“4.24”民勤特强沙尘暴过程初步分析

特强沙尘暴是干旱区一种破坏性极大的灾害性天气现象,文中分析了2010年4月24日民勤特强沙尘暴过程中地面气象要素和近地面沙尘浓度的变化,同时对大气动力、热力学参数进行了计算和分析。结果表明:在强沙尘暴过境时地面水平风风向经历了从稳定到多次调整,再到稳定,最后崩溃的演变。风向调整时,风速减弱,而调整之后,风速加大,同时伴有很强的上升气流。强沙尘暴使地表发生非常严重的风蚀起沙现象,近地面沙尘浓度迅速升高200多倍。沙尘暴天气来临前,地面空气呈干热状态处于低气压控制之下,而在沙尘暴过境时和过境后,地面空气显得相对湿冷,地面气压急剧上升,并处于高压控制之下。沙尘暴的强度与相对风暴螺旋度有很好的对应关系。     

沙尘暴风洞模拟实验的综述

沙尘暴(Sand-duststorm)又简称为尘暴(Duststorm),是指伴随较强烈的天气系统的长距离推进过程中,携带大量的沙尘颗粒的大风,对过境沿线裸露、疏松而又干燥的地表,进行着更强烈的风蚀,并在热力与湍流交换力等作用下而不断发展起来的一种中尺度的灾害性天气系统。沙尘暴以其具有延伸高度达数百至数千米,移动速度在10m/s左右和形成蘑菇云状的沙尘暴壁而著称。其中最大瞬时风速可超过30m/s。特强沙尘暴过境时的能见度小于50m,甚至为零m。长期以来,由于沙尘暴的室内模拟实验十分困难,因而相关的资料极其稀少。本文根据中国科学院寒区旱区环境与…     

民勤地区沙尘暴近地面风速特征及其与环境因子的关系

作为沙尘暴发生必不可少的动力条件,风是判定沙尘暴强度的主要指标,也是沙尘暴预测预报的依据。虽然人类对风的认识很早、研究很多,但是对沙尘暴过程中的风速特征仍然在不断的探索中。文中研究了民勤荒漠区、绿洲边缘和绿洲内部三种下垫面近地面50m沙尘暴风速特征及其与环境因子的关系。主要研究结果是:1)在三种不同的下垫面条件下,沙尘暴风速在近地面50m范围内风速均随高度遵循幂函数关系递增。2)从荒漠区到绿洲边缘近地表0-50m内风速平均削减4.11%,再从绿洲边缘到达绿洲内部风速平均削减30.45%。风穿越研究断面,随高度增加风速削减率逐渐减小。3)不同季节,沙尘暴平均风速没有明显差异,但地表粗糙度越小沙尘暴平均风速的季节性差异越大,高度越高季节差异越大。4)绿洲内部地表粗糙度为2.121 cm,绿洲边缘为0.082 cm,荒漠区为0.023 cm。5)根据每次沙尘暴过程中30m in平均风速随时间的振荡曲线的轮廓可将沙尘暴归纳为三类,分别为单峰型、双峰型和多峰型。这三种不同类型的沙尘暴在大气环流背景、沙尘暴的发生时间、沙尘暴过程中风速的时空变化等均有明显的不同。在一次沙尘暴过程中,从垂直梯度看,随着高度的增加风速随时间曲线的振幅增大,而振荡频率降低;从水平梯度看,沙尘暴流场从荒漠区经绿洲边缘到达绿洲内部,风速曲线振幅逐渐减小,振荡频率逐渐增加。     

