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《南京气象学院》 2004年
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沙尘气溶胶微结构及其对降水影响的观测和数值模拟研究

牛生杰  
【摘要】: 深入滕格里沙漠、巴丹吉林沙漠、毛乌素沙地等沙漠源地采用直接测量的方法对沙尘天气进行了综合观测。观测项目包括:微气象学测量、三维风速测量、KB-120和Anderson采样、APS—3310A粒子谱仪以及太阳光度计观测,并用中子活化方法分析了沙尘气溶胶的元素浓度。利用所取资料,系统分析了不同强度沙尘天气条件下沙尘气溶胶质量浓度和质量浓度谱、粒子谱分布、光学厚度、化学组分等特征;综合分析了影响沙尘起动的诸物理因子在沙尘起动中的作用;用沙尘输送模式对一次沙尘暴天气造成的泥雨过程的形成机制进行了模拟。 历史气象资料统计分析表明,沙尘暴有其高发期(4、5月)和高发时段(14-20时),14时到20时之间发生的沙尘暴约占沙尘暴总次数的66%。 扬沙和沙尘暴天气条件下,湍流动量通量和湍流感热通量都是重要的湍流交换,沙尘暴发生前近地层的超绝热不稳定对沙尘暴天气有加强作用。沙尘天气条件下σ_y和σ_z的日变化特征与沙尘天气起始时间有关。 银川、巴音浩特和通古淖尔三地背景大气沙尘气溶胶粒子的数浓度谱和质量浓度谱均呈单峰型,服从对数正态分布,与城市污染物气溶胶的三峰、双峰质量谱明显不同。浮尘、扬沙、沙尘暴天气条件下,平均数浓度和质量浓度是依次增加的,可相差4-7倍。沙尘气溶胶粒子谱分布还与地理位置有关。 背景大气、浮尘、扬沙、沙尘暴天气平均质量浓度依次存在倍数关系。从沙尘气溶胶TSP平均质量浓度来看,背景大气(82.8μg/m~3)、浮尘天气(356.4μg/m~3)、扬沙天气(1205.8μg/m~3)、沙尘暴天气(3955.3μg/m~3),从中可以看出,浮尘天气TSP是背景大气的4.30倍,扬沙天气TSP是浮尘天气的3.38倍,沙尘暴TSP天气是扬沙天气的3.28倍。 沙尘天气下以亲地壳元素为主的气溶胶元素浓度均高于背景大气和浮尘天气,而且沙尘天气强度愈强,元素浓度的增加愈显著;背景大气、浮尘天气条件下亲地壳元素的浓度一般在10~(-1)~10~0μg/m~3量级,扬沙、沙尘暴时一般达10~1μg/m~3量级,特强沙尘暴时高达10~2μg/m~3量级。 在沙尘气溶胶中,亲硫元素和亲沉积层元素的富集程度均较高,元素的易挥发性常使其富集程度明显提高,污染元素易在细颗粒上富集。 摘要 在浮尘、扬沙和沙尘暴天气下,大气气溶胶光学厚度迅速增大,同时浑浊度 系数p增大和波长指数。的减小,可反应沙尘含量的增多和较大粒径含量的比例 增大;并根据实际观测的沙尘粒子谱资料建立近地面层沙尘粒子的数浓度C。与 p的正相关、沙尘粒子的空气动力学几何平均直径GMD与a的负相关关系。 产生沙尘暴的闽值风速在sms一,左右。沙尘暴的发生均伴随大、中尺度天气 系统,主要是冷锋。从沙尘尺度谱和沙尘的沉降末速分析,出现沙尘暴,尤其是 强沙尘暴时,系统中的上升气流可达每秒几米的量级,有时甚至更高。由于沙漠 地表的热力强迫作用和地表的热力、动力的不均匀性,使得沙尘暴中的湍流输送 比较强烈,加剧了尺度范围更广的沙尘粒子的向上输送。 沙漠和沙地上空,白天热力不稳定状态出现的频率高,超绝热梯度大,逆湿 现象明显,净辐射主要用于发展湍流。在大、中尺度天气系统的上升运动的激发 下,使不稳定层结积蓄的能量得以持续释放,发展对流运动,从而促使大量沙尘 不断被卷起向上输送并随系统移运。大范围的强沙尘暴常发生于午后,其中沙漠 地区强烈不稳定的热力层结特征是一个很重要的因素。 作为沙尘暴的物质源,其粒度组成、地表硬度、含水率,对沙尘暴的形成和 强度变化有重要作用。 用三维区域欧拉长距离输送模式与新的东亚黄沙起动模式相祸合,来模拟 1998年4月15一16日发生在北京的强的泥雨过程。沙尘粒子谱分为9个尺度档, MMS提供必要的气象条件。结果表明三维区域欧拉长距离输送模式与沙尘起沙 模式结合,可以用来预报由抬升、输送、扩散和清除过程中的黄沙的浓度和尺度 谱。观测结果与预报结果非常一致。输送过程的垂直分布清楚地表明小粒子在两 个层次输送,一个接近地面,一个在对流层中层。黄沙的长距离输送和小雨是泥 雨形成的原因。云物理和降水与来自沙尘粒子混合,尤其是小于Zpm的粒子, 导致了华北地区泥雨的发生。
