木与多年生草本植物的多少等。     

贺兰山地区春季沙尘气溶胶的化学组分和富集因子分析

春季在贺兰山两侧的内蒙古吉兰泰和宁夏银川机场采集不同沙尘天气条件下的沙尘气溶胶浓度样本,用中子活化分析测定35种元素浓度,揭示了沙尘气溶胶中的元素浓度特征,沙尘天气下沙尘气溶胶中地壳元素含量增加,且含量随沙尘暴强度增强而增大。讨论了作为参考物质的地壳元素的取值及地球化学分类。沙尘气溶胶相对地壳和黄土的富集因子,以亲硫元素和亲沉积层元素为最高。亲地壳元素中的主成分元素在有沙尘天气时,其富集因子也偏高。     

冬春季积雪与沙尘天气发生日数关系的探讨——以内蒙古中部地区为例

利用地面气象观测数据,以日积雪深度≥1.0 cm日数和沙尘天气（包括浮尘、扬沙及沙尘暴）发生日数为指标,从不同的空间尺度,分析了内蒙古中部地区冬季与初春积雪日数与沙尘天气发生日数的关系。研究结果表明,在内蒙古中部地区,冬季与初春沙尘天气发生日数与积雪日数之间均呈现负的相关关系,这种相关关系在不同区域和不同季节有所差异,冬季积雪日数与沙尘天气发生日数之间的负相关较初春积雪日数与沙尘天气发生日数之间的负相关更为显著;在中温带温凉半干旱气候区初春积雪日数与沙尘天气发生日数间的负相关较其他两个气候区更为显著。     

塔中近地层春夏季湍强和湍能变化的观测研究

利用2006年4月和8月塔中地区近地层10 m处的湍流资料,分析了该地区春夏季湍流强度和湍流动能的变化,同时对湍流动能供给率做了讨论。结果表明,在近中性层结条件下,3个方向的湍流强度均接近常数,而无因次扰动动能则随稳定或不稳定程度的增大也有增大趋势;在强不稳定层结条件时,热力湍能供给率明显强于机械湍能供给率,而处于稳定层结条件时,热力湍能供给率则减为负值,表现为抑制作用。     

激光雷达在沙尘观测中的应用——2004年春季北京和呼和浩特沙尘天气的解析

2004年春季（2003年12月至2004年5月）利用激光雷达在北京和呼和浩特对沙尘天气进行了连续观测。利用激光雷达的数据导出了沙尘和大气污染物气溶胶消光系数的关系,对两个地点的沙尘天气特征和大气污染特征进行了探讨。该期间在呼和浩特观测到较大型的沙尘事件（消光系数大于0.3·km-1）有9次,这些起源于蒙古国/内蒙古的沙尘事件晚于呼和浩特6~10 h在北京被观测到。在呼和浩特观测到的沙尘云块的高度普遍较低（由地表至高空1~2 km）,而在北京较高一般可达到2~4 km,同一沙尘事件的最高浓度（消光系数）是呼和浩特高于北京。在北京观测到的沙尘天气共有17次,其中包括数次小规模的沙尘事件在呼和浩特未观测到。从北京及呼和浩特的观测结果可以看出,北京地区3~5月沙尘的背景浓度高于呼和浩特,北京地区具有明显的区域规模大气污染特征,而呼和浩特只具有局部规模的大气污染特征。     

石羊河流域下游青土湖近地层风尘分布特征北大核心CSCD

青土湖属于极端干旱区典型的干涸盐湖,盐尘中含有密度很高、粒径极细的盐碱粉尘,严重污染空气,危害地表植被,威胁干旱区绿洲生态安全。利用建立在青土湖的近地层0~50 m沙尘观测系统近2 a监测的数据,对近地层0~50 m盐尘的分布规律及风速的变化特征进行研究。结果表明：（1）风速在0~50 m垂直梯度的分布符合经典的风速随高度的增加而增大的基本特征,廓线方程遵循幂函数关系;年内月平均风速最大为5月,最小为11月,且表现出明显的季节变化特征,春、夏季平均风速大于秋、冬季;近地层18~2 m内风切变指数较大,且春、夏季风切变指数相对较小;34~28 m、50~34 m内风切变指数变化较小,且四季变化不明显。（2）盐碱沙尘水平通量的空间分布随高度的增加而增加,在垂直高度上遵循幂函数变化规律;受下垫面梭梭林的影响,在6 m高度处有一个较为明显的增加。（3）沙尘水平通量与风速之间呈现出幂函数关系,且呈明显的正相关关系。     

半干旱区沙尘天气近地层湍流通量及起沙研究

利用2005年春季朱日和气象站20 m气象塔的观测资料,结合同期的PM10质量浓度资料,分析了半干旱地区不同沙尘天气下近地层湍流通量的变化特征以及PM10质量浓度与起沙之间的关系。结果表明,动量通量在15:00左右达到极大值;感热通量在白天为正值,中午12:00左右达到峰值,而晚上变为负值,并在凌晨达到谷值;由于3月份下垫面湿度大,导致潜热通量经常全天为正值,并在16:00左右达到峰值;PM10质量浓度与摩擦速度的二次方呈正比,临界起沙风速和临界摩擦速度分别为7 m·s－1和0.7 m·s－1。     