内蒙古一次特强沙尘暴大风成因分析

2010年3月19日,内蒙古中西部地区发生了近几年最严重的沙尘暴天气。沙尘暴天气由蒙古国西部起沙,在内蒙古中西部地区加强,随着天气系统的演变,地面形成强沙尘暴或特强沙尘暴天气。利用常规观测资料及数值预报产品资料对3.19沙尘暴天气过程进行诊断分析,得到以下结论:3.19强沙尘暴、特强沙尘暴天气过程,是近地面前期强烈增温,导致地表热力不稳定,由蒙古气旋产生上升运动起沙。高空西北气流上,斜压扰动不稳定发展,高空冷平流激发了垂直于地面的锋面次级环流,地面气旋转为强冷锋过境,内蒙古中西部地区产生强沙尘暴天气。高空急流对沙尘暴天气的产生具有重要作用。高空急流出口区右侧,下沉气流落于地面冷锋后,引起大风,加强了沙尘暴天气。在冷锋移动过程中,冷高压强度少变,处于其前沿锋区内的山西、河北、河南、山东等地产生了扬沙或沙尘暴天气。     

巨菌草留茬沙障防风固沙效益及其适宜模式研究

基于对乌兰布和沙漠刘拐沙头黄河沿岸相近株距(10~15 cm)、不同行距(1 m,2 m)、不同留茬高度(10cm,30 cm)巨菌草的防风阻沙试验的观测数据分析。结果表明:(1)巨菌草留茬沙障的防风固沙效益与沙障的高度和行距有直接关系,高度一定,行数越多,带距越小,防护效果越好,但所需材料增加。(2)巨菌草留茬沙障内输沙量主要集中在地表15 cm以下,近地表0~5 cm处沙障对风沙流的阻碍能力较强。沙障行距为1 m、2 m时,高10 cm的沙障分别经9带、12带后风速降至起沙风速以下;高30 cm的沙障对风的阻碍能力增强,分别经7带、9带后地表无流沙运动。(3)沙障的设置应在保证高效的前提下降低成本。行距2 m、高30 cm的巨菌草留茬沙障,气流经过9个条带(18 m宽)后,风速可降至起沙风速以下,此设置模式宜在干旱地区推广。     

基于器测能见度的沙尘暴分析

本文通过分析塔克拉玛干沙漠腹地能见度仪、自动气象站观测沙尘暴的资料,得到:(1)在沙尘暴过程中,器测能见度越小,持续时间越短,随着器测能见度增大,持续时间呈波动增长,持续时间最长的等级是800m,时间为419min。(2)在沙尘暴过程中,器测能见度200m,500m是两个明显的分界点,在分界线左右的能见度持续时间变化较大,最大相差20倍,在<200m,200-500m,500-1000m三段范围内器测能见度持续时间变化不大,最大相差0.8倍,(3)沙尘暴过程中,平均风速的变化趋势是随着器测能见度增大而减小,平均风速最大值出现在能见度400m处,最小值出现在能见度接近1000m处,平均风速11.9m/s,最大风速21.1m/s。器测能见度从400m变化到500m风速有较大减小。气压和相对湿度以器测能见度500m为界,能见度<500m,数值较大,能见度>500m数值较小。(4)根据器测各能见度持续时间、气象要素变化和统计检验,沙尘暴中,在器测能见度500m处各气象要素变化很大,这对沙尘暴分级有积极意义。(5)器测能见度与人工观测值有较大差距,但它们之间有较好相关性,其相关系数是R=0.7993,通过了t检验(α=0.01)。它们之间拟合方程是y=5.746X0.8523。     

沙漠地区风沙活动特征——以中国科学院风沙观测场为例

运用中国科学院风沙科学观测场的实测资料,对腾格里沙漠风沙环境特征进行初步分析,内容包括起沙风、风沙活动强度、风沙流结构和沙漠边界层的风速廓线.该地区的起沙风以6～8 m/s为主,占总起沙风的71.63%,其次为8～10 m/s,占19.24%,两者之和占90.87%;大风日数为4天;风向以W-N组风向为主;占全年的53.14%.年输沙势为36.56VU,风能属于低风能环境,单一主风向和单风态风环境.风沙流主要集中在地表的0.1 m,占总输沙量的95.46%.观测场近地层厚度大于50 m.     