【学位授予单位】:南京气象学院
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:P445.4

【引证文献】
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6 李刚;石广玉;;沙尘气溶胶光学特性参量的一些初步研究[A];中国气象学会2008年年会干旱与减灾——第六届干旱气候变化与减灾学术研讨会分会场论文集[C];2008年
7 赵伟;刘红年;;中国地区沙尘气溶胶气候效应的模拟研究[A];第26届中国气象学会年会大气成分与天气气候及环境变化分会场论文集[C];2009年
8 朱帅;Tim Butler;Rolf Sander;马建中;Mark G.Lawrence;;污染区域沙尘气溶胶对对流层光化学的影响:北京超大城市个例研究[A];第十届全国气溶胶会议暨第六届海峡两岸气溶胶技术研讨会摘要集[C];2009年
9 陈霞;魏文寿;刘明哲;;塔克拉玛干沙漠腹地沙尘气溶胶对低层大气的加热效应[A];第28届中国气象学会年会——S8大气成分与天气气候变化的联系[C];2011年
10 司瑶冰;李云鹏;高涛;;激光雷达监测沙尘气溶胶垂直变化特征[A];第28届中国气象学会年会——S8大气成分与天气气候变化的联系[C];2011年
中国重要报纸全文数据库 前4条
1 王乃仙;沙尘暴能为地球制冷吗?[N];中国矿业报;2012年
2 王乃仙;沙尘暴为地球制冷?[N];光明日报;2012年
3 记者 屈遐;中日韩专家再商治沙对策[N];中国环境报;2003年
4 郭文琦;中美首次开展合作进行西北沙尘暴的观测试验[N];中国气象报;2008年
中国博士学位论文全文数据库 前5条
1 王文彩;沙尘气溶胶的传输和气候效应的观测研究[D];兰州大学;2013年
2 葛觐铭;西北沙尘气溶胶光学特性反演与沙尘暴的卫星监测[D];兰州大学;2010年
3 牛生杰;沙尘气溶胶微结构及其对降水影响的观测和数值模拟研究[D];南京气象学院;2004年
4 王鑫;黄土高原地区沙尘气溶胶的综合观测研究[D];兰州大学;2009年
5 李娟;中亚地区沙尘气溶胶的理化特性、来源、长途传输及其对全球变化的可能影响[D];复旦大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 刘建慧;全球主要沙尘源区分布及沙尘气溶胶半球传输的模拟研究[D];南京信息工程大学;2014年
2 陈进华;沙尘气溶胶粒子短波辐射效应的数值研究[D];南京信息工程大学;2007年
3 孔丹;塔克拉玛干沙漠腹地2007年春夏季辐射及沙尘气溶胶特征分析[D];新疆师范大学;2008年
4 熊洁;全球主要沙尘源区分布及其沙尘气溶胶变化特征的模拟分析[D];南京信息工程大学;2013年
5 顾宇丹;沙尘气溶胶瞬时谱演变特征及拟合研究[D];南京信息工程大学;2006年
6 郭瑞;中国戈壁沙尘气溶胶的表征、识别、长途传输及其对下游区域环境的影响[D];复旦大学;2010年
7 赵树云;利用耦合系统BCC_AGCM2.0.1_CAM模拟沙尘气溶胶的辐射强迫与气候效应[D];南京信息工程大学;2012年
8 刘菲;沙尘气溶胶辐射特性的初步研究[D];南京信息工程大学;2006年
9 凌肖露;沙尘气溶胶对中国半干旱区近地层气象要素影响的特征分析[D];兰州大学;2011年
10 张凯;东亚地区沙尘气溶胶入海途径及通量的初步研究[D];中国海洋大学;2003年
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