巴丹吉林沙漠夏季大气边界层结构

利用国家自然科学基金项目“巴丹吉林沙漠陆-气相互作用观测试验和研究”于2009年7—9月在巴丹吉林沙漠取得的系留气球、GPS探空等加强观测资料,分析了沙漠夏季大气边界层位温、比湿及风等的日变化特征。研究表明：（1）巴丹吉林沙漠近地面气温日较差较大,比湿的变化与气温相反,白天风速变化大。（2）昼（夜）不平衡能量差额R_d>0（R_d<0）,莫宁-奥布霍夫长度L<0（L>0）,大气层结趋于不稳定（稳定）;白天大部分净辐射能量转换为感热通量,为深厚大气边界层的发展提供热力条件。（3）午前稳定边界层经历了从重建到消退的过程,其上残留层较厚;午后混合层打通残留层发展迅速,近地面层出现明显的超绝热递减层;夜间稳定边界层迅速发展,最大厚度达900 m;（4）从整个边界层来看,午前出现的5层结构在午后变为3层,稳定边界层消失,混合层迅速发展,厚度达到3 000 m。夹卷层厚度最大值为1 500 m,近地面的超绝热层最大达200 m。     

极端干旱荒漠地区大气热力边界层厚度研究

通过对以往一些野外观测事实分析,发现在极端干旱荒漠区的晴天热力大气边界层厚度远远超出了以往在其他地区发现的热力大气边界层厚度,由此提出了荒漠地区超常厚度大气热力边界层现象。并且,讨论了控制大气热力边界层形成和发展的主要物理因素,还对极端干旱荒漠地区这种超常厚度大气热力边界层现象进行了理论分析和解释,初步认为地表白天强烈加热和夜间快速冷却是极端干旱荒漠区出现超常厚度大气热力边界层的最根本原因。     

半干旱荒漠化草原春季边界层特征的一次综合探测

利用“沙尘气溶胶辐射模型及气候环境生态效应研究”项目加强观测期在二连浩特气象站进行的温、风、湿探空观测资料及架设在朱日和气象站的气象激光雷达资料,采用综合评定法分析了内蒙古半干旱荒漠草原地区大气边界层的厚度、结构特征和变化规律,同时利用气象激光雷达回波资料及气溶胶消光系数在垂直高度上的分布特征,确定了朱日和地区边界层的高度及日变化特征。结果显示,用探空资料综合评定得到的二连浩特地区大气边界层总体厚度偏大,边界层最大厚度达到2 300 m,稳定边界层高度在300 m左右;1 000 m附近为风向的转变高度,其下全为偏东风,其上全为偏西风,边界层风速切变较大;午后到夜间,近地层有东风急流出现,急流最强可达12 m·s-1,急流高度在300 m;在600 m高度附近出现逆湿,低层逆湿现象夜间比白天显著。气象激光雷达资料显示,朱日和地区春季晴日混合层最大厚度可达2 400 m,出现在16:00左右。     

1980—2010年中国区域地面风速对能见度影响的地理分布特征

利用1980—2010年中国气象局576个气象站的能见度和日平均风速资料,分别分析了中国区域低能见度下风速的空间分布、能见度与风速之间的相关关系、风速变化对能见度变化的影响,讨论了城市化效应和近海地理位置对其影响程度。结果表明:在低能见度（小于10 km）状况下,从内蒙古到新疆东部的沙漠及干旱地区对应的是高风速,在广大东部、南部地区,特别是四川盆地地区对应的是低风速（2 m·s-1以下）;类似地理学的胡焕庸线,中国大陆存在一条东北—西南走向的界线,以此界线划分,能见度与风速关系呈现“东正西负”型分布。界线以西地区包括中国沙漠及相邻干旱及半干旱地区,一年四季中能见度和风速均呈负相关关系,尤其春季最为明显,这表明这些地区能见度的恶化主要取决于大风驱动的沙尘气溶胶排放及传输。在界线以东地区,能见度和风速呈正相关,并且其正相关以秋冬季最强;夏季,盛行的西南季风使能见度与风速关系的“东正西负”分界线北移且其正负相关均为最弱,说明夏季影响能见度的因素相对其他季节更为复杂;东部地区能见度的变化对风速变化响应较小;在四川盆地、贵州至广西和巴丹吉林沙漠地区能见度对风速响应更为敏感,在这些地区风速在对能见度影响中起到重要作用;大城市的能见度对风速响应的敏感程度略微高于中小城市及乡村,说明城市化影响存在但效果有限;近海岸地区因受海陆风影响,响应的敏感度较内陆小且季节变化不明显。     