基于野外观测的巴丹吉林沙漠跃移起沙研究

跃移起沙是风沙运动的主要形式之一，与区域土壤风蚀、沙尘气溶胶排放等地表过程关系密切。为了厘清巴丹吉林沙漠跃移起沙的规律，在其北缘拐子湖地区开展了跃移起沙和微气象观测试验。试验结果表明：1)试验点全年跃移起沙时长为186.6h,占总观测时长的2.1%;最大小时起沙时长为3596s,最大小时起沙量为384.5kg·m^-1。2)跃移起沙时长和起沙量的高值(大于平均值)均出现在3-5、11-12月，分别占到全年的73.9%和81.8%;起沙时长的季节分布为春季>冬季>夏季>秋季，起沙量的季节分布则为春季>秋季>冬季>夏季。3)跃移起沙主要发生在白天(8:00-19:00),起沙时长和起沙量分别占到全天的81.1%和82.0%;两者的最大值均出现在14:00,最小值均出现在5:00。4)跃移起沙风速分布范围为8.5-10.5m·s^-1,平均值为9.7m·s^-1;跃移起沙风速与气温呈现负相关关系，与水汽压和土壤湿度呈现正相关关系。     

民勤沙区沙尘暴的分布特征及前期特征研究

民勤沙区 1 998年以来发生的 44次沙尘暴的观测研究结果表明 :( 1 )在民勤沙区每年春季 4月份是一年当中沙尘暴发生的高峰期 ,下午 1 4时左右和 1 8时左右是在一天当中沙尘暴发生的两个高峰时段 ;沙尘暴持续时间多在 2 h之内 ,最长的超过 6h;能见度 <50 0 m和≥50 0 m的各占一半 ,持续时间长则能见度小 ;沙尘暴的最大风向以 NW和 WNW占绝大多数 ;沙尘暴最大风的风速多在 2 0 m/ s以上 ,最大 2 5.2 m/ s。 ( 2 )沙尘暴的发生存在着一个或长或短的发育过程。在民勤沙区 ,沙尘暴发生前期在气温、气压、风速、风向等气象因子方面表现出明显的预兆 ,根据这些前期气象因子方面的异常特征就可以对沙尘暴进行预测、预报和预防。( 3 )在民勤沙区冬季 1 2～ 1月份的沙尘暴不仅持续时间较短 ,而且在前期气象因子方面与其他季节的沙尘暴有明显不同。 ( 4)沙漠地区主要天气现象的前期特征比较明显 ,但其表现过程比较短促。因此 ,根据沙尘暴前期气象因子的异常特征只适合对沙尘暴的发生时间、能见度和持续时间等进行短期预测     

塔中地区一次沙尘暴过程的输沙通量估算

以塔克拉玛干沙漠腹地塔中地区为研究区,对2008年7月19日11;2923:56时一次沙尘暴天气过程进行野外实时输沙观测,利用经典输沙经验公式,对此次沙尘天气的输沙通量进行估算.确定了塔中地区的临界摩擦速度为0.24m/s,建立了塔中地区2m高度风速与输沙率的关系,发现Lettau输沙率公式的计算结果与实测值最为接近,塔中地区此次沙尘暴发生期间的水平输沙通量和垂直输沙通量分别为258.67x10-4kg/(m·s),40.07x10-7kg/(m2·s).     