塔克拉玛干沙漠腹地近地面臭氧浓度变化特征及影响因素分析

利用塔克拉玛干沙漠腹地塔中地区2010年6月10日-2012年3月20日地表臭氧浓度连续自动观测数据,结合相应气象要素资料,对地表臭氧质量浓度的日、周、月、季节变化与不同天气条件下日变化特征进行了分析,同时探讨了影响臭氧浓度变化的主要因素。结果表明：①臭氧浓度日变化具有明显的单峰型日变化规律,夜间变化平缓,白天变化剧烈。09:00前后达到最低值,18:00前后达到最高值,出现时间稍迟于其他城市地区。②臭氧浓度变化具有“周末效应”现象。最高值出现在星期日,最低值出现在星期三;星期一至星期三浓度逐渐降低,星期四又逐渐上升。③最高月平均浓度出现在2010年6月,其浓度为89.6 μg·m-3,最低月平均浓度出现在2012年1月,其浓度为32.0 μg·m-3,2010年6-12月,浓度逐月降低。④春、夏季臭氧浓度较高,秋季和冬季明显低于春季和夏季,与大中型城市变化特征基本一致。⑤臭氧浓度日变化最剧烈的是晴天,其次为小雨天气,阴天日变化平缓。沙尘暴出现前,臭氧小时平均浓度变化较小,沙尘暴开始时浓度下降,且下降速度较快。⑥辐射变化也具有单峰型日变化规律,臭氧浓度变化明显晚于辐射变化,太阳辐射的强弱直接影响光化学反应速度,从而导致臭氧浓度的变化。⑦沙尘天气臭氧日平均浓度高于有间隙小雨天气和晴天。相对湿度、风速、风向、日照日数同时影响近地面臭氧浓度的变化,臭氧污染的发生是多种因素共同作用的结果。     

The variation characteristics and effect factors of surface ozone concentration in the Taklimakan Desert hinterland

Based on automatic continuous surface ozone concentration observation data from June 10, 2010 to March 20, 2012 in the Taklimakan Desert hinterland, combined with corresponding meteorological data, the temporal, seasonal and daily variation characteristics of surface ozone concentrations under different weather conditions were analyzed. At the same time, the main fac- tors affecting ozone variation are discussed. Results show that： （1） Daily variation of ozone concentration was characterized by one obvious peak, with gentle changes during the night and dramatic changes during the day. The lowest concentration was at 09：00 and the highest was at 18：00. Compared to urban areas, there was a slight time delay. （2） Ozone concentration variation had a weekend effect phenomenon. Weekly variation of ozone concentration decreased from Monday to Wednesday with the lowest in Wednesday, and increased after Thursday with the highest in Sunday. （3） The highest monthly average concentration was 89.6 I.tg/m3 in June 2010, and the lowest was 32.0 ~g/m3 in January 2012. Ozone concentration reduced month by month from June to December in 2010. （4） Ozone concentration in spring and summer was higher than in autumn and winter. The variation trend agreed with those in other large and medium-sized cities. （5） Under four different types of weather, daily ozone concentration var- ied most dramatically in sunny days, followed by slight variation in rain days, and varied gently in cloudy days. Ozone concentra- tion varied inconspicuously before a sandstorm appearance, and dropped rapidly at the onset of a sandstorm. （6） Daily variation of radiation was also characterized by a single peak, and the variation was significantly earlier than ozone concentration variation. Sun radiation intensity had a direct influence on the photochemical reaction speed, leading to variation of ozone concentration. （7） Daily average ozone concentration in dust weather was higher than in slight rain and clear days. The variation of near surface ozone concentration could also be affected by meteorological factors such as relative humidity, wind speed, wind direction and sunshine hours. Thus, numerous factors working together led to ozone pollution.     

新疆春季沙尘天气与前期月环流特征量的关系

用新疆春季(3～5月)的沙尘日数和北半球500hPa月环流特征量等资料,使应用相关和逐步回归分析方法,研究了新疆春季沙尘天气与前一年的月环流特征量的关系,相关分析和统计结果表明：(1)新疆春季的沙尘天气不仅与同在中纬度地区的西风带上的经向环流、东亚槽等有关,还更多地与中低纬地区的副热带高压以及高纬地区的极涡等系统的月环流特征量有关。(2)新疆春季沙尘天气与前一年夏、秋季的大气环流之间存在明显的隔季相关现象。(3)利用前一年月环流特征量建立了新疆春季沙尘天气日数之间的9个回归模型,9个分析模型都通过了0．001信度检验。其中,南疆的3个模型沙尘暴、扬沙、浮尘和全疆的扬沙、浮尘模型试报效果最好。     

2002年春季中国沙尘天气与物理量场的相关分析

通过对2002年春季中国沙尘暴、扬沙、浮尘天气的综合分析,给出了各沙尘区沙尘天气发生的频率。并分析了沙尘天气分别与850 hPa全风速、散度,500 hPa全风速、散度、涡度、总能量、垂直速度,不稳定度指数K_i、K_y和S_i,300~850 hPa两层之间的风切变等11个物理量场的相关性。结果表明:2002年春季沙尘天气,除了具有往年的阶段性特点外,还具有明显的区域特点,即南疆区浮尘较多;河套区扬沙较多;蒙古区沙尘暴较为明显。沙尘天气与各物理量场的相关分析进一步证实,风是影响沙尘天气发生的最主要的气象要素,它与浮尘的出现有一定关系,但不是决定因素;而扬沙和沙尘暴的发生,风确是先决条件。     

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%。