承德地区沙尘天气的气候成因分析

基于1991-2010年承德地区9个气象站的气象数据采用统计分析和相关分析的方法,将承德地区沙尘天气(包括浮尘、扬沙和沙尘暴)的年、季特征与气候因子(包括降水量、气温、风速以及大风日数)作了详细的相关分析。结果表明:降水量增多可以在一定程度上抑制沙尘天气的发生频次。在温度偏高、降水量偏少、风速较大且大风日数较多的年份和月份,沙尘天气较多。风要素是影响沙尘天气的最为直接且最优的相关因子,风速的大小、大风日数的增减直接关系到沙尘天气频数的变化。从整体上看该地区气候因子对沙尘天气的相关性影响从强到弱依次是大风日数、风速、降水量和气温。因此沙尘天气的短期预测要抓住本地的敏感气候因子。     

Effect of stones on the sand saltation threshold during natural sand and dust storms in a stony desert in Tsogt-Ovoo in the Gobi Desert,Mongolia

Non-erodible elements such as stones and vegetation are key to controlling wind erosion and dust emission in drylands. Stony deserts are widely distributed in the Gobi Desert, but the effect of stones on wind erosion and dust emission have not been well studied, except under artificial conditions. In this study, we evaluated the effect of stones on wind erosion and dust emission by measuring the sand saltation threshold in a stony desert in Tsogt-Ovoo in the Gobi Desert, Mongolia, under natural surface conditions during sand and dust storms. We quantified the amount of stones by measuring the roughness density, and determined the threshold friction velocity for sand saltation by measuring wind speed and sand saltation count. Our results showed that the threshold friction velocity increased with the roughness density of stones. In the northern part of the study area, where neither a surface crust nor vegetation was observed, the roughness density of stones was 0.000 in a topographic depression (TD), 0.050 on a northern slope (N.SL), and 0.160 on the northern mountain (N.MT). The mean threshold friction velocity values were 0.23, 0.41, and 0.57 m/s at the TD, N.SL, and N.MT sites, respectively. In the southern part of the study area, the roughness density values of stones were 0.000 and 0.070-0.320 at the TD and southern slope sites, respectively, and the mean threshold friction velocities were 0.23 and 0.45-0.71 m/s, respectively. We further compared the observed threshold friction velocities with simulated threshold friction velocities using Raupach's theoretical roughness correction and the measured roughness density values, and found that Raupach's roughness correction worked very well in the simulation of threshold friction velocity in the stony desert. This means that the results of our stone measurement can be applied to a numerical dust model.     

兰州市尘暴过程中降尘粒度特征探析

通过对兰州市两次强度上有较大差异的尘暴样的采集、粒度分析及其与自然降尘样的对比研究,揭示出兰州市尘暴降尘粒度特性的一些细微特征。不论是自然降尘样还是尘暴样,皆以4～63μm的粉砂为主,说明粉砂粒级的颗粒是兰州地区自然降尘与沙尘暴所携带的主要组分;虽然含量甚微,但是尘暴样中存在近源低空气流所搬运的粒径(181.97～724.44μm)较大的粗颗粒物质。在粒径-体积百分含量曲线上,尘暴样基本上为三峰分布模式,区别于自然降尘样的双峰模式。同时,尘暴样具有向粗、细颗粒区间(尤其是细颗粒区间)延伸并富集的特点,尘暴强度越大,其延伸富集的程度也越明显,而且,随着尘暴强度的增大,其主峰的众数粒径呈减小趋势。     

Sand flux estimation during a sand-dust storm at Tazhong area of Taklimakan Desert, China

In this paper, the sand transport during a sand-dust storm in the Tazhong area of the central Taklimakan Desert from 11:29 to 23:56 on July 19, 2008 was observed and measured in real time. The sand flux at Tazhong was estimated using sand transport empirical formulas. The critical friction velocity at Tazhong was 0.24 m/s and the functional relation between the wind speed and sediment discharge at the height of 2 m was established. It was also found that the calculated values by Lettau's sediment discharge formula were close to those of the instrument measurements. The horizontal sand flux and the vertical sand flux during this sand-dust storm at Tazhong were respectively 258.67×10-4 kg/(m·s) and 40.07×10-7 kg/(m2·s).     

新疆策勒绿洲-沙漠过渡带风、温、湿相关性分析

为研究绿洲与沙漠间水、气、热量运移规律,运用统计法、相关分析法等,选取策勒绿洲-沙漠过渡带4个不同下垫面风速(V)、气温(T)、大气相对湿度(RH)、光合有效辐射(PAR)、太阳辐射(SR)等气象要素进行相关性分析。结果表明:一天当中,起沙风发生在14:00—16:00的频率最大,且从早到晚呈现先上升再下降的趋势,与气温的日变化趋势基本一致。一年中,流沙地月平均风速与月平均气温的变化同步。从流沙地到绿洲内部,月平均风速的变化趋势明显减弱,气温的减弱趋势较小,大气相对湿度有一定增加的趋势。流沙地的月平均风速、温度呈较好的正相关性,一天中0.5 m与2 m高度之间气温、湿度差的负相关性较好。在6种天气类型中,4个下垫面每2个气象要素之间都在0.01水平上呈显著相关,阴雨天不同高度的风速与部分气象要素之间相关性不显著,流沙地在扬沙天气下、半固定沙地在浮沉天气下、固定沙地在阴雨天天气下,0.5 m高度的风速和PAR、SR均不呈显著相关性。     

中国北方沙尘天气原因探讨

我国是沙尘暴易发的国家,进入20世纪90年代以来,强沙尘暴有频率增加、强度加大、范围扩展、危害程度加剧的趋势。沙尘暴的发生危害范围亦逐渐从西北干旱经济落后区扩展到经济发达的北京、天津及华北平原区,近年来的沙尘暴造成了社会经济和人民生命财产的重大损失。受大气环流场和季风气候类型影响,中国冬、春盛吹西北风,强劲而干燥。发生沙尘暴的天数与大风日数和地面热力稳定程度相关,3-5月中国西北内陆地表增温大,是风力场和热力场极不稳定的季节,地表气候容易发生蠕动,沙尘暴便由此启动并易发。除自然要素外,不合理的人类活动也将诱发沙尘暴天气的发生,有些情况下还起到比自然要素更重要的作用。从生态地理区域的角度看,沙尘暴的源地在干旱和半干旱地区,由于大气环流的作用,影响到下风向的半湿润甚至湿润地区。无论何地干旱、半干旱地区都将存在沙尘暴发生的自然条件,而其下风向必将受到不同程度的影响,只是因为中国的季风气候,决定西北干旱、半干旱地区发生的沙尘暴必然影响东南部地区。在现有的科学技术条件下,人类所能做的就是调节自身的行为。因此,在沙尘暴源地实施生态建设是减缓沙尘暴发生的最重要措施,也是消除东部城市沙尘天气的主要途径。根据生态地理区域的特征,沙尘暴源地的干旱区、半干?     

导致一例强沙尘暴的若干天气因素的观测和模拟研究

利用常规观测资料和数值模拟方法对影响2001年4月6-8日强沙尘暴天气发生的若干天气因素进行了研究。结果表明在本次“锋面气旋型”沙尘暴过程中,气旋冷锋是引发强沙尘暴的主要系统,冷锋过境对沙尘暴的触发作用远强于气旋发展。冷锋的动力学特点决定其常与强沙尘暴伴随。影响沙尘暴的诸多天气因素中,影响地面大风形成的有效动量下传机制为高空急流下沉支使高空动量下传至对流层中层,其下方形成的深厚混合层使这一动量继续下传到地面。“混合层”从本质上反映了有利沙尘暴形成的大气层结特征,深厚混合层的是否形成很大程度决定着沙尘暴的强度。本次过程深厚混合层的形成是长时间地面加热的结果,这也是特强沙尘暴仅发生在内蒙古中部偏北地区而不是下垫面条件更为适宜的内蒙古西部的原因。混合层空气的平流对内蒙古中部偏北地区深厚混合层的形成具有相当的贡献,其影响程度与地形分布密切相关。地面热通量试验表明地面加热对冷锋过境时上升运动的强度、深厚混合层形成、高空动量下传等具有重要影响,并因此影响沙尘暴强度。